Der Preisanstieg bei Energieressourcen stimuliert die Suche nach effizienteren und billigeren Kraftstoffarten, auch auf Haushaltsebene. Die meisten begeisterten Handwerker werden von Wasserstoff angezogen, dessen Heizwert dreimal höher ist als der von Methan (38,8 kW gegenüber 13,8 kW mit 1 kg Substanz). Die Methode der Extraktion zu Hause scheint bekannt zu sein - die Spaltung von Wasser durch Elektrolyse. In der Tat ist das Problem viel komplizierter. Unser Artikel hat 2 Ziele:
- die Frage zu analysieren, wie ein Wasserstoffgenerator mit minimalen Kosten hergestellt werden kann;
- Erwägen Sie die Verwendung eines Wasserstoffgenerators zum Heizen eines Privathauses, zum Betanken eines Autos und als Schweißgerät.
Kurzer theoretischer Teil
Wasserstoff, auch bekannt als Wasserstoff, - das erste Element des Periodensystems - ist die leichteste gasförmige Substanz mit hoher chemischer Aktivität. Während der Oxidation (dh der Verbrennung) gibt es eine große Menge Wärme ab und bildet gewöhnliches Wasser. Wir charakterisieren die Eigenschaften des Elements und entwerfen sie in Form von Thesen:
- Das Verbrennen von Wasserstoff ist ein umweltfreundlicher Prozess, bei dem keine schädlichen Substanzen freigesetzt werden.
- Aufgrund seiner chemischen Aktivität kommt auf der Erde kein freies Gas vor. Aber in der Zusammensetzung des Wassers sind seine Reserven unerschöpflich.
- Das Element wird in der industriellen Produktion durch ein chemisches Verfahren extrahiert, beispielsweise bei der Vergasung (Pyrolyse) von Kohle. Oft ein Nebenprodukt.
- Ein anderer Weg, um gasförmigen Wasserstoff zu erhalten, ist die Elektrolyse von Wasser in Gegenwart von Katalysatoren - Platin und anderen teuren Legierungen.
- Ein einfaches Gemisch aus Gasen Wasserstoff + Sauerstoff (Sauerstoff) explodiert aus dem geringsten Funken und setzt sofort eine große Menge Energie frei.
Als Referenz. Wissenschaftler, die das Wassermolekül zuerst in Wasserstoff und Sauerstoff trennten, nannten das Gemisch wegen seiner Explosionsneigung explosives Gas. Anschließend erhielt es den Namen Browns Gas (mit dem Namen des Erfinders) und wurde durch die hypothetische Formel von NGOs bezeichnet.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich die folgende Schlussfolgerung: 2 Wasserstoffatome verbinden sich leicht mit 1 Sauerstoffatom, aber sie zögern sehr, sich zu trennen. Die chemische Oxidationsreaktion verläuft unter direkter Freisetzung von Wärmeenergie gemäß der Formel:
2H2 + O.2 → 2H2O + Q (Energie)
Hier liegt ein wichtiger Punkt, der uns bei der weiteren Analyse von Flügen nützlich sein wird: Wasserstoff reagiert spontan durch Zündung und Wärme wird direkt freigesetzt. Um ein Wassermolekül abzutrennen, muss Energie aufgewendet werden:
2H2O → 2H2 + O.2 - Q.
Dies ist eine elektrolytische Reaktionsformel, die den Prozess der Wasserspaltung durch Stromversorgung charakterisiert. Wie Sie dies in die Praxis umsetzen und mit Ihren eigenen Händen einen Wasserstoffgenerator herstellen können, werden wir weiter überlegen.
Prototypenerstellung
Damit Sie verstehen, womit Sie es zu tun haben, empfehlen wir zunächst, den einfachsten Wasserstoffgenerator zu den niedrigsten Kosten zusammenzubauen. Das Design einer selbstgemachten Installation ist in der Abbildung dargestellt.
