Водородът е най-разпространеният химичен елемент в природата, тъй като съставлява около 90% от общата маса на всички елементи във Вселената. В същото време на практика не се среща в чист вид. По-често може да се намери в състава на различни химични съединения. Междувременно може да бъде отлично екологично и безвредно гориво за производство на енергия. По този начин дори вашият собствен дом може да се отоплява с водород. Особено обнадеждаващ е фактът, че водородното гориво може да се използва, ако конвертирате обикновен газов котел в водороден. Основният проблем обаче остава: откъде да вземем чист водород? Не е свободно достъпен, не можете да го купите. Единственият изход е домашен водороден генератор. За щастие можете да го сглобите сами или да го закупите в готов вид. Остава само да се вземе решение за типа генератор, който се различава в зависимост от начина на получаване на водород.
Получаване на чист водород
Водна електролиза
Водородът може да бъде получен по различни начини. Ето само няколко от тях, които са най-достъпни и често срещани:
- Водна електролиза. Най-ефективният начин е високата температура.
- Химична реакция на вода и алуминиево-галиева сплав.
- Производство на водород при високотемпературна обработка на въглища и дървесина.
- Рециклиране на боклук и битови отпадъци.
- Освобождаването на водород чрез преработката на биомаса (оборски тор, сено, водорасли и други селскостопански отпадъци).
Повечето от методите се основават на използването на високи температури и за съжаление не са приложими в обикновено домакинство. Има обаче няколко начина за получаване на водород у дома.
Електролитен водород
Най-достъпният и най-разпространен начин за производство на водород у дома е чрез електролиза на водата. Специално оборудване, наречено електролизатор, е доста лесно достъпно на пазара. В същото време сред производителите има както изтъкнати гиганти (например Honda), така и малки производители от Китай или страните от ОНД. И ако в случая с първите няма съмнение относно качеството на продуктите, предоставяни на вниманието, то вторите често се подвеждат. В същото време не трябва да се обръща много внимание на тяхната ярка и обещаваща реклама. Недобросъвестният производител няма нужда да декларира, че неговият продукт е с най-високо качество, добър и издръжлив на пазара. Не всичко, което казва обаче, ще се окаже истина. Цената трябва да бъде особено тревожна, тъй като генераторът не може да бъде твърде евтин. Евтиността може да показва некачествени материали, използвани в работата, или спестявания при сглобяване. Инсталациите са скъпи по причина, но и поради сигурността. Тъй като водородът е експлозивен, изтичането му може да причини много проблеми. Нискокачествени маркучи, течащ резервоар за съхранение - и толкова, експлозията е гарантирана. Качеството на изработката понякога може да „куца“, така че е по-добре да бъдете щедри един ден и да похарчите пари за добро оборудване.
Добрият електролизатор може да се похвали с качество, компактност и лекота на използване. Може да се инсталира във всеки ъгъл на стаята и да използва обикновена чешмяна вода като гориво за получаване на желания водород. Обикновено електролизаторът се състои от риформинг, горивни клетки, система за пречистване, компресор и резервоар за съхранение на газ. Електричеството идва от захранването. Най-модерните модели изобщо са оборудвани със слънчеви панели.Такова оборудване определено бързо ще се изплати поради минималните разходи за неговото използване, дори като се вземе предвид не най-малката цена на самата единица.
Водород от селскостопански отпадъци
Често в Интернет можете да намерите препратки към инсталации за биогаз. Смисълът на тяхната работа е, че оборският тор се зарежда в генератора, той се преработва там и на изхода се получава метан. Разбира се, може да се използва не само оборски тор, но и всеки компостируем материал. Чистият тор обаче е най-продуктивен и достъпен. След това полученият биогаз преминава през тръби за нуждите на фермата и се използва като обичайния природен газ. Този метод за получаване на водород обаче има няколко недостатъка:
- Водородът като такъв в този процес е само страничен продукт. За да се отдели, е необходима допълнителна обработка на получения газ. Като правило никой не прави това и водородът безопасно умира в ръцете на пламъка заедно с метана.
