Водород от алуминий и вода. Как да произведем водород от вода Производство на водород от алуминий чрез електролиза

„Водородът се генерира само когато е необходим, така че можете да произвеждате толкова от него, колкото ви е необходимо“, обясни Удол на университетски симпозиум, описвайки подробностите за откритието. Технологията може например да се използва заедно с малки двигатели с вътрешно горене в различни приложения като преносими аварийни генератори, косачки и триони. Теоретично може да се използва за автомобили и камиони.

Водородът се освобождава спонтанно, когато се добави вода към перлите, които са направени от сплав от алуминий и галий. „В този случай алуминият в карбида реагира с водата, отнемайки кислорода от молекулите си“, коментира Удол. Съответно останалият водород се отделя в околното пространство.

Наличието на галий е критично за протичане на реакцията, тъй като предотвратява образуването на оксиден филм върху повърхността на алуминия по време на неговото окисляване. Този филм обикновено предотвратява по-нататъшното окисляване на алуминия, като действа като бариера. Ако образуването му е нарушено, реакцията ще продължи, докато целият алуминий бъде изразходван.

Удол открива процеса с течна алуминиево-галиева сплав през 1967 г., докато работи в производството на полупроводници. „Почиствах тигел, съдържащ сплав от галий и алуминий", казва той. „Когато добавих вода към него, се чу силен трясък. След това се оттеглих в лабораторията и прекарах няколко часа в изучаване какво точно се е случило.

„Галият е необходим компонент, тъй като се топи при ниска температура и разтваря алуминия, което позволява на последния да реагира с вода. Удол обяснява. „Това беше неочаквано откритие, тъй като е добре известно, че твърдият алуминий не реагира с вода.“

Крайните продукти на реакцията са галий и алуминиев оксид. Изгарянето на водорода води до образуването на вода. „По този начин не се произвеждат токсични емисии", казва Удол. „Важно е също така да се отбележи, че галият не участва в реакцията, така че може да бъде рециклиран и използван отново. Това е важно, защото сега този метал е много по-скъп от алуминия. Въпреки това, ако този процес започне да се използва широко, минната индустрия ще може да произвежда по-евтин, нискокачествен галий. За сравнение, целият галий, използван днес, е високо пречистен и се използва предимно в полупроводниковата индустрия.

Удол казва, че тъй като водородът може да се използва вместо бензин в двигателите с вътрешно горене, техниката може да се приложи в автомобилни приложения. Въпреки това, за да може технологията да се конкурира с бензиновата технология, е необходимо да се намалят разходите за възстановяване на алуминиев оксид. „В момента цената на килограм алуминий е над $1, така че не можете да получите същото количество водород като бензин при $3 за галон,” обяснява Удол.

Въпреки това цената на алуминия може да бъде намалена, ако се получи от оксида чрез електролиза, а електричеството за него ще идва от или. В този случай алуминият може да се произвежда на място и няма нужда от електрическо предаване, което намалява общите разходи. Освен това такива системи могат да бъдат разположени в отдалечени райони, което е особено важно при изграждането на атомни електроцентрали. Този подход, според Удол, ще намали използването на бензин, ще намали замърсяването и зависимостта от вноса на петрол.

„Ние го наричаме базирана на алуминий водородна енергия“, казва Удол, „и няма да е трудно да преобразуваме двигателите с вътрешно горене да работят с водород. Всичко, което трябва да направите, е да смените горивния им инжектор с водороден.

Системата може да се използва и за захранване на горивни клетки. В този случай той вече може да се конкурира с бензиновите двигатели - дори и с днешната висока цена на алуминия. „Системите с горивни клетки са 75% ефективни, в сравнение с 25% за двигателите с вътрешно горене", казва Удол. „Така че след като технологията стане широко достъпна, нашата техника за извличане на водород ще бъде икономически жизнеспособна."

