Rast cijena energenata potiče potragu za učinkovitijim i jeftinijim vrstama goriva, uključujući i na razini kućanstva. Većinu entuzijastičnih majstora privlači vodik čija je kalorijska vrijednost tri puta veća od metana (38,8 kW u usporedbi s 13,8 s 1 kg tvari). Metoda ekstrakcije kod kuće, čini se, poznata je - cijepanje vode elektrolizom. Zapravo je problem mnogo složeniji. Naš članak ima 2 cilja:
- analizirati pitanje kako napraviti generator vodika s minimalnim troškovima;
- Razmislite o upotrebi generatora vodika za grijanje privatne kuće, punjenje automobila i kao stroj za zavarivanje.
Kratki teorijski dio
Vodonik, aka vodik, prvi element periodne tablice - najlakša je plinovita tvar visokog kemijskog djelovanja. Tijekom oksidacije (to jest izgaranja) emitira ogromnu količinu topline, tvoreći običnu vodu. Karakteriziramo svojstva elementa, oblikujući ih u obliku teza:
- Izgaranje vodika je ekološki prihvatljiv proces, ne oslobađaju se štetne tvari.
- Zbog kemijskog djelovanja na Zemlji se ne pojavljuje besplatni plin. Ali u sastavu vode njezine su rezerve neiscrpne.
- Element se ekstrahira u industrijskoj proizvodnji kemijskom metodom, na primjer, u procesu uplinjavanja (piroliza) ugljena. Često nusproizvod.
- Drugi način dobivanja plinovitog vodika je elektroliza vode u prisutnosti katalizatora - platine i drugih skupih legura.
- Jednostavna mješavina plinova vodik + kisik (kisik) eksplodira od najblaže iskra, odmah oslobađajući veliku količinu energije.
Za referencu. Znanstvenici koji su prvi odvojili molekulu vode u vodik i kisik nazvali su smjesu eksplozivnim plinom zbog njene sklonosti eksploziji. Nakon toga, dobila je ime Brown's gas (po imenu izumitelja) i postala je označena hipotetičkom formulom nevladinih organizacija.
Iz prethodnog slijedi sljedeći zaključak: 2 vodikova atoma lako se kombiniraju s 1 atomom kisika, ali oni ih se vrlo oklijevaju. Reakcija kemijske oksidacije odvija se izravnim oslobađanjem toplinske energije u skladu s formulom:
2H2 + O2 → 2H2O + Q (energija)
Ovdje leži važna točka koja će nam biti korisna u daljnjoj analizi letova: vodik ulazi u reakciju spontano od paljenja, a toplina se oslobađa izravno. Za odvajanje molekule vode morat će se potrošiti energija:
2H2O → 2H2 + O2 - P
Ovo je formula za elektrolitičku reakciju koja karakterizira proces cijepanja vode opskrbom električnom energijom. Kako to izvesti u praksu i napraviti generator vodika vlastitim rukama, razmotrit ćemo dalje.
Stvaranje prototipa
Da biste razumjeli s čime se bavite, prvo vam predlažemo sastavljanje najjednostavnijeg vodikovog generatora uz najnižu cijenu. Dizajn kućne instalacije prikazan je na dijagramu.
Što se sastoji od primitivnog elektrolizatora:
- reaktor - stakleni ili plastični spremnik s debelim zidovima;
- metalne elektrode uronjene u reaktor s vodom i spojene na izvor napajanja;
- drugi spremnik djeluje kao vodeni zatvarač;
- HHO ispušne cijevi za plin.
Važna točka. Postrojenje za elektrolitički vodik djeluje samo na istosmjernu struju. Stoga kao izvor napajanja koristite ispravljač, automobilski punjač ili bateriju. Alternator neće raditi.
Princip rada elektrolizatora je sljedeći:
- Dvije elektrode uronjene u vodu opskrbljuju se naponom, po mogućnosti iz podesivog izvora.Da bi se poboljšala reakcija, u spremnik se dodaje malo lužine ili kiseline (kod kuće - obična sol).
- Kao rezultat reakcije elektrolize, vodik će se oslobađati sa strane katode spojene na terminal "minus", a blizu anode će se stvoriti kisik.
- Miješajući se, oba plina kroz cijev ulaze u vodenu zamku koja obavlja 2 funkcije: odvajanje vodene pare i sprečavanje bljeska u reaktoru.