- Необходима е непрекъсната доставка на суровини. Тоест оборският тор трябва да се подава към генератора без спиране и то в големи количества. Очевидно е, че обикновената частна икономика няма да може да осигури постоянен поток от суровини. И да го купувате отстрани не е изгодно. Заключение: този метод за производство на водород е подходящ само за относително големи ферми, които са готови да осигурят такива обеми. Подобна инсталация обаче няма да им донесе ползи, освен ако не им позволи да се отърват от отпадъците с полза за икономиката.
В допълнение, делът на водорода на изхода представлява само 2-12% от водорода. Тоест по-голямата част от продукта е метан. За да се осигури на икономиката само водород, ще са необходими невероятно количество суровини и огромен производствен капацитет. Така че не е изгодно дори за големи ферми да се фокусират специално върху производството на водород. Те или ще трябва да го изгорят заедно с метан, което се прави на практика, или да се опитат да го използват и във фермата. За възстановяване и съхранение на водорода обаче ще е необходимо допълнително оборудване, което означава допълнителни разходи. По този начин инсталацията за биогаз е най-неблагоприятният метод за производство на чист водород.
Принципът на работа на генератора
От училищния курс по физика е известно, че водата, изложена на електрически ток, се разлага на два компонента: водород и кислород. Въз основа на това явление се изгражда така наречения водороден генератор. Това устройство е единица, в която протича електрохимична реакция за получаване на водород и кислород от водата. Процесът на водна електролиза е показан на фигурата по-долу.
Процес на водна електролиза
На изхода на генератора се образуват не водород и кислород в чистата му форма, а така нареченият газ на Браун, кръстен на учения, който го е получил за първи път. Нарича се още „газообразен кислород“, тъй като при определени условия е взривоопасен. Освен това, когато този газ е изгорен, можете да получите почти четири пъти повече енергия, отколкото е изразходвана за неговото производство.
Такова предприятие за производство на водород е показано на фигурата по-долу.
Промишлено предприятие за производство на водород
Като енергиен носител водородът наистина няма равен и запасите му са практически неизчерпаеми. Както вече казахме, когато се изгаря, той отделя огромно количество топлинна енергия, несравнимо по-голяма от всяко въглеводородно гориво. Вместо вредни съединения, изпускани в атмосферата при използване на природен газ, когато водородът изгаря, се образува обикновена вода под формата на пара. Един проблем: този химичен елемент не се среща в природата в свободна форма, само в комбинация с други вещества.
Електролизаторите се произвеждат последователно и са предназначени за газопламенни (заваръчни) работи.Ток с определена сила и честота се прилага към групи метални плочи, потопени във вода. В резултат на протичащата реакция на електролиза се освобождават кислород и водород, смесени с водни пари. За да го отделят, газовете се прекарват през сепаратор и след това се подават към горелката. За да се избегне откат и експлозия, на захранването е монтиран клапан, който позволява на горивото да преминава само в една посока.
За контрол на нивото на водата и своевременно попълване е предвиден специален сензор от конструкцията, по чийто сигнал той се инжектира в работното пространство на електролизера. Излишното налягане вътре в съда се контролира от авариен превключвател и предпазен клапан. Поддържането на водороден генератор се състои в периодично добавяне на вода и това е всичко.
Изработване на електролизатор със собствените си ръце
Направи си сам електролизатор
Цените на скъпо чуждестранно оборудване често плашат обикновените собственици на малки ферми. Веднъж изгорени в евтин електролизатор с не много високо качество или дори решаващи да не рискуват изобщо, майсторите мислят да направят домашен водороден генератор сами. Като цяло задачата е изпълнима, при условие че притежавате определени знания и умения.
За да направите свой собствен електролизатор, ще трябва да закупите всички компоненти на инсталацията, които са изброени по-горе. Освен това процесът не завършва на етапа на извличане на гориво. В края на краищата все още е необходимо водородът да се отделя от кислорода и водните пари, за да се осигури постоянният му ток, натрупване в необходимия обем и подаване. В резултат на това окончателното изчисление ще покаже, че самосглобяването няма да струва много по-малко от закупения генератор, но ще бъде изразходвано невероятно количество усилия и време. И не е известно дали полученият резултат ще отговори на очакванията и ще се справи с поставената задача.
Характеристики на водородния генератор
Чистият водород се отделя при различни химични реакции, но този метод за получаването му е доста сложен и често твърде скъп.
Изключение правят технологичните процеси, при които газът се образува като страничен продукт, но засега такова производство има оскъдни обеми.