Woraus besteht ein primitiver Elektrolyseur:
- Reaktor - Glas- oder Kunststoffbehälter mit dicken Wänden;
- Metallelektroden, die mit Wasser in einen Reaktor getaucht und an eine Stromquelle angeschlossen sind;
- der zweite Tank wirkt als Wasserverschluss;
- HHO-Gasauspuffrohre.
Ein wichtiger Punkt. Die elektrolytische Wasserstoffanlage arbeitet nur mit Gleichstrom. Verwenden Sie daher das Netzteil, das Autoladegerät oder den Akku als Stromquelle. Eine Lichtmaschine funktioniert nicht.
Das Funktionsprinzip des Elektrolyseurs ist wie folgt:
- Zwei in Wasser eingetauchte Elektroden werden mit Spannung versorgt, vorzugsweise von einer einstellbaren Quelle.Um die Reaktion zu verbessern, wird etwas Alkali oder Säure in den Behälter gegeben (zu Hause - gewöhnliches Salz).
- Infolge der Elektrolysereaktion wird Wasserstoff von der Seite der Kathode freigesetzt, die mit dem "Minus" -Anschluss verbunden ist, und Sauerstoff wird in der Nähe der Anode erzeugt.
- Beim Mischen treten beide Gase durch ein Rohr in eine Wasserfalle ein, die zwei Funktionen erfüllt: Wasserdampf abtrennen und einen Blitz im Reaktor verhindern.
- Aus dem zweiten Tank wird explosives Gas von NNO dem Brenner zugeführt, wo es zu Wasser verbrannt wird.
Um das in der Abbildung gezeigte Generatordesign mit Ihren eigenen Händen zu erstellen, benötigen Sie 2 Glasflaschen mit weitem Hals und Verschluss, eine medizinische Pipette und 2 Dutzend Schrauben. Auf dem Foto ist ein vollständiger Satz von Materialien dargestellt.
Von den Spezialwerkzeugen ist eine Klebepistole erforderlich, um die Kunststoffabdeckungen abzudichten. Das Herstellungsverfahren ist einfach:
- Drehen Sie flache Holzstäbchen mit selbstschneidenden Schrauben und platzieren Sie ihre Enden in verschiedene Richtungen. Löten Sie die Schraubenköpfe zusammen und verbinden Sie die Drähte - holen Sie sich die zukünftigen Elektroden.
- Machen Sie ein Loch in die Abdeckung, setzen Sie das abgeschnittene Gehäuse der Pipette und die Drähte dort ein und verschließen Sie beide Seiten mit einer Klebepistole.
- Setzen Sie die Elektroden in die Flasche und schrauben Sie den Deckel auf.
- Bohren Sie in die zweite Kappe 2 Löcher, setzen Sie die Tropferrohre ein und schrauben Sie sie auf eine mit klarem Wasser gefüllte Flasche.
Um den Wasserstoffgenerator zu starten, gießen Sie Salzwasser in den Reaktor und schalten Sie die Stromquelle ein. Der Beginn der Reaktion ist durch das Auftreten von Gasblasen in beiden Behältern gekennzeichnet. Stellen Sie die Spannung auf den optimalen Wert ein und zünden Sie braunes Gas an, das aus der Tropfennadel austritt.
Über die Meyer Wasserstoffzelle
Wenn Sie das oben beschriebene Design hergestellt und getestet haben, haben Sie beim Verbrennen der Flamme am Ende der Nadel wahrscheinlich festgestellt, dass die Installationsleistung extrem niedrig ist. Um explosiveres Gas zu erhalten, müssen Sie ein ernsthafteres Gerät herstellen, die Stanley Meyer-Zelle zu Ehren des Erfinders.
