एल्यूमीनियम और पानी से हाइड्रोजन। पानी से हाइड्रोजन का उत्पादन कैसे करें इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा एल्युमीनियम से हाइड्रोजन का उत्पादन

वुडल ने एक विश्वविद्यालय संगोष्ठी में खोज के विवरण का वर्णन करते हुए कहा, "हाइड्रोजन केवल जरूरत पड़ने पर ही उत्पन्न होता है, इसलिए आप इसका उतना ही उत्पादन कर सकते हैं जितनी आपको जरूरत है।" उदाहरण के लिए, प्रौद्योगिकी का उपयोग छोटे आंतरिक दहन इंजनों के साथ पोर्टेबल आपातकालीन जनरेटर, लॉन घास काटने की मशीन और आरी जैसे विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जा सकता है। सैद्धांतिक रूप से, इसका उपयोग कारों और ट्रकों पर किया जा सकता है।

जब मोतियों में पानी मिलाया जाता है, तो हाइड्रोजन स्वतः ही निकल जाती है, जो एल्यूमीनियम और गैलियम के मिश्र धातु से बने होते हैं। वुडल टिप्पणी करते हैं, "इस मामले में, कार्बाइड में एल्यूमीनियम पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिससे उसके अणुओं से ऑक्सीजन निकल जाती है।" तदनुसार, शेष हाइड्रोजन को आसपास के स्थान में छोड़ दिया जाता है।

प्रतिक्रिया होने के लिए गैलियम की उपस्थिति महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह ऑक्सीकरण के दौरान एल्यूमीनियम की सतह पर ऑक्साइड फिल्म के गठन को रोकता है। यह फिल्म आमतौर पर एक अवरोध के रूप में कार्य करके एल्यूमीनियम के आगे ऑक्सीकरण को रोकती है। यदि इसका गठन बाधित हो जाता है, तो प्रतिक्रिया तब तक जारी रहेगी जब तक कि सभी एल्यूमीनियम का उपभोग नहीं हो जाता।

वुडल ने 1967 में अर्धचालक उद्योग में काम करते समय तरल एल्यूमीनियम-गैलियम मिश्र धातु के साथ प्रक्रिया की खोज की। वह कहते हैं, "मैं गैलियम और एल्युमीनियम के मिश्रधातु वाले क्रूसिबल को साफ कर रहा था। जब मैंने इसमें पानी डाला, तो एक जोरदार धमाका हुआ। उसके बाद, मैं प्रयोगशाला में चला गया और वास्तव में क्या हुआ, इसका अध्ययन करने में कई घंटे बिताए।

“गैलियम एक आवश्यक घटक है, क्योंकि यह कम तापमान पर पिघलता है और एल्यूमीनियम को घोलता है, जिससे बाद वाले के लिए पानी के साथ प्रतिक्रिया करना संभव हो जाता है। वुडल बताते हैं। "यह एक अप्रत्याशित खोज थी, क्योंकि यह सर्वविदित है कि ठोस एल्यूमीनियम पानी के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है।"

प्रतिक्रिया के अंतिम उत्पाद गैलियम और एल्यूमीनियम ऑक्साइड हैं। हाइड्रोजन के दहन से पानी बनता है। वुडल कहते हैं, "इस तरह, कोई विषाक्त उत्सर्जन उत्पन्न नहीं होता है। यह भी ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि गैलियम प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेता है, इसलिए इसे पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है और फिर से उपयोग किया जा सकता है। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि यह धातु अब एल्युमीनियम से कहीं अधिक महंगी है। हालाँकि, यदि इस प्रक्रिया का व्यापक रूप से उपयोग शुरू हो जाता है, तो खनन उद्योग सस्ता, निम्न-श्रेणी का गैलियम उत्पादन करने में सक्षम होगा। तुलनात्मक रूप से, आज उपयोग किया जाने वाला सभी गैलियम अत्यधिक शुद्ध होता है और मुख्य रूप से अर्धचालक उद्योग में उपयोग किया जाता है।

वुडॉल का कहना है कि चूंकि आंतरिक दहन इंजनों में गैसोलीन के बजाय हाइड्रोजन का उपयोग किया जा सकता है, इसलिए इस तकनीक को ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में लागू किया जा सकता है। हालाँकि, प्रौद्योगिकी को गैसोलीन प्रौद्योगिकी के साथ प्रतिस्पर्धा करने के लिए, एल्यूमीनियम ऑक्साइड पुनर्प्राप्ति की लागत को कम करना आवश्यक है। वुडल बताते हैं, "फिलहाल, एक पाउंड एल्युमीनियम की कीमत 1 डॉलर से अधिक है, इसलिए आपको गैसोलीन के बराबर हाइड्रोजन 3 डॉलर प्रति गैलन पर नहीं मिल सकता है।"

हालाँकि, एल्यूमीनियम की लागत को कम किया जा सकता है यदि इसे इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग करके ऑक्साइड से प्राप्त किया जाता है, और इसके लिए बिजली या से आएगी। इस मामले में, एल्युमीनियम का उत्पादन साइट पर किया जा सकता है और विद्युत संचरण की कोई आवश्यकता नहीं है, जिससे कुल लागत कम हो जाती है। इसके अलावा, ऐसी प्रणालियाँ दूरदराज के क्षेत्रों में स्थित हो सकती हैं, जो परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का निर्माण करते समय विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। वुडॉल के अनुसार, इस दृष्टिकोण से गैसोलीन का उपयोग कम होगा, प्रदूषण कम होगा और तेल आयात पर निर्भरता कम होगी।