- Iz drugog spremnika eksplozivni plin NNO dovodi se u plamenik, gdje se sagorijeva u obliku vode.
Da biste vlastitim rukama napravili dizajn generatora prikazan na dijagramu, trebat će vam 2 staklene boce sa širokim vratima i kapama, medicinski kapaljka i 2 desetaka vijaka. Na fotografiji je prikazan kompletan set materijala.
Od posebnih alata potreban je pištolj za ljepljenje za brtvljenje plastičnih pokrova. Postupak proizvodnje je jednostavan:
- Uvijte ravne drvene štapove s samoreznim vijcima, postavljajući njihove krajeve u različitim smjerovima. Spojite glave vijka zajedno i spojite žice - nabavite buduće elektrode.
- Napravite rupu u poklopcu, tamo umetnite izrezani kofer kapaljke i žice, a zatim s obje strane zalijepite pištoljem za ljepilo.
- Stavite elektrode u bocu i zavijte na poklopac.
- U drugom poklopcu izbušite 2 rupe, umetnite cijevi za kapaljke i zavijte na bocu napunjenu običnom vodom.
Da biste pokrenuli generator vodika, ulijte slanu vodu u reaktor i uključite izvor napajanja. Početak reakcije obilježen je pojavom mjehurića plina u oba spremnika. Podesite napon na optimalnu vrijednost i zapalite smeđi plin koji izlazi iz igle kapaljke.
O vodičkoj ćeliji Meyer
Ako ste napravili i testirali gore opisani dizajn, tada ste zapalivši plamen na kraju igle vjerojatno primijetili da su performanse instalacije izuzetno niske. Da biste dobili više eksplozivnog plina, morate napraviti ozbiljniju napravu, nazvanu stanicu Stanley Meyer u čast izumitelja.
Princip rada stanice također se temelji na elektrolizi, samo su anoda i katoda izvedeni u obliku cijevi umetnutih jedna u drugu. Napon se napaja iz generatora impulsa kroz dva rezonantna svitka, što omogućava smanjenje potrošnje struje i povećanje produktivnosti generatora vodika. Elektronski krug uređaja prikazan je na slici:
Bilješka. Pojedinosti o radu sheme opisane su na resursu http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
Za izradu Meyerove ćelije trebat će vam:
- cilindrični kovčeg od plastike ili pleksiglasa, zanatlije često koriste filter za vodu s poklopcem i mlaznicama;
- cijevi od nehrđajućeg čelika promjera 15 i 20 mm, duljine 97 mm;
- žice, izolatori.
Na bazu dielektrika pričvršćene su cijevi otporne na koroziju, na njih su lemljene žice spojene na generator. Stanica se sastoji od 9 ili 11 cijevi smještenih u plastični kovčeg od pleksiglasa, kao što je prikazano na fotografiji.
Elementi su povezani prema svim shemama poznatim na Internetu, koje uključuju elektroničku jedinicu, Meyerovu ćeliju i vodenu bravu (tehnički naziv je mjehurić). Iz sigurnosnih razloga sustav je opremljen senzorima za kritični tlak i razinu vode. Prema recenzijama kućnih obrtnika, takva instalacija vodika troši struju veličine 1 ampera naponom 12 V i ima dovoljne performanse, iako točni brojevi nisu dostupni.
Ploča reaktor
Visoko učinkoviti generator vodika koji može osigurati rad plinskog plamenika izrađen je od nehrđajućih ploča dimenzija 15 x 10 cm, broj je od 30 do 70 kom. Pod njima su izbušene rupe za pričvršćivanje čepova, a u kutu je izrezan terminal za spajanje žica.
Pored lima 316, trebat ćete kupiti:
- Guma debljina 4 mm otporna na alkalije;
- krajnje ploče izrađene od pleksiglasa ili tektolita;
- šipke za vezanje M10-14;
- povratni ventil za uređaje za zavarivanje plinom;
- filtar za vodu ispod hidroloka;
- spojne cijevi od valovitog nehrđajućeg čelika;
- kalijev hidroksid u obliku praha.