Учените подчертават стойността на алуминия за генериране на енергия. „Повечето хора не осъзнават колко енергия се съдържа в него", обяснява Удол. „Всеки паунд (450 грама) метал може да произведе 2 kWh при изгаряне на отделения водород и същото количество енергия под формата на топлина. Така една средна кола с резервоар, пълен с топчета от алуминиева сплав (около 150 кг) ще може да измине около 600 км и ще струва $60 (с предположението, че алуминиевият оксид след това ще бъде рециклиран). За сравнение, ако напълня резервоара с бензин, ще получа 6 kWh на фунт, което е 2,5 пъти повече енергия от фунт алуминий. С други думи, ще ми трябва 2,5 пъти повече алуминий, за да получа същото количество енергия. Важното обаче е, че напълно изключвам бензина и вместо това използвам евтино вещество, което се предлага в САЩ."

Но как от научна гледна точка може да се получи енергия от такива отпадъци? Един автор реши да повтори този експеримент и се получи доста добре. Какво се крие зад всичко това? Всичко всъщност е много просто, ние ще получим енергия от алуминий, като извлечем водород от него. Това може да стане по различни начини; алуминият е доста нестабилен метал, ако неговият оксиден филм се разруши. В същото време той започва да отделя водород просто чрез контакт с въздуха. Киселини и други вещества могат да се използват за унищожаване на оксидния филм. Например, можете просто да надраскате алуминий с игла под капка живак и на това място оксидният филм ще бъде унищожен.

Защо ще ви трябва Coca-Cola по време на експеримента, ще разберете от статията;)

Използвани материали и инструменти

Списък на материалите:
- маркучи;
- дъски;
- пластмасови шишета;
- двутактов двигател;
- DC мотор 12V;
- 12V батерия;
- (по избор);
- пластмасова кутия;
- манометър;
- метални скоби;
- парче метална тръба;
- студено заваряване;
- Активен въглен;
- вода;
- тънка ламарина;
- самонарезни винтове.

За химическа реакция: алуминий, кока-кола, натриев хидроксид.

Списък с инструменти:
- ножици;
- отвертка;
- ножовка;
- ;
- ключове, отвертки и други дребни предмети.

Нека започнем да сглобяваме устройството:

Първа стъпка. Теория
Въпросът е следният: вземете Coca-Cola и добавете към нея натриев хидроксид. Coca-Cola съдържа фосфорна киселина и когато тя реагира с натриев хидроксид, тя произвежда веществото натриев ортофосфат, както и вода. Така че, ако добавите алуминий към натриев ортофосфат, ще получите бурна реакция с отделяне на водород, което е това, от което се нуждаем.

Остава само да адаптираме контейнера за реакцията, както и да инсталираме филтри и консуматор на водород, който е двигателят с вътрешно горене.

Двигателят трябва да е подготвен да работи на газ. За това се нуждаем от малка пластмасова бутилка. Изрязваме дупки в капака за винтовете и правим входящ отвор за карбуратора. Прикрепяме капака към карбуратора. Отрежете дъното на бутилката и вместо това поставете гъба или нещо подобно, което ще служи като филтър.

Направете дупка в бутилката на входа на карбуратора и монтирайте маркуч за подаване на газ.

Генераторът и валовете на двигателя са свързани с помощта на парче гумен маркуч. За по-голяма сигурност можете да поставите по-тънък маркуч в по-дебел. Фиксираме цялото това нещо с метални скоби.

След това можете да опитате да стартирате двигателя. Напръскайте въздушния филтър със стартова течност и подайте напрежение към двигателя, за да развъртите двигателя. Не забравяйте за запалването и посоката на въртене.

Реакцията отделя толкова много топлина, че водата започва да кипи. За да избегне това, авторът излива кутията със студена вода.

Докато целият свят разработва горивни клетки и говори за водородната енергия на бъдещето, скептиците не се уморяват да повтарят, че човечеството все още няма евтин начин за производство на водород. Съвременният метод за производство е електролизата на водата, но за прилагането му в световен мащаб ще е необходима много електроенергия.

Човечеството възлага основните си надежди на проекта за термоядрен синтез, който трябва да отвори неизчерпаем източник на енергия за хората, но все още никой не се е заел да предвиди датата на влизане в експлоатация на първия токамак. Освен това учените се опитват да адаптират бактериите да произвеждат водород от хранителни и промишлени отпадъци и също се опитват имитират процеса на фотосинтеза, който разделя водата на водород и кислород в растенията. Всички тези методи все още са много далеч от промишлено приложение.