वुडल कहते हैं, "हम इसे एल्यूमीनियम-आधारित हाइड्रोजन पावर कहते हैं," और आंतरिक दहन इंजनों को हाइड्रोजन पर चलाने के लिए परिवर्तित करना मुश्किल नहीं होगा। आपको बस उनके ईंधन इंजेक्टर को हाइड्रोजन से बदलना है।"

इस प्रणाली का उपयोग ईंधन कोशिकाओं को बिजली देने के लिए भी किया जा सकता है। इस मामले में, यह पहले से ही गैसोलीन इंजन के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकता है - यहां तक ​​कि एल्यूमीनियम की आज की उच्च लागत के साथ भी। वुडाल कहते हैं, "ईंधन सेल सिस्टम आंतरिक दहन इंजनों के लिए 25% की तुलना में 75% कुशल हैं। इसलिए एक बार प्रौद्योगिकी व्यापक रूप से उपलब्ध होने के बाद, हमारी हाइड्रोजन निष्कर्षण तकनीक आर्थिक रूप से व्यवहार्य होगी।"

वैज्ञानिक ऊर्जा उत्पादन के लिए एल्यूमीनियम के महत्व पर जोर देते हैं। वुडल बताते हैं, "ज्यादातर लोगों को यह एहसास नहीं है कि इसमें कितनी ऊर्जा निहित है। प्रत्येक पाउंड (450 ग्राम) धातु जलने पर निकलने वाली हाइड्रोजन से 2 kWh पैदा कर सकती है, और गर्मी के रूप में उतनी ही मात्रा में ऊर्जा पैदा कर सकती है। इस प्रकार, एल्यूमीनियम मिश्र धातु गेंदों (लगभग 150 किलोग्राम) से भरे टैंक वाली एक औसत कार लगभग 600 किमी की यात्रा करने में सक्षम होगी, और इसकी लागत $ 60 होगी (इस धारणा के साथ कि एल्यूमीनियम ऑक्साइड को फिर से पुनर्नवीनीकरण किया जाएगा)। तुलना के लिए, यदि मैं टैंक को गैसोलीन से भरता हूं, तो मुझे प्रति पाउंड 6 kWh मिलेगा, जो कि एक पाउंड एल्यूमीनियम से 2.5 गुना अधिक ऊर्जा है। दूसरे शब्दों में, समान मात्रा में ऊर्जा प्राप्त करने के लिए मुझे 2.5 गुना अधिक एल्युमीनियम की आवश्यकता होगी। हालाँकि, महत्वपूर्ण बात यह है कि मैं गैसोलीन को पूरी तरह से बाहर कर देता हूँ, और इसके बजाय संयुक्त राज्य अमेरिका में उपलब्ध सस्ते पदार्थ का उपयोग करता हूँ।"

लेकिन वैज्ञानिक दृष्टिकोण से ऐसे कचरे से ऊर्जा कैसे प्राप्त की जा सकती है? एक लेखक ने इस प्रयोग को दोहराने का फैसला किया और यह काफी अच्छा रहा। इन सबके पीछे क्या छिपा है? वास्तव में सब कुछ बहुत सरल है, हम एल्यूमीनियम से हाइड्रोजन निकालकर ऊर्जा प्राप्त करेंगे। यह विभिन्न तरीकों से किया जा सकता है; यदि इसकी ऑक्साइड फिल्म नष्ट हो जाए तो एल्युमीनियम एक अस्थिर धातु है। साथ ही, यह हवा के संपर्क से ही हाइड्रोजन छोड़ना शुरू कर देता है। ऑक्साइड फिल्म को नष्ट करने के लिए एसिड और अन्य पदार्थों का उपयोग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, आप बस पारे की एक बूंद के नीचे सुई से एल्युमीनियम को खरोंच सकते हैं और इस स्थान पर ऑक्साइड फिल्म नष्ट हो जाएगी।

प्रयोग के दौरान आपको कोका-कोला की आवश्यकता क्यों होगी, आप लेख से जानेंगे;)

प्रयुक्त सामग्री एवं उपकरण

सामग्रियों की सूची:
- नली;
- बोर्ड;
- प्लास्टिक की बोतलें;
- दो स्ट्रोक इंजन;
- डीसी मोटर 12V;
- 12V बैटरी;
- (वैकल्पिक);
- प्लास्टिक कनस्तर;
- निपीडमान;
- धातु क्लैंप;
- धातु ट्यूब का एक टुकड़ा;
- शीत वेल्डिंग;
- सक्रिय कार्बन;
- पानी;
- पतली शीट स्टील;
- सेल्फ़ टैपिंग स्क्रू।

रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए: एल्यूमीनियम, कोका-कोला, सोडियम हाइड्रॉक्साइड।

उपकरणों की सूची:
- कैंची;
- पेंचकस;
- हैकसॉ;
- ;
- चाबियाँ, पेचकस और अन्य छोटी वस्तुएँ।

आइए डिवाइस को असेंबल करना शुरू करें:

पहला कदम। लिखित
मुद्दा यह है: कोका-कोला लें और इसमें सोडियम हाइड्रॉक्साइड मिलाएं। कोका-कोला में फॉस्फोरिक एसिड होता है, और जब यह सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो यह सोडियम ऑर्थोफॉस्फेट पदार्थ, साथ ही पानी का उत्पादन करता है। इसलिए, यदि आप सोडियम ऑर्थोफॉस्फेट में एल्यूमीनियम जोड़ते हैं, तो आपको हाइड्रोजन की रिहाई के साथ एक हिंसक प्रतिक्रिया मिलती है, जिसकी हमें आवश्यकता है।