Извличането на водород от водата е много по-лесно чрез преминаване на електрически ток през нея - този процес се нарича електролиза. Първо, молекулата Н2О се разлага на водороден атом Н и хидроксогрупа ОН, след което настъпва окончателното разделяне на кислорода и водорода.
Първият, имащ отрицателен заряд, се втурва към анода, вторият към катода. Елементите се натрупват под формата на мехурчета, които след достигане на определен размер се отделят от електрода и плуват. Освен това кислородът и водородът без никакво разделяне (тази смес се нарича „газ на Браун“) влизат в горелката, където в процеса на изгаряне те отново се превръщат във вода. Водородните генератори често са оборудвани с въздухоотвод, за да осигурят доставката на крайния продукт без затруднения.
Очевидно е, че производителността на инсталацията ще се увеличи с увеличаване на контактната площ между водата и електродите. Поради тази причина последните са направени под формата на плочи. Те са сглобени в конструкция, напомняща на стоманени оребрени радиатори.
За да се увеличи производителността, днес се използват цилиндрични електроди, както и такива с по-сложна форма.
Скоростта на отделяне на водород също зависи от материала на електродите.
Вместо мед или неръждаема стомана, съвременните "усъвършенствани" генератори използват специални сплави, които са доста скъпи.
Друго условие е водата да преминава през ток. Имайте предвид, че в дестилирана форма това е диелектрик. Йоните правят тази течност проводник на електричество, в който разтворените в нея вещества, предимно соли, се разлагат. Колкото по-стръмно е решението, толкова по-добре ще премине ток.
Разходи за водород
Разходи за водород
Технологиите за производство на водород влияят върху неговите разходи. И така, цената на водорода за 1 кг при увеличаване е:
- 130 рубли - по метода на високотемпературна електролиза в атомни електроцентрали;
- 200 рубли - по метода на превръщане на въглеводородите;
- 320 рубли - по метода на химичната реакция (от атомна електроцентрала);
- 350 рубли - чрез извличане от биомаса;
- 420 рубли - чрез електролиза;
- 700 рубли - по метода на възстановяване на реагента.
По този начин е очевидно, че най-евтиният метод за производство на водород е първият, чрез електролиза в атомни електроцентрали с участието на високи температури. Факт е, че високите температури в АЕЦ са страничен ефект от производството, няма допълнителни разходи за получаването им. Засега обаче нито един от методите за производство на водород като горивна енергия не може да бъде възстановен напълно. В края на краищата, дори ако закупите най-евтината и в същото време ефективна инсталация, дори ако не вземете предвид високата й цена, електричеството все още е необходимо за генериране на водород. Използваното електричество се генерира в местни станции и се предава чрез проводници. В този случай възникват неизбежни загуби на енергия.
Как да си набавим водород у дома?
Диодният мост е идеален за това. Този на снимката не беше достатъчно мощен и бързо изгоря. Най-добрият вариант беше китайският диоден мост MB156 в алуминиев корпус.
Диодният мост се нагрява много. Ще е необходимо активно охлаждане. Охладителят за компютърен процесор е перфектен. За заграждението може да се използва разпределителна кутия с подходящ размер. Продава се в електрически стоки.
Под диодния мост трябва да се поставят няколко слоя картон. Необходимите отвори са направени в капака на разпределителната кутия. Ето как изглежда сглобеният блок. Електролизаторът се захранва от мрежата, вентилаторът се захранва от универсален източник на енергия. Като електролит се използва разтвор на сода за хляб. Тук трябва да се помни, че колкото по-висока е концентрацията на разтвора, толкова по-висока е скоростта на реакцията. Но в същото време отоплението е и по-високо. Освен това, реакцията на натриево разлагане на катода ще допринесе за нагряването. Тази реакция е екзотермична. В резултат на това ще се образуват водород и натриев хидроксид.
Устройството на снимката по-горе беше много горещо. Трябваше периодично да се изключва и да се изчака, докато изстине. Проблемът с отоплението беше частично решен чрез охлаждане на електролита. За това използвах настолна помпа за фонтан. Дълга тръба минава от една бутилка в друга през помпа и кофа със студена вода.
Мястото, където тръбата е свързана с топката, е добре оборудвано с кран. Продава се в магазини за домашни любимци в секцията за аквариуми.