Das Funktionsprinzip der Zelle basiert ebenfalls auf der Elektrolyse, nur die Anode und die Kathode werden in Form von Röhren hergestellt, die ineinander eingeführt werden. Die Spannung wird vom Impulsgenerator über zwei Resonanzspulen geliefert, wodurch der Stromverbrauch reduziert und die Produktivität des Wasserstoffgenerators erhöht werden kann. Die elektronische Schaltung des Geräts ist in der Abbildung dargestellt:
Hinweis. Details zur Funktionsweise des Schemas finden Sie in der Ressource http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
Um eine Meyer-Zelle herzustellen, benötigen Sie:
- ein zylindrisches Gehäuse aus Kunststoff oder Plexiglas; Handwerker verwenden häufig einen Wasserfilter mit Deckel und Düsen;
- Edelstahlrohre mit einem Durchmesser von 15 und 20 mm, Länge 97 mm;
- Drähte, Isolatoren.
An der Basis des Dielektrikums sind korrosionsbeständige Rohre angebracht, an die der Generator angeschlossene Drähte angelötet sind. Die Zelle besteht aus 9 oder 11 Röhrchen, die in einem Kunststoff- oder Plexiglasgehäuse untergebracht sind, wie auf dem Foto gezeigt.
Die Elemente werden nach allen im Internet bekannten Schemata verbunden, zu denen eine elektronische Einheit, eine Meyer-Zelle und eine Wasserschleuse gehören (technischer Name ist der Bubbler). Aus Sicherheitsgründen ist das System mit Sensoren für kritischen Druck und Wasserstand ausgestattet. Nach den Bewertungen von Heimwerkern verbraucht eine solche Wasserstoffanlage einen Strom in der Größenordnung von 1 Ampere bei einer Spannung von 12 V und weist eine ausreichende Leistung auf, obwohl keine genauen Zahlen verfügbar sind.
Plattenreaktor
Ein Hochleistungswasserstoffgenerator, der den Betrieb eines Gasbrenners sicherstellen kann, besteht aus rostfreien Platten mit einer Größe von 15 x 10 cm. Die Anzahl beträgt 30 bis 70 Stück. In sie werden Löcher zum Festziehen der Stehbolzen gebohrt, und in der Ecke ist eine Klemme zum Verbinden des Drahtes ausgeschnitten.
Zusätzlich zu Blech 316 müssen Sie Folgendes kaufen:
- 4 mm dicker Gummi, alkalibeständig;
- Endplatten aus Plexiglas oder Textolit;
- Spurstangen M10-14;
- Rückschlagventil für Gasschweißgeräte;
- Wasserfilter unter einem Hydrolock;
- Verbindungsrohre aus gewelltem Edelstahl;
- Kaliumhydroxid in Pulverform.
Die Platten müssen zu einer Einheit zusammengebaut werden, die mit Gummidichtungen mit einem mittleren Ausschnitt voneinander isoliert ist, wie in der Zeichnung gezeigt. Ziehen Sie den resultierenden Reaktor mit Bolzen fest und verbinden Sie ihn mit den Elektrolytdüsen. Letzterer stammt aus einem separaten Behälter, der mit einem Deckel und Absperrventilen ausgestattet ist.
Hinweis. Wir erklären, wie man einen (trockenen) Durchflusselektrolyseur herstellt. Es ist einfacher, einen Reaktor mit Tauchplatten herzustellen - Sie müssen keine Gummidichtungen einsetzen, und die zusammengebaute Einheit wird in einen verschlossenen Behälter mit Elektrolyt abgesenkt.
Die anschließende Montage eines wasserstoffproduzierenden Generators erfolgt auf die gleiche Weise, jedoch mit Unterschieden:
- Am Gehäuse der Vorrichtung ist ein Tank zur Herstellung des Elektrolyten angebracht. Letzteres ist eine 7-15% ige Lösung von Kaliumhydroxid in Wasser.
- Anstelle von Wasser wird ein sogenanntes Desoxidationsmittel - Aceton oder ein anorganisches Lösungsmittel - in den „Bubbler“ gegossen.
- Vor dem Brenner muss ein Rückschlagventil angebracht werden. Andernfalls bricht ein Rückschlag die Schläuche und den „Bubbler“, wenn der Wasserstoffbrenner reibungslos ausgeschaltet wird.
Ist es rentabel, Wasserstoff zu Hause zu bekommen?