हमारे लिए जो कुछ बचा है वह प्रतिक्रिया के लिए कंटेनर को अनुकूलित करना है, साथ ही फिल्टर और एक हाइड्रोजन उपभोक्ता स्थापित करना है, जो आंतरिक दहन इंजन है।

इंजन को गैस पर चलने के लिए तैयार होना चाहिए। इसके लिए हमें एक छोटी सी प्लास्टिक की बोतल चाहिए. हम स्क्रू के लिए कवर में छेद काटते हैं और कार्बोरेटर के लिए एक आने वाला छेद बनाते हैं। हम कवर को कार्बोरेटर से जोड़ते हैं। बोतल के निचले हिस्से को काट दें और उसकी जगह एक स्पंज या ऐसी ही कोई चीज़ लगा दें जो फ़िल्टर के रूप में काम करेगी।

कार्बोरेटर के प्रवेश द्वार पर बोतल में एक छेद करें और गैस आपूर्ति नली स्थापित करें।

जनरेटर और इंजन शाफ्ट रबर की नली के एक टुकड़े का उपयोग करके जुड़े हुए हैं। सुरक्षित रहने के लिए, आप एक मोटी नली में एक पतली नली डाल सकते हैं। हम इस पूरी चीज़ को धातु के क्लैंप से ठीक करते हैं।

इसके बाद आप इंजन चालू करने का प्रयास कर सकते हैं. शुरुआती तरल पदार्थ के साथ एयर फिल्टर स्प्रे करें और इंजन को घुमाने के लिए इंजन पर वोल्टेज लागू करें। इग्निशन और रोटेशन की दिशा के बारे में मत भूलना।

प्रतिक्रिया से इतनी अधिक गर्मी निकलती है कि पानी उबलने लगता है। इससे बचने के लिए लेखक कनस्तर के ऊपर ठंडा पानी डालता है।

जबकि पूरी दुनिया ईंधन सेल विकसित कर रही है और भविष्य की हाइड्रोजन ऊर्जा के बारे में बात कर रही है, संशयवादी यह दोहराते नहीं थकते कि मानवता के पास अभी भी हाइड्रोजन का उत्पादन करने का कोई सस्ता तरीका नहीं है। उत्पादन का आधुनिक तरीका पानी का इलेक्ट्रोलिसिस है, लेकिन इसे वैश्विक स्तर पर लागू करने के लिए बहुत अधिक बिजली की आवश्यकता होगी।

मानवता अपनी मुख्य उम्मीदें थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन परियोजना पर रखती है, जिससे लोगों के लिए ऊर्जा का एक अटूट स्रोत खुलना चाहिए, लेकिन अभी तक किसी ने भी पहले टोकामक के संचालन की तारीख की भविष्यवाणी करने का प्रयास नहीं किया है। इसके अलावा, वैज्ञानिक भोजन और औद्योगिक कचरे से हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए बैक्टीरिया को अनुकूलित करने का प्रयास भी कर रहे हैं प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया का अनुकरण करें, जो पौधों में पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में अलग करता है। ये सभी विधियां अभी भी औद्योगिक कार्यान्वयन से बहुत दूर हैं।

ऐसा प्रतीत होता है कि अमेरिकी वैज्ञानिकों ने एल्युमीनियम को पानी के साथ प्रतिक्रिया करके बड़ी मात्रा में हाइड्रोजन का उत्पादन करना सीख लिया है।

पर्ड्यू विश्वविद्यालय के डेवलपर्स ने एल्यूमीनियम से समृद्ध एक नया धातु मिश्र धातु बनाया है जो हाइड्रोजन उत्पादन की प्रक्रिया में बहुत प्रभावी हो सकता है। इस मिश्र धातु का उपयोग, अन्य बातों के अलावा, आर्थिक रूप से उचित है, और यह विधि जल्द ही परिवहन और ऊर्जा उद्योगों में उपयोग किए जाने वाले आधुनिक प्रकार के ईंधन के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकती है।

कैसे बोलता हेजेरी वुडल, एक विश्वविद्यालय के प्रोफेसर और काम के आरंभकर्ता, उनके नवाचार को मोबाइल ऊर्जा उत्पादन उपकरणों से लेकर बड़े औद्योगिक प्रतिष्ठानों तक सभी क्षेत्रों में अनुप्रयोग मिल सकते हैं।

नए मिश्र धातु में 95% एल्यूमीनियम है, और शेष 5% गैलियम, इंडियम और टिन के जटिल मिश्र धातु से बना है। यद्यपि गैलियम एक बहुत ही दुर्लभ और महंगा तत्व है, मिश्रधातु में इसकी मात्रा इतनी कम है कि मिश्रधातु की लागत, और विशेष रूप से इसके संचालन की लागत, व्यावसायिक रूप से लाभदायक हो सकती है।
जब इस मिश्र धातु को पानी में मिलाया जाता है, तो एल्यूमीनियम ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया में प्रवेश करता है, जिसके परिणामस्वरूप हाइड्रोजन और तापीय ऊर्जा निकलती है, और एल्यूमीनियम ऑक्साइड रूप में परिवर्तित हो जाता है।
2Al + 3H 2 O --> 3H 2 + Al 2 O 3 + Q