Ploče moraju biti sastavljene u jednu cjelinu, izolirane jedna od druge gumenim brtvama sa srednjim izrezom, kao što je prikazano na crtežu. Dobiveni reaktor čvrsto izvucite s vijcima i spojite se na mlaznice elektrolita. Potonji dolazi iz zasebnog spremnika opremljenog ventilom s poklopcem i zatvaračima.
Bilješka. Kažemo kako napraviti protočni (suhi) tip elektrolita. Lakše je napraviti reaktor s uronjenim pločama - ne trebate stavljati gumene brtve, a sastavljena jedinica spuštena je u zapečaćen spremnik s elektrolitom.
Naknadna montaža generatora koji proizvodi vodik provodi se po istoj shemi, ali s razlikama:
- Na kućištu uređaja pričvršćen je spremnik za pripremu elektrolita. Potonji je 7-15% -tna otopina kalijevog hidroksida u vodi.
- Umjesto vode, u „mjehurić“ se unosi takozvani deoksidizator - aceton ili anorgansko otapalo.
- Ispravni ventil mora biti postavljen ispred plamenika, jer u protivnom, kada se vodikov plamenik glatko isključi, obrnutim udarcem će se slomiti crijeva i "balon".
Je li isplativo dobiti vodik kod kuće
Odgovor na ovo pitanje ovisi o opsegu smjese kisik-vodik. Svi crteži i dijagrami objavljeni od strane različitih internetskih izvora dizajnirani su za proizvodnju HHO plina za sljedeće svrhe:
- koristiti vodik kao gorivo za automobile;
- bezdimno gori vodik u grijaćim bojlerima i pećima;
- primijeniti na plinsko zavarivanje.
Glavni problem koji prekriva sve prednosti vodikovog goriva: trošak električne energije za oslobađanje čiste tvari prelazi količinu energije dobivene izgaranjem. Što god pristaše utopijskih teorija tvrde, maksimalna učinkovitost elektrolizatora dostiže 50%. To znači da 1 kW topline troši 2 kW električne energije. Korist je nula, čak negativna.
Podsjetimo da smo pisali u prvom odjeljku. Vodik je vrlo aktivan element i sam reagira s kisikom, stvarajući puno topline. Pokušavajući odvojiti stabilnu molekulu vode, ne možemo donijeti energiju izravno atomima. Cijepanje se vrši električnom energijom, od čega se polovina raspršuje zagrijavanjem elektroda, vode, namota transformatora i tako dalje.
Važne pozadinske informacije. Specifična toplina izgaranja vodika tri je puta veća od one metana, ali - po masi. Ako ih usporedimo po volumenu, tada će se sagorijevanjem 1 m³ vodika osloboditi samo 3,6 kW toplinske energije u usporedbi s 11 kW za metan. Uostalom, vodik je najlakši kemijski element.
Sada razmotrite eksplozivni plin dobiven elektrolizom u domaćem generatoru vodika kao gorivo za gore navedene potrebe:
- Konačna ugradbena cijena, niska produktivnost i efikasnost čine izuzetno neisplativim izgaranje vodika za grijanje privatne kuće. Lakše je staviti bilo koji električni bojler - TEN, indukcijski ili elektrodni - nego vodomjer "namotati" brojilom.
- Za zamjenu 1 litre benzina za automobil trebat će 4.766 litara čistog vodika ili 7.150 lita detonirajućeg plina, od kojih je jedna trećina kisik. Najratoborniji izumitelj na Internetu još nije napravio elektroliser koji bi mogao pružiti slične performanse.
- Aparat za plinsko zavarivanje koji sagorijeva vodik je kompaktniji i lakši od cilindara s acetilenom, propanom i kisikom. Uz to, temperatura plamena do 3000 ° C omogućuje vam rad s bilo kojim metalima, trošak nabave goriva ovdje ne igra posebnu ulogu.
Za referencu. Za izgaranje vodika u kotlu morat ćete temeljito redizajnirati strukturu, jer vodikov plamenik može rastopiti bilo koji čelik.
Zaključak
Vodonik u sastavu NVO plina dobivenog od domaćeg vodikovog generatora koristan je u dvije svrhe: pokusi i plinsko zavarivanje.Čak i ako odbacimo nisku učinkovitost elektrolitara i troškove njegovog sastavljanja zajedno s potrošenom električnom energijom, jednostavno nema dovoljno produktivnosti za zagrijavanje zgrade. To se odnosi i na benzinski motor osobnog automobila.