Die Antwort auf diese Frage hängt vom Umfang des Sauerstoff-Wasserstoff-Gemisches ab. Alle Zeichnungen und Diagramme, die von verschiedenen Internetquellen veröffentlicht wurden, sind für die HHO-Gasemission für die folgenden Zwecke ausgelegt:
- Verwenden Sie Wasserstoff als Kraftstoff für Autos.
- rauchlos Wasserstoff in Heizkesseln und Öfen verbrennen;
- zum Gasschweißen beantragen.
Das Hauptproblem, das alle Vorteile von Wasserstoffbrennstoff auszeichnet: Die Stromkosten für die Freisetzung von reiner Materie übersteigen die Energiemenge, die bei der Verbrennung anfällt. Was auch immer die Anhänger utopischer Theorien behaupten, der maximale Wirkungsgrad des Elektrolyseurs erreicht 50%. Dies bedeutet, dass 1 kW Wärme 2 kW Strom verbraucht. Der Nutzen ist Null, sogar negativ.
Denken Sie daran, dass wir im ersten Abschnitt geschrieben haben. Wasserstoff ist ein sehr aktives Element und reagiert selbstständig mit Sauerstoff und erzeugt viel Wärme. Beim Versuch, ein stabiles Wassermolekül zu trennen, können wir keine Energie direkt zu Atomen bringen. Die Aufteilung erfolgt durch Elektrizität, die zur Hälfte durch Erhitzen der Elektroden, des Wassers, der Transformatorwicklungen usw. abgeführt wird.
Wichtige Hintergrundinformationen. Die spezifische Wärme der Wasserstoffverbrennung ist dreimal höher als die von Methan, jedoch - bezogen auf die Masse. Wenn wir sie nach Volumen vergleichen, werden beim Verbrennen von 1 m³ Wasserstoff nur 3,6 kW Wärmeenergie freigesetzt, verglichen mit 11 kW für Methan. Wasserstoff ist schließlich das leichteste chemische Element.
Betrachten Sie nun das durch Elektrolyse in einem hausgemachten Wasserstoffgenerator gewonnene explosive Gas als Brennstoff für die oben genannten Anforderungen:
- Der endgültige Installationspreis, die geringe Produktivität und Effizienz machen es äußerst unrentabel, Wasserstoff zum Heizen eines Privathauses zu verbrennen. Es ist einfacher, einen der Elektrokessel - TEN, Induktion oder Elektrode - zu platzieren, als das Messgerät mit einem Elektrolyseur zu „wickeln“.
- Um 1 Liter Benzin für ein Auto zu ersetzen, werden 4.766 Liter reiner Wasserstoff oder 7.150 Liter Sprenggas benötigt, von denen ein Drittel Sauerstoff ist. Der mieseste Erfinder im Internet hat noch keinen Elektrolyseur entwickelt, der eine ähnliche Leistung erbringen kann.
- Ein Gasschweißgerät, das Wasserstoff verbrennt, ist kompakter und leichter als Flaschen mit Acetylen, Propan und Sauerstoff. Außerdem können Sie bei einer Flammentemperatur von bis zu 3000 ° C mit beliebigen Metallen arbeiten. Die Kosten für die Gewinnung von Kraftstoff spielen hier keine besondere Rolle.
Als Referenz. Um Wasserstoff in einem Kessel zu verbrennen, müssen Sie die Struktur gründlich umgestalten, da ein Wasserstoffbrenner jeden Stahl schmelzen kann.
Fazit
Der Wasserstoff in der Zusammensetzung des NGO-Gases, der aus einem hausgemachten Wasserstoffgenerator gewonnen wird, ist für zwei Zwecke nützlich: Experimente und Gasschweißen.Selbst wenn wir den geringen Wirkungsgrad des Elektrolyseurs und die Kosten für die Montage zusammen mit dem verbrauchten Strom verwerfen, reicht die Produktivität einfach nicht aus, um das Gebäude zu heizen. Dies gilt auch für den Benzinmotor eines Personenkraftwagens.