स्कूल के रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम से, हर किसी को पता होना चाहिए कि एल्युमीनियम एक अत्यंत सक्रिय धातु है और पानी के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करता है, अपने ऑक्सीकरण के दौरान हाइड्रोजन छोड़ता है। हालाँकि, रोजमर्रा की जिंदगी में और विशेष रूप से खाना पकाने के बर्तनों के रूप में एल्यूमीनियम का उपयोग बिल्कुल सुरक्षित है, क्योंकि एल्यूमीनियम की सतह पर हमेशा एक पतली, लेकिन बहुत टिकाऊ और निष्क्रिय ऑक्साइड फिल्म अल 2 ओ 3 होती है, जो एल्यूमीनियम पर प्रतिक्रिया करने का कारण बनती है। पानी के साथ इतना आसान नहीं है.

इंडियम-गैलियम-टिन मिश्र धातु वुडल की तकनीक के लिए एक महत्वपूर्ण घटक है: यह इस ऑक्साइड फिल्म के निर्माण को रोकता है और एल्यूमीनियम को पानी के साथ मात्रात्मक रूप से प्रतिक्रिया करने की अनुमति देता है।

हाइड्रोजन के अलावा तापीय ऊर्जा भी प्रतिक्रिया का एक मूल्यवान उत्पाद है, जिसका उपयोग भी किया जा सकता है। एल्यूमीनियम ऑक्साइड और गैलियम, इंडियम और टिन के अधिक निष्क्रिय मिश्र धातु को बाद में एक ज्ञात औद्योगिक प्रक्रिया में कम किया जा सकता है, इसलिए एक बंद चक्र ऊर्जा उत्पादन की लागत को घरेलू संदर्भ में 2 रूबल प्रति किलोवाट-घंटे से कम कर सकता है।

रसायनज्ञ-प्रौद्योगिकीविदों की योग्यता यह है कि वे न केवल एल्यूमीनियम मिश्र धातु की रासायनिक संरचना का चयन करने का टाइटैनिक काम करने में सक्षम थे, बल्कि इसकी सूक्ष्म संरचना को नियंत्रित करना भी सीखा, जो सामग्री के कार्यात्मककरण की कुंजी है।

तथ्य यह है कि धातुओं का मिश्रण, जब जम जाता है, तो धातुओं के क्रिस्टल जाली की संरचना में अंतर के कारण एक सजातीय ठोस घोल नहीं बनता है; इसके अलावा, परिणामी मिश्र धातु का गलनांक कम होता है। नतीजतन, अंतिम मिश्र धातु पिघल से ठंडा होने पर दो स्वतंत्र चरणों के मिश्रण के रूप में बनती है - एल्यूमीनियम और गैलियम, इंडियम और टिन का एक मिश्र धातु, जो सूक्ष्म क्रिस्टलीय के रूप में सामग्री की मोटाई में एम्बेडेड होता है।

यह दो-चरण की संरचना है जो सामान्य परिस्थितियों में पानी के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए किसी दिए गए मिश्र धातु में एल्यूमीनियम की क्षमता निर्धारित करती है, और इसलिए पूरी तकनीक के लिए महत्वपूर्ण है।

इसके अलावा, जैसा कि यह पता चला है, धातुओं के पिघले हुए मिश्रण को ठंडा करने की विधि के आधार पर, इस सामग्री को दो अलग-अलग रूपों में प्राप्त किया जा सकता है। जाहिरा तौर पर, तेजी से शीतलन (शमन) के दौरान, समाधान की क्रिस्टल संरचना को खुद को पुनर्व्यवस्थित करने का समय नहीं मिलता है, जिसके परिणामस्वरूप निकास पर नमूना लगभग एकल-चरण बन जाता है। इस रूप में वुडॉल की मिश्र धातु पानी के साथ तब तक प्रतिक्रिया नहीं करती जब तक इसे गैलियम, इंडियम और टिन के पिघले हुए मिश्रण से गीला न किया जाए।

हालाँकि, सामान्य परिस्थितियों में पानी के साथ प्रतिक्रिया करने की ऐसी गीली सामग्री की क्षमता की खोज करने से, वैज्ञानिक काफी प्रेरित हुए और कुछ समय बाद दो-चरण के रूप में धीमी गति से ठंडा होने पर क्रिस्टलीकृत होने के लिए एल्यूमीनियम से समृद्ध पिघल की क्षमता की खोज की। ऐसी सामग्री गैलियम, इंडियम और टिन के तरल मिश्र धातु की भागीदारी के बिना पानी के साथ प्रतिक्रिया करने में सक्षम है। वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि किसी सामग्री की सतह पर ऑक्साइड फिल्म के निर्माण को रोकने में निर्धारण कारक सामग्री बनाने वाले दो चरणों के बीच इंटरफेस पर सामग्री की सूक्ष्म संरचना है।