Американски учени изглежда са се научили да произвеждат водород в големи количества чрез реакция на алуминий с вода.

Разработчици от университета Purdue създадоха нова метална сплав, обогатена с алуминий, която може да бъде много ефективна в процеса на производство на водород. Използването на тази сплав, наред с други неща, е икономически оправдано и този метод скоро може да се конкурира със съвременните видове гориво, използвани в транспорта и енергетиката.

как говориДжери Удол, университетски професор и инициатор на работата, неговата иновация може да намери приложение във всички области - от мобилни устройства за генериране на енергия до големи индустриални инсталации.

Новата сплав се състои от 95% алуминий, а останалите 5% от сложна сплав от галий, индий и калай. Въпреки че галият е много рядък и скъп елемент, количествата му в сплавта са толкова малки, че цената на сплавта и особено цената на нейната експлоатация могат да бъдат търговски изгодни.
Когато тази сплав се добави към вода, алуминият влиза в реакция на окисление, в резултат на което се отделят водород и топлинна енергия и алуминият се превръща в оксидна форма.
2Al + 3H 2 O --> 3H 2 + Al 2 O 3 + Q

От училищния курс по химия всеки трябва да знае, че алуминият е изключително активен метал и лесно реагира с вода, освобождавайки водород по време на собственото си окисление. Използването на алуминий в ежедневието и особено като съдове за готвене обаче е абсолютно безопасно, тъй като на повърхността на алуминия винаги има тънък, но много издръжлив и инертен оксиден филм Al 2 O 3, който кара алуминия да реагира с вода не е толкова лесно.

Сплавта индий-галий-калай е критичен компонент за технологията на Woodall: тя предотвратява образуването на този оксиден филм и позволява на алуминия да реагира количествено с водата.

Освен водорода ценен продукт от реакцията е и топлинната енергия, която също може да се използва. Алуминиевият оксид и по-инертната сплав от галий, индий и калай могат впоследствие да бъдат редуцирани в известен промишлен процес, така че затворен цикъл може да намали разходите за производство на енергия, в домашни условия, до по-малко от 2 рубли за киловатчас.

Заслугата на химиците-технолози е, че те не само успяха да свършат титанична работа по избора на химичен състав на алуминиева сплав, но и се научиха да контролират нейната микроструктура, което е ключът към функционализирането на материала.

Факт е, че смес от метали при втвърдяване не образува хомогенен твърд разтвор поради разликите в структурата на кристалните решетки на металите; освен това получената сплав има доста ниска точка на топене. В резултат на това при охлаждане от стопилката се образува крайната сплав под формата на смес от две независими фази - алуминий и сплав от галий, индий и калай, вградени в дебелината на материала под формата на микроскопични кристалити.

Именно този двуфазен състав определя способността на алуминия в дадена сплав да реагира с водата при нормални условия и следователно е критичен за цялата технология.

Освен това, както се оказва, този материал може да бъде получен в две различни форми, в зависимост от метода на охлаждане на разтопената смес от метали. Очевидно по време на бързо охлаждане (закаляване) кристалната структура на разтвора няма време да се пренареди, в резултат на което пробата на изхода се оказва почти еднофазна. Сплавта на Woodall в тази форма не реагира с вода, докато не се намокри с разтопена смес от галий, индий и калай.

Но след като откриха способността на такъв намокрен материал да реагира с вода при нормални условия, учените бяха доста вдъхновени и след известно време откриха способността на стопилка, обогатена с алуминий, да кристализира при бавно охлаждане в двуфазна форма. Такъв материал е способен да реагира с вода без участието на течна сплав от галий, индий и калай. Учените вярват, че определящият фактор за предотвратяване на образуването на оксиден филм върху повърхността на материала е микроструктурата на материалите на границата между двете фази, които образуват материала.

В момента учените се занимават с технологичната задача да брикетират тяхната сплав, за да подобрят лекотата на използване. По този начин блок от алуминиева сплав може да бъде поставен в реактор, чиито размери се определят от необходимото количество водород, и да произвежда точно толкова водород, колкото е необходимо на мястото и във времето, когато е необходимо. Такава технология, когато бъде доведена до своя логичен завършек, ще реши още два неотложни проблема на водородната енергия (в допълнение към реалното производство на водород от вода), а именно съхранението и транспортирането на водород.
Сплавта от индий, галий и калай е инертен компонент и не участва в реакцията, така че след края на реакцията може да се използва повторно практически без загуби.

Алуминиевият оксид също е много удобно вещество за извършване на неговата електрохимична редукция в съответствие с процеса на Hall-Heroult, който в момента се използва широко в алуминиевата индустрия:
2Al 2 O 3 + 3C = 4Al + 3CO 2
Според учените възстановяването на алуминий от оксида, получен по време на производството на водород, е дори по-евтино от стандартното му производство от боксит, въпреки че пълният цикъл от алуминий до алуминий, разбира се, е скъп - учените не са възнамерявали да създават вечен машина за движение.

По принцип за прилагане на технологията на Woodall, която все още не е описана в научни публикации, не са необходими нови иновации - необходимо е само да се създаде инфраструктура за доставка на сплавта до крайния потребител и да се организира процесът на нейното възстановяване с помощта на добре разработени промишлени методи за производство на метален алуминий.

Алуминият е най-разпространеният метал на Земята. В допълнение, страничен продукт от разработването на бокситни руди, минерали, съдържащи алуминий, е галият, най-ценният компонент на сплавта на Woodall.

Самият учен, който в миналото беше удостоен с най-високото отличие в областта на технологиите в САЩ, отбелязва, наред с проблемите от чисто икономическо естество, необходимостта от провеждане на допълнителни експерименти върху влиянието на състава и по-специално , микроструктурата на границата на фазите в нов материал върху неговите свойства. Такава работа може да направи възможно в бъдеще да се премине към използването на по-евтини и по-достъпни метали от галия.

Ръстът на цените на енергията стимулира търсенето на по-ефективни, включително и на битово ниво. Най-вече занаятчиите и ентусиастите са привлечени от водорода, чиято калоричност е три пъти по-висока от тази на метана (38,8 kW срещу 13,8 на 1 kg вещество). Методът за извличане у дома изглежда е известен - разделяне на вода чрез електролиза. В действителност проблемът е много по-сложен. Нашата статия има 2 цели:

• анализирайте въпроса как да направите генератор на водород с минимални разходи;
• Обмислете възможността за използване на водороден генератор за отопление на частен дом, зареждане на автомобил и като машина за заваряване.

Кратка теоретична част

Водородът, известен още като водород, първият елемент от периодичната таблица, е най-лекото газообразно вещество с висока химическа активност. По време на окисляване (т.е. изгаряне) той отделя огромно количество топлина, образувайки обикновена вода. Нека характеризираме свойствата на елемента, форматирайки ги под формата на тези:

За справка. Учените, които първи разделиха водната молекула на водород и кислород, нарекоха сместа експлозивен газ поради склонността й да експлодира. Впоследствие той получава името газ на Браун (по името на изобретателя) и започва да се обозначава с хипотетичната формула NHO.

От горното се налага следният извод: 2 водородни атома лесно се свързват с 1 кислороден атом, но се разделят много неохотно. Химическата реакция на окисление протича с директно освобождаване на топлинна енергия в съответствие с формулата:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O + Q (енергия)

Тук се крие важен момент, който ще ни бъде полезен при по-нататъшно разяснение: водородът реагира спонтанно от изгаряне и топлината се отделя директно. За да се раздели водна молекула, ще трябва да се изразходва енергия:

2H 2 O → 2H 2 + O 2 - Q

Това е формулата за електролитна реакция, която характеризира процеса на разделяне на водата чрез доставяне на електричество. Как да приложим това на практика и да направим генератор на водород със собствените си ръце, ще разгледаме допълнително.

Създаване на прототип

За да разберете с какво се занимавате, първо предлагаме да сглобите прост генератор за производство на водород с минимални разходи. Дизайнът на домашна инсталация е показан на диаграмата.

От какво се състои примитивен електролизатор:

• реактор - стъклен или пластмасов контейнер с дебели стени;
• метални електроди, потопени в реактор с вода и свързани към източник на енергия;
• вторият резервоар играе ролята на водно уплътнение;
• тръби за отстраняване на HHO газ.

Важен момент. Електролитната водородна инсталация работи само на постоянен ток. Затова използвайте променливотоков адаптер, зарядно за кола или батерия като източник на захранване. AC генератор няма да работи.

Принципът на работа на електролизера е следният:

За да направите конструкцията на генератора, показана на диаграмата, със собствените си ръце, ще ви трябват 2 стъклени бутилки с широки гърла и капачки, медицински капкомер и 2 дузини самонарезни винтове. Пълният набор от материали е показан на снимката.

Специалните инструменти ще изискват пистолет за лепило за запечатване на пластмасови капаци. Производствената процедура е проста:

За да стартирате генератора на водород, налейте подсолена вода в реактора и включете източника на енергия. Началото на реакцията ще бъде белязано от появата на газови мехурчета в двата контейнера. Регулирайте напрежението до оптималната стойност и запалете Брауновия газ, излизащ от иглата на капкомера.

Втора важна точка. Невъзможно е да се приложи твърде високо напрежение - електролитът, нагрят до 65 ° C или повече, ще започне да се изпарява интензивно. Поради голямото количество водна пара няма да може да запалите горелката. За подробности относно сглобяването и пускането на импровизиран генератор на водород вижте видеоклипа:

За водородната клетка на Майер

Ако сте направили и тествали описания по-горе дизайн, вероятно сте забелязали от изгарянето на пламъка в края на иглата, че производителността на инсталацията е изключително ниска. За да получите повече детониращ газ, трябва да направите по-сериозно устройство, наречено клетка Стенли Майер в чест на изобретателя.

Принципът на действие на клетката също се основава на електролиза, само анодът и катодът са направени под формата на тръби, поставени една в друга. Напрежението се подава от импулсния генератор през две резонансни намотки, което намалява консумацията на ток и увеличава производителността на водородния генератор. Електронната схема на устройството е показана на фигурата:

Забележка. Работата на веригата е описана подробно на ресурса http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.

За да направите клетка на Майер, ще ви трябва:

• цилиндрично тяло, изработено от пластмаса или плексиглас; занаятчиите често използват воден филтър с капак и тръби;
• тръби от неръждаема стомана с диаметър 15 и 20 mm, дължина 97 mm;
• проводници, изолатори.

Тръбите от неръждаема стомана са прикрепени към диелектрична основа и към тях са запоени проводници, свързани към генератора. Клетката се състои от 9 или 11 тръби, поставени в пластмасова или плексигласова кутия, както е показано на снимката.

Елементите се свързват по добре позната в Интернет схема, която включва електронен блок, клетка на Майер и воден затвор (техническо наименование - барботер). От съображения за безопасност системата е оборудвана със сензори за критично налягане и ниво на водата. Според рецензии на домашни занаятчии такава водородна инсталация консумира ток от около 1 ампер при напрежение 12 V и има достатъчна производителност, въпреки че точните цифри не са налични.

Пластинчат реактор

Високоефективен генератор на водород, способен да осигури работата на газова горелка, е изработен от плочи от неръждаема стомана с размери 15 х 10 см, количество - от 30 до 70 броя. В тях се пробиват отвори за затягащите щифтове, а в ъгъла се изрязва клема за свързване на проводника.

В допълнение към лист от неръждаема стомана клас 316, ще трябва да закупите:

• гума с дебелина 4 мм, устойчива на основи;
• крайни плочи от плексиглас или печатна платка;
• щанги M10-14;
• възвратен клапан за газова заваръчна машина;
• воден филтър за воден затвор;
• свързващи тръби от гофрирана неръждаема стомана;
• калиев хидроксид под формата на прах.

Плочите трябва да бъдат сглобени в един блок, изолиран един от друг с гумени уплътнения с изрязана среда, както е показано на чертежа. Завържете здраво получения реактор с щифтове и го свържете към тръбите с електролита. Последният идва от отделен контейнер, оборудван с капак и спирателни вентили.

Забележка. Казваме ви как да направите проточен (сух) електролизер. По-лесно е да се произвежда реактор с потопяеми плочи - няма нужда да се монтират гумени уплътнения и сглобеният модул се спуска в запечатан контейнер с електролит.