Има ли полза
Печелившо ли е?
Има погрешно схващане, че отоплението на жилище с водородно гориво струва стотинка. Всъщност тази идея се разпространява от производителите на електролизатори и други съоръжения за производство на водород. С една дума, тези, които се възползват от подобно мнение. Казват, че само веднъж трябва да похарчите пари за закупуването на тази прекрасна машина и да живеете живота си по-нататък щастливо и безгрижно. Дали обаче наистина е така?
Човек трябва само да помисли за минута, за да разбере, че в действителност нещата не са толкова розови. Първо, самата инсталация е много скъпа. Дори ако сглобите устройството сами, цената на компонентите няма да е толкова евтина. Тоест първоначалните разходи са много високи, а перспективите за възстановяване са неясни. На второ място, за работата на електролизера е необходима чешмяна вода, която също не е безплатна. И трето, необходимо е да се вземат предвид разходите за електроенергия в случай, че генераторът не работи на слънчеви панели.
По този начин практически няма ползи от използването на водород като гориво за битови нужди.Може би само след десетилетие или две, когато технологиите станат по-напреднали, използването на водородно гориво ще бъде по-изгодно от съществуващите в момента алтернативни източници. Засега обаче този метод е почти 4 пъти по-скъп. И това се взема предвид не най-високите тарифи за електричество и вода. Дори да вземем средните и минимални стойности за Русия и страните от ОНД, цената на полученото гориво е необосновано висока. Следователно използването на този метод за отопление на дома ви ще се хареса само на пламенните защитници на природата, защото водородните растения са абсолютно екологични.
Отрицателни страни на отоплението на сгради от водороден тип
[sticky-ad id = 13532]
В дискусиите относно възможността за използване на водородно гориво за отоплителни системи скептиците дават сериозни аргументи:
- Висока цена: дори в най-ефективните електролизни инсталации, създадени до момента, производството на водород изисква 2 пъти повече енергия от последващото му изгаряне.
- Опасност от експлозия: хората бяха убедени в способността на водорода да избухва лесно по време на катастрофата на дирижабъл „Хинденбург”, чийто цилиндър беше пълен точно с този газ.
- Сложността на подготвителния процес: получаването на водород от водата е половината от успеха. За ефективно използване в топлинните генератори той трябва да се подава при стабилно налягане, което изисква компресор и допълнителен резервоар с редуктор. Освен това ще трябва да се изхвърлят водните пари, което изисква използването на изсушител.
Доста лесно е да направите самостоятелно растение за извличане на водород от вода. Според характеристиките си той няма да отстъпва много на закупения, но ще струва много по-малко. Нека разгледаме последователно етапите на създаване.
Проект (чертеж)
За производството на генератор ще ви е необходим херметически затворен контейнер, който ще бъде напълнен с вода, преди да започне производството на водород.
Електродите, разположени вътре, ще изглеждат като набор от плочи (необходими са 16 броя), монтирани с междина от 1 мм.
За да се гарантира това, между плочите трябва да се поставят найлонови дистанционни елементи (разрешен е всеки друг диелектрик).
Разстоянието от 1 мм е оптимално: ако го увеличите, ще трябва да увеличите силата на тока; с намаляването на празнината газовите мехурчета трудно ще излязат. Плочите ще се свързват последователно към анода и катода на 12-волтовото захранване. В този случай те трябва да бъдат поставени на ос, също направена от диелектричен материал.
Когато електродите са прикрепени към държача, той ще трябва да бъде прикрепен към дъното на капака на корпуса.
За да изберете газовата смес, в капака на корпуса се врязва тръба от конвенционален капкомер. Освен това в него трябва да се пробият още два отвора, през които ще се преминат проводниците. След сглобяването на уреда всички отвори в капака ще трябва да бъдат запечатани със силикон или лепило.
Важен компонент на генератора е водното уплътнение. За да го направите, ще ви трябва малък контейнер (обикновена бутилка ще свърши работа), където ще трябва да налеете вода преди да използвате устройството. В херметически затворения капак трябва да пробиете две дупки: в едната минаваме тръбата от генератора (тя трябва да бъде спусната до самото дъно), а във втората - друга тръба, през която газовата смес ще тече към горелката . Отворите в капака на хидроизолацията също трябва да бъдат запечатани. Водата трябва да се излива в бутилката на ¾ от обема ѝ.