फिलहाल, वैज्ञानिक उपयोग में आसानी को बेहतर बनाने के लिए अपने मिश्र धातु को ब्रिकेट करने के तकनीकी कार्य से चिंतित हैं। इस प्रकार, एल्यूमीनियम मिश्र धातु का एक ब्लॉक एक रिएक्टर में रखा जा सकता है, जिसके आयाम हाइड्रोजन की आवश्यक मात्रा से निर्धारित होते हैं, और उतनी ही हाइड्रोजन का उत्पादन करते हैं जितनी उस स्थान और समय पर आवश्यकता होती है जब इसकी आवश्यकता होती है। इस तरह की तकनीक, जब इसके तार्किक निष्कर्ष पर लाई जाती है, तो हाइड्रोजन ऊर्जा (पानी से हाइड्रोजन के वास्तविक उत्पादन के अलावा) की दो और गंभीर समस्याओं का समाधान करेगी, अर्थात् हाइड्रोजन भंडारण और इसका परिवहन।
इंडियम, गैलियम और टिन का मिश्र धातु एक निष्क्रिय घटक है और प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेता है, इसलिए प्रतिक्रिया के अंत के बाद इसे लगभग बिना किसी नुकसान के पुन: उपयोग किया जा सकता है।

एल्युमीनियम ऑक्साइड भी हॉल-हेरोल्ट प्रक्रिया के अनुसार विद्युत रासायनिक कमी करने के लिए एक बहुत ही सुविधाजनक पदार्थ है, जिसका वर्तमान में एल्यूमीनियम उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है:
2Al 2 O 3 + 3C = 4Al + 3CO 2
वैज्ञानिकों के अनुसार, हाइड्रोजन के उत्पादन के दौरान प्राप्त ऑक्साइड से एल्युमीनियम की पुनर्प्राप्ति बॉक्साइट से इसके मानक उत्पादन से भी सस्ती है, हालांकि एल्युमीनियम से एल्युमीनियम तक का पूरा चक्र, निश्चित रूप से, महंगा है - वैज्ञानिकों का एक सतत निर्माण करने का इरादा नहीं था मोशन मशीन.

सिद्धांत रूप में, वुडॉल की तकनीक को लागू करने के लिए, जिसे अभी तक वैज्ञानिक प्रकाशनों में वर्णित नहीं किया गया है, किसी नए नवाचार की आवश्यकता नहीं है - केवल अंतिम उपयोगकर्ता तक मिश्र धातु पहुंचाने के लिए एक बुनियादी ढांचा स्थापित करना और अच्छी तरह से उपयोग करके इसकी पुनर्प्राप्ति की प्रक्रिया को व्यवस्थित करना आवश्यक है। एल्यूमीनियम धातु के उत्पादन के लिए औद्योगिक तरीकों का विकास किया।

एल्युमीनियम पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में पाई जाने वाली धातु है। इसके अलावा, बॉक्साइट अयस्कों, एल्यूमीनियम युक्त खनिजों के विकास का एक उपोत्पाद गैलियम है, जो वुडॉल के मिश्र धातु का सबसे मूल्यवान घटक है।

स्वयं वैज्ञानिक, जिन्हें अतीत में संयुक्त राज्य अमेरिका में प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में सर्वोच्च पुरस्कार से सम्मानित किया गया था, विशुद्ध रूप से आर्थिक प्रकृति की समस्याओं के साथ-साथ रचना के प्रभाव पर अतिरिक्त प्रयोग करने की आवश्यकता पर ध्यान देते हैं, विशेष रूप से , इसके गुणों पर एक नई सामग्री में चरणों के इंटरफ़ेस पर सूक्ष्म संरचना। इस तरह के काम से भविष्य में गैलियम की तुलना में सस्ती और अधिक सुलभ धातुओं के उपयोग पर स्विच करना संभव हो सकता है।

ऊर्जा की कीमतों में वृद्धि घरेलू स्तर सहित अधिक कुशल ऊर्जा की खोज को प्रेरित करती है। सबसे अधिक, शिल्पकार और उत्साही लोग हाइड्रोजन से आकर्षित होते हैं, जिसका कैलोरी मान मीथेन (38.8 किलोवाट बनाम 13.8 प्रति 1 किलोग्राम पदार्थ) की तुलना में तीन गुना अधिक है। घर पर निष्कर्षण की ज्ञात विधि प्रतीत होती है - इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा पानी को विभाजित करना। हकीकत में समस्या कहीं अधिक जटिल है. हमारे लेख के 2 लक्ष्य हैं:

• न्यूनतम लागत पर हाइड्रोजन जनरेटर कैसे बनाया जाए, इस प्रश्न का विश्लेषण करें;
• एक निजी घर को गर्म करने, कार में ईंधन भरने और वेल्डिंग मशीन के रूप में हाइड्रोजन जनरेटर का उपयोग करने की संभावना पर विचार करें।

संक्षिप्त सैद्धांतिक भाग

हाइड्रोजन, जिसे हाइड्रोजन भी कहा जाता है, आवर्त सारणी का पहला तत्व, उच्च रासायनिक गतिविधि वाला सबसे हल्का गैसीय पदार्थ है। ऑक्सीकरण (अर्थात दहन) के दौरान, यह भारी मात्रा में गर्मी छोड़ता है, जिससे साधारण पानी बनता है। आइए हम तत्व के गुणों को चिह्नित करें, उन्हें थीसिस के रूप में स्वरूपित करें:

संदर्भ के लिए। जिन वैज्ञानिकों ने सबसे पहले पानी के अणु को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में अलग किया, उन्होंने विस्फोट की प्रवृत्ति के कारण मिश्रण को विस्फोटक गैस कहा। इसके बाद, इसे ब्राउन गैस (आविष्कारक के नाम के बाद) नाम मिला और इसे काल्पनिक सूत्र एनएचओ द्वारा नामित किया जाने लगा।