Последващото сглобяване на генератора, произвеждащ водород, се извършва по същата схема, но с разлики:

1. Към тялото на устройството е прикрепен резервоар за приготвяне на електролит. Последният е 7-15% разтвор на калиев хидроксид във вода.
2. Вместо вода, така нареченият дезоксидант се излива в „барботера“ - ацетон или неорганичен разтворител.
3. Пред горелката трябва да се монтира възвратен клапан, в противен случай, когато водородната горелка се изключи плавно, хлабината ще разкъса маркучите и барботера.

За да захранвате реактора, най-лесният начин е да използвате заваръчен инвертор, няма нужда да сглобявате електронни вериги. Как работи домашен генератор на Браун газ е обяснено от домашен майстор в неговото видео:

Изгодно ли е да произвеждате водород у дома?

Отговорът на този въпрос зависи от обхвата на приложение на сместа кислород-водород. Всички чертежи и диаграми, публикувани от различни интернет ресурси, са предназначени за освобождаване на HHO газ за следните цели:

• използване на водород като гориво за автомобили;
• бездимно изгаряне на водород в отоплителни котли и пещи;
• използвани за газови заваръчни работи.

Основният проблем, който отрича всички предимства на водородното гориво: цената на електроенергията за освобождаване на чистото вещество надвишава количеството енергия, получено от изгарянето му. Каквото и да твърдят привържениците на утопичните теории, максималната ефективност на електролизера достига 50%. Това означава, че за 1 kW получена топлина се изразходват 2 kW електроенергия. Ползата е нулева, даже отрицателна.

Нека си припомним какво написахме в първия раздел. Водородът е много активен елемент и реагира сам с кислорода, като отделя много топлина. Когато се опитваме да разделим стабилна водна молекула, не можем да приложим енергия директно към атомите. Разделянето се извършва с помощта на електричество, половината от което се разсейва за загряване на електродите, водата, намотките на трансформатора и т.н.

Важна основна информация. Специфичната топлина на изгаряне на водорода е три пъти по-висока от тази на метана, но по маса. Ако ги сравним по обем, тогава при изгаряне на 1 m³ водород ще се отделят само 3,6 kW топлинна енергия срещу 11 kW за метан. Все пак водородът е най-лекият химичен елемент.

Сега нека разгледаме детониращия газ, получен чрез електролиза в домашен водороден генератор като гориво за горните нужди:

За справка. За да изгорите водород в отоплителен котел, ще трябва напълно да преработите дизайна, тъй като водородната горелка може да разтопи всяка стомана.

Заключение

Водородът, съдържащ се в NHO газ, получен от домашен генератор на водород, е полезен за две цели: експерименти и газово заваряване. Дори и да пренебрегнем ниската ефективност на електролизера и разходите за монтажа му заедно с консумираната електроенергия, просто няма достатъчно производителност за отопление на сградата. Това важи и за бензиновия двигател на лек автомобил.

Получаване на водород от вода по формулата H2O + C +e = -H2CO3 и +H, а именно енергия от воден въглен, като енергия от лазерна мълния или електричество. Евтини катализатори за отделяне на водород от вода и използване на променливо напрежение от 50 херца, това дори може да се каже, че е моето откритие. Открих прост начин за производство на водород от вода, като използвам обикновен катализатор, графит или въглен.
Ще намерите как да отделите водород от вода с помощта на въглен на моя уебсайт http://xn--c1atbkq7d.xn--p1ai/ Nyurgun.RF, основната тайна за приготвяне на правилния въглен.
Въглищата трябва да бъдат изгорени с много въздух и като се нагреят въглищата над хиляда и двеста градуса, едва тогава те стават катализатор за водорода и водната молекула ще се нагрее до хиляда градуса.

Приготвяне на графит за производство на водород от вода чрез изгаряне на въглища под вода. Публикувано: 25 апр 2015 г
Уникална комбинация от въглеродни съединения за извличане на атомен водород от прясна вода без никакви добавки.

Бързо и бавно изгаряне на водород(и), като доказателство за отделянето на водород от вода с помощта на въглен. Публикувано: 12 май 2015 г
Използвам водород за лекарство за облекчаване на умората.
За потребителя няма значение как се загрява топлата му вода, дали чрез изгаряне на въглеводороди или чрез използване на суперефективни нови технологии.