Избор на електроди
Материалът, от който ще бъдат направени електродите, трябва да има ниско електрическо съпротивление и да бъде химически инертен по отношение на кислорода и веществата, присъстващи в разтвора.
Ако второто изискване не е изпълнено, ще се осъществи химическа реакция с участието на електроди, свързани към катодния полюс, в резултат на което разтворът ще се насити с чужди вещества.
Ето защо медта, един от най-добрите проводници, не може да се използва във воден разтвор. Вместо това се препоръчва използването на неръждаема стомана. Оптималната дебелина на електродните плочи от този материал е 2 мм.
Прочетете повече: Етапи на изработване на електрически топлинен пистолет със собствените си ръце
Контейнер
Имайки предвид риска от експлозия, корпусът на генератора трябва да бъде изработен от траен и пластмасов материал, който е устойчив на високи температури. Стоманата отговаря на тези изисквания най-добре от всички. Необходимо е само напълно да се изключи контактът на проводниците или електродите с корпуса, което ще доведе до късо съединение.
Обогатяването на сместа гориво-въздух с водород спомага за намаляване на разхода на гориво. Според някои автомобилисти икономията на гориво може да достигне до 30%.
Устройството, което беше описано в предишния раздел, се приема като основа за автомобилен генератор на водород. Разликата се крие в липсата на хидравлично уплътнение (полученият водород незабавно се изпраща във всмукателния колектор) и наличието на блок за управление. Последният ще регулира тока между електродите в зависимост от оборотите на двигателя.
Самостоятелното производство на такова устройство е възможно само за тези, които владеят свободно електрониката, затова препоръчваме да използвате закупената опция. Освен това сглобяемите модули поемат цялата работа по регулиране на производителността на водородния генератор, без да се изисква намеса на потребителя.
Системни елементи за автомобилен генератор
Всичко, което ще е необходимо, е да изберете ръчно стойността на текущата сила (оптимална) за режимите "празен ход" и "максимално натоварване" за първи път, а след това самият контролен блок ще променя производителността на инсталацията в рамките на определени граници.
Всички връзки трябва да бъдат запечатани много внимателно: изтичането на водород може да причини пожар.
Най-добре е да проверите плътността на конструкцията със сапунена пяна: течовете, ако има такива, ще се проявят като постоянно появяващи се и нарастващи мехурчета.
Корпусът на автомобилния водороден генератор може да бъде направен от филтър за кранове, който е доста издръжлив. Обемът му е малък и така че инсталацията не трябва да се презарежда твърде често, тя може допълнително да бъде оборудвана с резервоар за съхранение на запас от разтвор. Той е свързан с работния контейнер чрез две тръби.
Самоизработеното устройство схематично представлява контейнер с вода, където са поставени електроди за преобразуване на водата във водород и кислород.
За да направите такова устройство със собствените си ръце, ще ви трябва:
- Лист от неръждаема стомана с дебелина 0,5-0,7 мм. Подходяща е марка от неръждаема стомана 12Х18Н10Т.
- Плочи от плексиглас.
- Гумени тръби за водоснабдяване и газоразтоварване.
- Устойчив на бензин и масло листов каучук с дебелина 3 мм.
- Източник на напрежение - LATR с диоден мост за получаване на постоянен ток. Той трябва да осигурява 5-8 ампера ток.
Първо, неръждаемите плочи се нарязват на правоъгълници 200x200mm. Ъглите на плочите трябва да бъдат отрязани, за да затегнете след това цялата конструкция с болтове. Във всяка плоча пробиваме отвор с диаметър 5 мм, на разстояние 3 см от дъното на плочите, за циркулация на водата. Също така към всяка плоча е запоен проводник за свързване към източник на захранване.
Преди сглобяването пръстените с външен диаметър 200 mm и вътрешен диаметър 190 mm са направени от гума. Също така трябва да подготвите две плочи от плексиглас с дебелина 2 см и размери 200 × 200 мм, докато първо трябва да направите отвори в тях от четири страни за затягане на болтове M8.
Направи си сам водороден генератор
За да се предотврати връщането на газ в газовия генератор, е необходимо да се направи водно уплътнение по пътя от генератора към горелката или дори по-добре, два клапана.
Дизайнът на затвора е контейнер с вода, в който тръбата се спуска във водата от страната на генератора, а тръбата, която отива към горелката, е над нивото на водата. Схемата на водороден генератор с вентили е показана на фигурата по-долу.
Водородна генераторна верига с водни врати
В електролизатор - запечатан съд с вода с понижени електроди, когато се подаде напрежение, газът започва да се отделя. Чрез тръба 1 тя се подава към врата 1. Дизайнът на водното уплътнение е подреден по такъв начин, както се вижда от фигурата, че газът може да се движи само в посока от електролизатора към горелката, а не обратно.
Това се затруднява от различната плътност на водата, която трябва да бъде преодоляна по обратния път. По-нататък по тръбата 2 газът се придвижва към порта 2, който е предназначен за по-голяма надеждност на системата: ако внезапно по някаква причина първата врата не работи. След това газът се подава към горелката през тръба 3. Водните уплътнения са много важна част от устройството, тъй като предотвратяват протичането на газа в обратна посока.
Ако газът попадне обратно в електролизатора, устройството може да експлодира. Следователно при никакви обстоятелства устройството не трябва да работи без водни уплътнения!
Понастоящем генераторът за заваряване е единственото практическо приложение за електролитно разделяне на водата. Непрактично е да го използвате за отопление на къщата и ето защо. Разходите за енергия по време на работа с газовия пламък не са толкова важни, най-важното е, че заварчикът не трябва да носи тежки цилиндри и да играе с маркучи. Отоплението на дома е друг въпрос, при който всяка стотинка е от значение. И тук водородът губи от всички съществуващи в момента видове горива.
Серийните заваръчни генератори струват много пари, защото използват катализатори за процеса на електролиза, които включват платина. Можете да направите водороден генератор със собствените си ръце, но ефективността му ще бъде дори по-ниска от тази на фабриката. Определено ще успеете да се сдобиете с горим газ, но едва ли ще е достатъчно да отоплявате поне една голяма стая, камо ли цялата къща. И ако това е достатъчно, ще трябва да платите страхотни сметки за ток.
Бъди внимателен
Бъди внимателен
След инсталирането на генератора, както и по време на него, не трябва да се забравя за предпазните мерки. Водородът е запалим, взривоопасен газ без мирис, така че изтичането му е изключително опасно. За да се избегне това, е необходимо внимателно да се проверят всички компоненти на електролизера за течове: тръби, помпа, резервоар. Това важи особено за устройствата за самосглобяване. Те са най-опасни. Освен това не е известно колко висококачествено гориво ще доставят в крайна сметка. Разбира се, вероятността от сключване на брак може да бъде висока за закупените модели, особено неизвестни или непроверени производители. Затова винаги е по-добре да се даде предпочитание на по-скъп, но и по-надежден производител на това оборудване. Звучи като реклама, но факт остава факт: трябва да доплатите за качество. Въпреки че правилото не винаги работи, колкото по-скъпо, толкова по-добре. Идеално е, ако купувачът, правейки своя избор, разчита на знания в тази област. И, най-важното, доверете се, но проверете. В крайна сметка дори най-известната марка може да създаде брак.
Експлоатация
След сглобяването можете да започнете да тествате устройството. За да направите това, в края на тръбата е инсталирана горелка от медицинска игла и в нея се излива вода. Добавете KOH или NaOH към водата. Водата трябва да бъде дестилирана или разтопена в краен случай. 10% концентрация на алкален разтвор е достатъчна за устройството да работи.
Прочетете още: Херпес зостер за мазилка
След това към електродите се свързва LATR с диоден мост съгласно схемата. В схемата са монтирани амперметър и волтметър за наблюдение на работата. Те започват с минималното напрежение и след това постоянно се увеличават, наблюдавайки отделянето на газ.
По-добре е да извършвате предварителна работа на открито извън къщата.Тъй като инсталацията е взривоопасна, цялата работа трябва да се извършва с изключително внимание.
По време на тестовете наблюдавайте работата на устройството. Ако има малък пламък на горелката, тогава в генератора може да има ниски газове или да има изтичане на газ някъде. Ако разтворът стане мътен, мръсен, той трябва да бъде заменен. Също така е необходимо да се гарантира, че устройството не се прегрява и водата не кипи.