उपरोक्त से, निम्नलिखित निष्कर्ष स्वयं ही पता चलता है: 2 हाइड्रोजन परमाणु आसानी से 1 ऑक्सीजन परमाणु के साथ जुड़ जाते हैं, लेकिन वे बहुत अनिच्छा से अलग हो जाते हैं। रासायनिक ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया सूत्र के अनुसार तापीय ऊर्जा की सीधी रिहाई के साथ आगे बढ़ती है:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O + Q (ऊर्जा)

यहां एक महत्वपूर्ण बिंदु है जो आगे डीब्रीफिंग में हमारे लिए उपयोगी होगा: हाइड्रोजन दहन से स्वचालित रूप से प्रतिक्रिया करता है, और गर्मी सीधे जारी होती है। पानी के अणु को विभाजित करने के लिए ऊर्जा व्यय करनी होगी:

2H 2 O → 2H 2 + O 2 - Q

यह एक इलेक्ट्रोलाइटिक प्रतिक्रिया का सूत्र है जो बिजली की आपूर्ति करके पानी को विभाजित करने की प्रक्रिया को दर्शाता है। इसे व्यवहार में कैसे लागू करें और अपने हाथों से हाइड्रोजन जनरेटर कैसे बनाएं, हम आगे विचार करेंगे।

एक प्रोटोटाइप का निर्माण

ताकि आप समझ सकें कि आप किसके साथ काम कर रहे हैं, सबसे पहले हम न्यूनतम लागत पर हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए एक सरल जनरेटर को इकट्ठा करने का सुझाव देते हैं। होममेड इंस्टालेशन का डिज़ाइन चित्र में दिखाया गया है।

एक आदिम इलेक्ट्रोलाइज़र में क्या शामिल है:

• रिएक्टर - मोटी दीवारों वाला एक ग्लास या प्लास्टिक कंटेनर;
• धातु इलेक्ट्रोड को पानी के साथ एक रिएक्टर में डुबोया जाता है और एक बिजली स्रोत से जोड़ा जाता है;
• दूसरा टैंक पानी की सील की भूमिका निभाता है;
• HHO गैस निकालने के लिए ट्यूब।

महत्वपूर्ण बिंदु। इलेक्ट्रोलाइटिक हाइड्रोजन संयंत्र केवल प्रत्यक्ष धारा पर संचालित होता है। इसलिए, पावर स्रोत के रूप में एसी एडाप्टर, कार चार्जर या बैटरी का उपयोग करें। एसी जनरेटर काम नहीं करेगा.

इलेक्ट्रोलाइज़र का संचालन सिद्धांत इस प्रकार है:

आरेख में दिखाए गए जनरेटर डिज़ाइन को अपने हाथों से बनाने के लिए, आपको चौड़ी गर्दन और ढक्कन वाली 2 कांच की बोतलें, एक मेडिकल ड्रॉपर और 2 दर्जन सेल्फ-टैपिंग स्क्रू की आवश्यकता होगी। सामग्री का पूरा सेट फोटो में दिखाया गया है।

प्लास्टिक के ढक्कनों को सील करने के लिए विशेष उपकरणों के लिए गोंद बंदूक की आवश्यकता होगी। विनिर्माण प्रक्रिया सरल है:

हाइड्रोजन जनरेटर शुरू करने के लिए, रिएक्टर में नमकीन पानी डालें और बिजली स्रोत चालू करें। प्रतिक्रिया की शुरुआत दोनों कंटेनरों में गैस के बुलबुले की उपस्थिति से चिह्नित होगी। वोल्टेज को इष्टतम मान पर समायोजित करें और ड्रॉपर सुई से निकलने वाली ब्राउन गैस को प्रज्वलित करें।

दूसरा महत्वपूर्ण बिंदु. बहुत अधिक वोल्टेज लागू करना असंभव है - इलेक्ट्रोलाइट, 65 डिग्री सेल्सियस या उससे अधिक तक गर्म होने पर, तीव्रता से वाष्पित होना शुरू हो जाएगा। जलवाष्प की मात्रा अधिक होने के कारण बर्नर जलाना संभव नहीं होगा। तात्कालिक हाइड्रोजन जनरेटर को असेंबल करने और लॉन्च करने के विवरण के लिए, वीडियो देखें:

मेयर हाइड्रोजन सेल के बारे में

यदि आपने ऊपर वर्णित डिज़ाइन बनाया और परीक्षण किया है, तो आपने संभवतः सुई के अंत में लौ के जलने से देखा होगा कि स्थापना का प्रदर्शन बेहद कम है। अधिक विस्फोटक गैस प्राप्त करने के लिए, आपको एक अधिक गंभीर उपकरण बनाने की आवश्यकता है, जिसे आविष्कारक के सम्मान में स्टेनली मेयर सेल कहा जाता है।

सेल के संचालन का सिद्धांत भी इलेक्ट्रोलिसिस पर आधारित है, केवल एनोड और कैथोड एक दूसरे में डाले गए ट्यूब के रूप में बने होते हैं। पल्स जनरेटर से दो गुंजयमान कुंडलियों के माध्यम से वोल्टेज की आपूर्ति की जाती है, जिससे वर्तमान खपत कम हो जाती है और हाइड्रोजन जनरेटर की उत्पादकता बढ़ जाती है। डिवाइस का इलेक्ट्रॉनिक सर्किट चित्र में दिखाया गया है:

टिप्पणी। सर्किट का संचालन संसाधन http://www.meanders.ru/meiers8.shtml पर विस्तार से वर्णित है।

मेयर सेल बनाने के लिए आपको आवश्यकता होगी:

• प्लास्टिक या प्लेक्सीग्लास से बना एक बेलनाकार शरीर; कारीगर अक्सर ढक्कन और पाइप के साथ पानी फिल्टर का उपयोग करते हैं;
• 15 और 20 मिमी के व्यास, 97 मिमी की लंबाई के साथ स्टेनलेस स्टील ट्यूब;
• तार, इन्सुलेटर.

स्टेनलेस स्टील ट्यूब एक ढांकता हुआ आधार से जुड़े होते हैं, और जनरेटर से जुड़े तारों को उनसे मिलाया जाता है। सेल में प्लास्टिक या प्लेक्सीग्लास केस में रखे गए 9 या 11 ट्यूब होते हैं, जैसा कि फोटो में दिखाया गया है।

तत्व इंटरनेट पर प्रसिद्ध योजना के अनुसार जुड़े हुए हैं, जिसमें एक इलेक्ट्रॉनिक इकाई, एक मेयर सेल और एक पानी की सील (तकनीकी नाम - बब्बलर) शामिल है। सुरक्षा कारणों से, सिस्टम महत्वपूर्ण दबाव और जल स्तर सेंसर से सुसज्जित है। घरेलू कारीगरों की समीक्षाओं के अनुसार, इस तरह के हाइड्रोजन इंस्टॉलेशन में 12 वी के वोल्टेज पर लगभग 1 एम्पीयर की धारा की खपत होती है और इसमें पर्याप्त प्रदर्शन होता है, हालांकि सटीक आंकड़े उपलब्ध नहीं हैं।

प्लेट रिएक्टर

गैस बर्नर के संचालन को सुनिश्चित करने में सक्षम एक उच्च-प्रदर्शन हाइड्रोजन जनरेटर 15 x 10 सेमी मापने वाले स्टेनलेस स्टील प्लेटों से बना है, मात्रा - 30 से 70 टुकड़ों तक। कसने वाले पिनों के लिए उनमें छेद ड्रिल किए जाते हैं, और तार को जोड़ने के लिए कोने में एक टर्मिनल काट दिया जाता है।

शीट स्टेनलेस स्टील ग्रेड 316 के अलावा, आपको खरीदना होगा:

• रबर 4 मिमी मोटा, क्षार प्रतिरोधी;
• प्लेक्सीग्लास या पीसीबी से बनी अंत प्लेटें;
• टाई रॉड्स M10-14;
• गैस वेल्डिंग मशीन के लिए चेक वाल्व;
• जल सील के लिए जल फ़िल्टर;
• नालीदार स्टेनलेस स्टील से बने कनेक्टिंग पाइप;
• पाउडर के रूप में पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड।

प्लेटों को एक ही ब्लॉक में इकट्ठा किया जाना चाहिए, कट आउट मध्य के साथ रबर गैसकेट के साथ एक दूसरे से अलग किया जाना चाहिए, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। परिणामी रिएक्टर को पिन से कसकर बांधें और इसे इलेक्ट्रोलाइट के साथ पाइप से जोड़ दें। उत्तरार्द्ध एक ढक्कन और शट-ऑफ वाल्व से सुसज्जित एक अलग कंटेनर से आता है।

टिप्पणी। हम आपको बताते हैं कि फ्लो-थ्रू (सूखा) प्रकार का इलेक्ट्रोलाइज़र कैसे बनाया जाता है। सबमर्सिबल प्लेटों के साथ रिएक्टर का निर्माण करना आसान है - रबर गैसकेट स्थापित करने की कोई आवश्यकता नहीं है, और इकट्ठे इकाई को इलेक्ट्रोलाइट के साथ एक सीलबंद कंटेनर में उतारा जाता है।

हाइड्रोजन उत्पन्न करने वाले जनरेटर की अगली असेंबली उसी योजना के अनुसार की जाती है, लेकिन अंतर के साथ:

1. इलेक्ट्रोलाइट तैयार करने के लिए एक जलाशय उपकरण के शरीर से जुड़ा हुआ है। उत्तरार्द्ध पानी में पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड का 7-15% समाधान है।
2. पानी के बजाय, एक तथाकथित डीऑक्सीडाइजिंग एजेंट को "बबलर" में डाला जाता है - एसीटोन या एक अकार्बनिक विलायक।
3. बर्नर के सामने एक चेक वाल्व स्थापित किया जाना चाहिए, अन्यथा जब हाइड्रोजन बर्नर सुचारू रूप से बंद हो जाता है, तो बैकलैश होज़ और बबलर को तोड़ देगा।

रिएक्टर को बिजली देने के लिए, वेल्डिंग इन्वर्टर का उपयोग करना सबसे आसान तरीका है; इलेक्ट्रॉनिक सर्किट को इकट्ठा करने की कोई आवश्यकता नहीं है। घरेलू ब्राउन गैस जनरेटर कैसे काम करता है, इसे एक घरेलू कारीगर ने अपने वीडियो में समझाया है:

क्या घर पर हाइड्रोजन का उत्पादन करना लाभदायक है?

इस प्रश्न का उत्तर ऑक्सीजन-हाइड्रोजन मिश्रण के अनुप्रयोग के दायरे पर निर्भर करता है। विभिन्न इंटरनेट संसाधनों द्वारा प्रकाशित सभी चित्र और आरेख निम्नलिखित उद्देश्यों के लिए एचएचओ गैस की रिहाई के लिए डिज़ाइन किए गए हैं:

• कारों के लिए ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करें;
• हीटिंग बॉयलरों और भट्टियों में हाइड्रोजन का धुआं रहित दहन;
• गैस वेल्डिंग कार्य के लिए उपयोग किया जाता है।

मुख्य समस्या जो हाइड्रोजन ईंधन के सभी लाभों को नकारती है: शुद्ध पदार्थ को छोड़ने के लिए बिजली की लागत इसके दहन से प्राप्त ऊर्जा की मात्रा से अधिक है। यूटोपियन सिद्धांतों के अनुयायी चाहे जो भी दावा करें, इलेक्ट्रोलाइज़र की अधिकतम दक्षता 50% तक पहुँच जाती है। इसका मतलब है कि प्राप्त 1 किलोवाट गर्मी के लिए 2 किलोवाट बिजली की खपत होती है। लाभ शून्य है, नकारात्मक भी.

आइए याद करें कि हमने पहले खंड में क्या लिखा था। हाइड्रोजन एक बहुत ही सक्रिय तत्व है और ऑक्सीजन के साथ स्वयं प्रतिक्रिया करता है, जिससे बहुत अधिक गर्मी निकलती है। स्थिर पानी के अणु को विभाजित करने का प्रयास करते समय, हम सीधे परमाणुओं पर ऊर्जा लागू नहीं कर सकते हैं। विभाजन बिजली का उपयोग करके किया जाता है, जिसका आधा हिस्सा इलेक्ट्रोड, पानी, ट्रांसफार्मर वाइंडिंग आदि को गर्म करने के लिए खर्च किया जाता है।

महत्वपूर्ण पृष्ठभूमि जानकारी. हाइड्रोजन के दहन की विशिष्ट ऊष्मा मीथेन की तुलना में तीन गुना अधिक है, लेकिन द्रव्यमान के हिसाब से। यदि हम आयतन के आधार पर उनकी तुलना करें, तो 1 वर्ग मीटर हाइड्रोजन जलाने पर मीथेन के लिए 11 किलोवाट की तुलना में केवल 3.6 किलोवाट तापीय ऊर्जा निकलेगी। आख़िरकार, हाइड्रोजन सबसे हल्का रासायनिक तत्व है।

आइए अब उपरोक्त आवश्यकताओं के लिए ईंधन के रूप में घरेलू हाइड्रोजन जनरेटर में इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त विस्फोटित गैस पर विचार करें:

संदर्भ के लिए। हीटिंग बॉयलर में हाइड्रोजन जलाने के लिए, आपको डिज़ाइन को पूरी तरह से फिर से डिज़ाइन करना होगा, क्योंकि हाइड्रोजन बर्नर किसी भी स्टील को पिघला सकता है।

निष्कर्ष

घरेलू हाइड्रोजन जनरेटर से प्राप्त एनएचओ गैस में निहित हाइड्रोजन दो उद्देश्यों के लिए उपयोगी है: प्रयोग और गैस वेल्डिंग। भले ही हम इलेक्ट्रोलाइज़र की कम दक्षता और इसकी असेंबली की लागत के साथ-साथ बिजली की खपत को नजरअंदाज कर दें, लेकिन इमारत को गर्म करने के लिए पर्याप्त उत्पादकता नहीं है। यह बात यात्री कार के गैसोलीन इंजन पर भी लागू होती है।

सूत्र H2O + C +e = -H2CO3 और +H के अनुसार जल से हाइड्रोजन प्राप्त करना अर्थात् जल चारकोल ऊर्जा जैसे लेजर बिजली ऊर्जा या बिजली। पानी से हाइड्रोजन निकालने के लिए सस्ते उत्प्रेरक और 50 हर्ट्ज़ के प्रत्यावर्ती वोल्टेज का उपयोग, इसे मेरी खोज भी कहा जा सकता है। मैंने एक साधारण उत्प्रेरक, ग्रेफाइट या चारकोल का उपयोग करके पानी से हाइड्रोजन उत्पन्न करने का एक सरल तरीका खोजा है।
आप मेरी वेबसाइट http://xn--c1atbkq7d.xn--p1ai/ Nyurgon.RF पर चारकोल का उपयोग करके पानी से हाइड्रोजन को अलग करने का तरीका जानेंगे, जो सही चारकोल तैयार करने का मुख्य रहस्य है।
कोयले को बहुत अधिक हवा के साथ जलाना पड़ता है और कोयले को एक हजार दो सौ डिग्री से ऊपर गर्म करना पड़ता है, तभी वह हाइड्रोजन के लिए उत्प्रेरक बनता है और पानी का अणु एक हजार डिग्री तक गर्म होगा।

पानी के नीचे कोयले को जलाकर पानी से हाइड्रोजन उत्पन्न करने के लिए ग्रेफाइट तैयार करना। प्रकाशित: 25 अप्रैल 2015
बिना किसी योजक के ताजे पानी से परमाणु हाइड्रोजन के निष्कर्षण के लिए कार्बन यौगिकों का एक अनूठा संयोजन।

चारकोल का उपयोग करके पानी से हाइड्रोजन की रिहाई के प्रमाण के रूप में, हाइड्रोजन का तेज़ और धीमी गति से जलना। प्रकाशित: 12 मई 2015
मैं थकान दूर करने के लिए दवा के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करता हूं।
उपभोक्ता के लिए इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि उनका गर्म पानी कैसे गर्म किया जाता है, चाहे हाइड्रोकार्बन जलाकर या अति-कुशल नई प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके।