წყალბადი ალუმინისა და წყლისგან. როგორ ვაწარმოოთ წყალბადი წყლისგან წყალბადის წარმოება ალუმინის ელექტროლიზით

„წყალბადი წარმოიქმნება მხოლოდ საჭიროების შემთხვევაში, ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ მხოლოდ იმდენი აწარმოოთ, რამდენიც გჭირდებათ“, - განმარტა ვუდალმა უნივერსიტეტის სიმპოზიუმზე, სადაც აღწერს აღმოჩენის დეტალებს. ტექნოლოგია შეიძლება გამოყენებულ იქნას, მაგალითად, მცირე შიდა წვის ძრავებთან ერთად სხვადასხვა აპლიკაციებში, როგორიცაა პორტატული გადაუდებელი გენერატორები, გაზონის სათიბი და ხერხები. თეორიულად, მისი გამოყენება შესაძლებელია მანქანებსა და სატვირთო მანქანებზე.

წყალბადი გამოიყოფა სპონტანურად, როდესაც წყალს ემატება მძივები, რომლებიც მზადდება ალუმინის და გალიუმის შენადნობისგან. „ამ შემთხვევაში, კარბიდში შემავალი ალუმინი რეაგირებს წყალთან, აშორებს ჟანგბადს მის მოლეკულებს“, - ამბობს ვუდალი. შესაბამისად, დარჩენილი წყალბადი გამოიყოფა მიმდებარე სივრცეში.

გალიუმის არსებობა გადამწყვეტია რეაქციისთვის, რადგან ის ხელს უშლის ოქსიდის ფირის წარმოქმნას ალუმინის ზედაპირზე მისი დაჟანგვის დროს. ეს ფილმი ჩვეულებრივ ხელს უშლის ალუმინის შემდგომ დაჟანგვას ბარიერის როლით. თუ მისი ფორმირება დაირღვა, რეაქცია გაგრძელდება მანამ, სანამ მთელი ალუმინი არ მოიხმარება.

ვუდალმა აღმოაჩინა პროცესი თხევადი ალუმინის-გალიუმის შენადნობით 1967 წელს, როდესაც ის მუშაობდა ნახევარგამტარების ინდუსტრიაში. ”მე ვასუფთავებდი ჭურჭელს, რომელიც შეიცავდა გალიუმის და ალუმინის შენადნობას,” - ამბობს ის, ”როდესაც მას წყალი დავამატე, იყო ძლიერი აფეთქება. ამის შემდეგ ლაბორატორიაში გადავედი და რამდენიმე საათი გავატარე იმის შესწავლაზე, თუ რა მოხდა“.

„გალიუმი აუცილებელი კომპონენტია, რადგან ის დნება დაბალ ტემპერატურაზე და ხსნის ალუმინს, რაც შესაძლებელს ხდის ამ უკანასკნელს წყალთან რეაქციაში. ვუდალი განმარტავს. ”ეს მოულოდნელი აღმოჩენა იყო, რადგან ცნობილია, რომ მყარი ალუმინი წყალთან არ რეაგირებს.”

რეაქციის საბოლოო პროდუქტებია გალიუმი და ალუმინის ოქსიდი. წყალბადის წვა იწვევს წყლის წარმოქმნას. „ამ გზით, ტოქსიკური გამონაბოლქვი არ წარმოიქმნება,“ ამბობს ვუდალი, „ასევე მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ გალიუმი არ მონაწილეობს რეაქციაში, ამიტომ მისი გადამუშავება და ხელახლა გამოყენება შესაძლებელია. ეს მნიშვნელოვანია, რადგან ეს ლითონი ახლა ბევრად უფრო ძვირია, ვიდრე ალუმინი. თუმცა, თუ ამ პროცესის ფართო გამოყენება დაიწყება, სამთო მრეწველობა შეძლებს უფრო იაფი, დაბალი ხარისხის გალიუმის წარმოებას. შედარებისთვის, დღეს გამოყენებული მთელი გალიუმი ძალიან გაწმენდილია და ძირითადად გამოიყენება ნახევარგამტარების ინდუსტრიაში.

ვუდალი ამბობს, რომ იმის გამო, რომ წყალბადის გამოყენება შესაძლებელია ბენზინის ნაცვლად შიდა წვის ძრავებში, ეს ტექნიკა შეიძლება გამოყენებულ იქნას საავტომობილო პროგრამებში. თუმცა, იმისათვის, რომ ტექნოლოგიამ კონკურენცია გაუწიოს ბენზინის ტექნოლოგიას, საჭიროა შემცირდეს ალუმინის ოქსიდის აღდგენის ღირებულება. „ამჟამად, ფუნტი ალუმინის ღირებულება 1 დოლარზე მეტია, ასე რომ თქვენ ვერ მიიღებთ წყალბადის იმავე რაოდენობას, როგორც ბენზინს გალონში 3 დოლარად“, განმარტავს ვუდალი.

ამასთან, ალუმინის ღირებულება შეიძლება შემცირდეს, თუ იგი მიიღება ოქსიდიდან ელექტროლიზის გამოყენებით, და მისთვის ელექტროენერგია მოდის ან. ამ შემთხვევაში, ალუმინის წარმოება შესაძლებელია ადგილზე და არ არის საჭირო ელექტრო გადაცემა, რაც ამცირებს საერთო ხარჯებს. გარდა ამისა, ასეთი სისტემები შეიძლება განთავსდეს შორეულ ადგილებში, რაც განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ატომური ელექტროსადგურების მშენებლობისას. ეს მიდგომა, ვუდალის თქმით, შეამცირებს ბენზინის მოხმარებას, შეამცირებს დაბინძურებას და ნავთობის იმპორტზე დამოკიდებულებას.

„ჩვენ მას ალუმინის წყალბადის ენერგიას ვუწოდებთ, - ამბობს ვუდალი, - და რთული არ იქნება შიდა წვის ძრავების გადაქცევა წყალბადზე მუშაობისთვის. თქვენ მხოლოდ უნდა შეცვალოთ მათი საწვავის ინჟექტორი წყალბადით. ”

სისტემა ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას საწვავის უჯრედების კვებისათვის. ამ შემთხვევაში მას უკვე შეუძლია კონკურენცია გაუწიოს ბენზინის ძრავებს - თუნდაც დღევანდელი ალუმინის მაღალი ფასით. „საწვავის უჯრედების სისტემები 75%-ით ეფექტურია, შიდა წვის ძრავების 25%-თან შედარებით,“ ამბობს ვუდალი. „ასე რომ, როგორც კი ტექნოლოგია ფართოდ იქნება ხელმისაწვდომი, ჩვენი წყალბადის მოპოვების ტექნიკა ეკონომიკურად მიზანშეწონილი იქნება“.

მეცნიერები ხაზს უსვამენ ალუმინის მნიშვნელობას ენერგიის გამომუშავებისთვის. „ადამიანთა უმრავლესობას არ ესმის, რამდენ ენერგიას შეიცავს იგი, — განმარტავს ვუდალი. „თითო ფუნტი (450 გრამი) მეტალს შეუძლია გამოუშვას 2 კვტ/სთ გამოთავისუფლებული წყალბადის დაწვისას და იგივე რაოდენობის ენერგია სითბოს სახით. ამრიგად, საშუალო მანქანა ალუმინის შენადნობის ბურთებით სავსე ავზით (დაახლოებით 150 კგ) შეძლებს გაიაროს დაახლოებით 600 კმ და ეღირება $60 (იმ ვარაუდით, რომ ალუმინის ოქსიდი შემდეგ გადამუშავდება). შედარებისთვის, თუ ავზს ბენზინით გავავსებ, ფუნტზე 6 კვტ/სთ-ს მივიღებ, რაც 2,5-ჯერ მეტი ენერგიაა ფუნტი ალუმინისგან. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, იგივე რაოდენობის ენერგიის მისაღებად 2,5-ჯერ მეტი ალუმინი დამჭირდება. თუმცა, მთავარია, მე მთლიანად გამოვრიცხავ ბენზინს და სამაგიეროდ გამოვიყენო იაფფასიანი ნივთიერება, რომელიც ხელმისაწვდომია აშშ-ში“.

მაგრამ როგორ შეიძლება, მეცნიერული თვალსაზრისით, ენერგიის მიღება ასეთი ნარჩენებისგან? ერთმა ავტორმა გადაწყვიტა ამ ექსპერიმენტის გამეორება და ეს საკმაოდ კარგი აღმოჩნდა. რა იმალება ამ ყველაფრის უკან? ყველაფერი ფაქტობრივად ძალიან მარტივია, ჩვენ ალუმინისგან მივიღებთ ენერგიას მისგან წყალბადის მოპოვებით. ეს შეიძლება გაკეთდეს სხვადასხვა გზით; ალუმინი საკმაოდ არასტაბილური ლითონია, თუ მისი ოქსიდის ფილმი განადგურებულია. ამავდროულად, იგი იწყებს წყალბადის გამოყოფას უბრალოდ ჰაერთან შეხებით. მჟავები და სხვა ნივთიერებები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ოქსიდის ფირის განადგურებისთვის. მაგალითად, ვერცხლისწყლის წვეთი ქვეშ ნემსით შეგიძლიათ უბრალოდ გადაფხაჭოთ ალუმინი და ამ ადგილას ოქსიდის ფილმი განადგურდება.

რატომ დაგჭირდებათ კოკა-კოლა ექსპერიმენტის დროს, ამას სტატიიდან შეიტყობთ;)

გამოყენებული მასალები და ხელსაწყოები

მასალების სია:
- შლანგები;
- დაფები;
- პლასტმასის ბოთლები;
- ორტაქტიანი ძრავა;
- DC ძრავა 12V;
- 12 ვ ბატარეა;
- (სურვილისამებრ);
- პლასტიკური ქილა;
- წნევის საზომი;
- ლითონის დამჭერები;
- ლითონის მილის ნაჭერი;
- ცივი შედუღება;
- გააქტიურებული ნახშირბადი;
- წყალი;
- თხელი ფურცელი ფოლადი;
- თვითმმართველობის მოსმენების ხრახნები.

ქიმიური რეაქციისთვის: ალუმინი, კოკა-კოლა, ნატრიუმის ჰიდროქსიდი.

ინსტრუმენტების სია:
- მაკრატელი;
- ხრახნიანი;
- hacksaw;
- ;
- გასაღებები, ხრახნები და სხვა წვრილმანები.

დავიწყოთ მოწყობილობის აწყობა:

Პირველი ნაბიჯი. თეორია
საქმე ისაა: აიღეთ კოკა-კოლა და დაამატეთ ნატრიუმის ჰიდროქსიდი. კოკა-კოლა შეიცავს ფოსფორის მჟავას და ნატრიუმის ჰიდროქსიდთან ურთიერთობისას წარმოქმნის ნივთიერებას ნატრიუმის ორთოფოსფატს, ასევე წყალს. ასე რომ, თუ თქვენ დაამატებთ ალუმინს ნატრიუმის ორთოფოსფატს, მიიღებთ ძალადობრივ რეაქციას წყალბადის გამოყოფით, რაც ჩვენ გვჭირდება.

ჩვენთვის რჩება მხოლოდ კონტეინერის რეაქციისთვის ადაპტაცია, ასევე ფილტრების დაყენება და წყალბადის მომხმარებელი, რომელიც არის შიდა წვის ძრავა.

ძრავა მზად უნდა იყოს გაზზე მუშაობისთვის. ამისათვის ჩვენ გვჭირდება პატარა პლასტმასის ბოთლი. ჩვენ ვჭრით ხვრელებს საფარზე ხრახნებისთვის და ვაკეთებთ შემომავალ ხვრელს კარბურატორისთვის. ჩვენ ვამაგრებთ საფარს კარბუტერზე. ჩამოჭერით ბოთლის ძირი და ჩაიცვით ღრუბელი ან მსგავსი რამ, რომელიც ფილტრის ფუნქციას შეასრულებს.

გაუკეთეთ ბოთლში ხვრელი კარბუტერის შესასვლელთან და დააინსტალირეთ გაზის მიწოდების შლანგი.

გენერატორი და ძრავის ლილვები დაკავშირებულია რეზინის შლანგის გამოყენებით. იმისთვის, რომ უსაფრთხოდ იყოთ, შეგიძლიათ უფრო თხელი შლანგი ჩადოთ სქელში. ამ ყველაფერს ვამაგრებთ ლითონის დამჭერებით.

ამის შემდეგ შეგიძლიათ სცადოთ ძრავის გაშვება. შეასხურეთ ჰაერის ფილტრი საწყისი სითხით და დაასხით ძაბვა ძრავზე ძრავის დასატრიალებლად. არ დაივიწყოთ აალება და ბრუნვის მიმართულება.

რეაქცია გამოყოფს იმდენ სითბოს, რომ წყალი იწყებს ადუღებას. ამის თავიდან ასაცილებლად ავტორი კასრს ცივ წყალს ასხამს.

მიუხედავად იმისა, რომ მთელი მსოფლიო ავითარებს საწვავის უჯრედებს და საუბრობს მომავლის წყალბადის ენერგიაზე, სკეპტიკოსები არასოდეს იღლებიან იმის გამეორებით, რომ კაცობრიობას ჯერ კიდევ არ აქვს იაფი გზა წყალბადის წარმოებისთვის. წარმოების თანამედროვე მეთოდია წყლის ელექტროლიზი, მაგრამ მისი გლობალური მასშტაბის განსახორციელებლად საჭიროა ბევრი ელექტროენერგია.

კაცობრიობა თავის მთავარ იმედებს ამყარებს თერმობირთვული შერწყმის პროექტზე, რომელმაც უნდა გახსნას ენერგიის ამოუწურავი წყარო ადამიანებისთვის, მაგრამ ჯერ არავინ აიღო ვალდებულება პირველი ტოკამაკის ექსპლუატაციაში შესვლის თარიღის პროგნოზირება. გარდა ამისა, მეცნიერები ცდილობენ ბაქტერიების ადაპტაციას საკვებისა და სამრეწველო ნარჩენებისგან წყალბადის გამომუშავებისთვის და ასევე ცდილობენ ფოტოსინთეზის პროცესის იმიტაცია, რომელიც წყალს ჰყოფს წყალბადად და ჟანგბადად მცენარეებში. ყველა ეს მეთოდი ჯერ კიდევ ძალიან შორს არის ინდუსტრიული განხორციელებისგან.

ამერიკელმა მეცნიერებმა, როგორც ჩანს, ისწავლეს წყალბადის დიდი რაოდენობით გამომუშავება ალუმინის წყალთან ურთიერთქმედებით.

პერდუს უნივერსიტეტის დეველოპერებმა შექმნეს ალუმინით გამდიდრებული ლითონის ახალი შენადნობი, რომელიც შეიძლება იყოს ძალიან ეფექტური წყალბადის წარმოების პროცესში. ამ შენადნობის გამოყენება, სხვა საკითხებთან ერთად, ეკონომიკურად გამართლებულია და ამ მეთოდმა შესაძლოა მალე კონკურენცია გაუწიოს სატრანსპორტო და ენერგეტიკულ ინდუსტრიებში გამოყენებულ თანამედროვე ტიპის საწვავს.

Როგორ საუბრობსჯერი ვუდალი, უნივერსიტეტის პროფესორი და სამუშაოს ინიციატორი, მისმა ინოვაციამ შეიძლება მოიძიოს აპლიკაციები ყველა სფეროში - მობილური ენერგიის გენერირების მოწყობილობებიდან დაწყებული დიდი სამრეწველო დანადგარებით.

ახალი შენადნობი შედგება 95% ალუმინისგან, ხოლო დანარჩენი 5% გალიუმის, ინდიუმის და კალის რთული შენადნობისგან. მიუხედავად იმისა, რომ გალიუმი ძალიან იშვიათი და ძვირადღირებული ელემენტია, შენადნობაში მისი რაოდენობა იმდენად მცირეა, რომ შენადნობის ღირებულება და განსაკუთრებით მისი ექსპლუატაციის ღირებულება შეიძლება იყოს კომერციულად მომგებიანი.
როდესაც ამ შენადნობას ემატება წყალი, ალუმინი შედის ჟანგვის რეაქციაში, რის შედეგადაც გამოიყოფა წყალბადი და თერმული ენერგია, ხოლო ალუმინი გარდაიქმნება ოქსიდში.
2Al + 3H 2 O --> 3H 2 + Al 2 O 3 + Q

სკოლის ქიმიის კურსიდან ყველამ უნდა იცოდეს, რომ ალუმინი არის უკიდურესად აქტიური ლითონი და ადვილად რეაგირებს წყალთან, ათავისუფლებს წყალბადს საკუთარი დაჟანგვის დროს. ამასთან, ალუმინის გამოყენება ყოველდღიურ ცხოვრებაში და განსაკუთრებით, როგორც სამზარეულოს ჭურჭელში, აბსოლუტურად უსაფრთხოა, რადგან ალუმინის ზედაპირზე ყოველთვის არის თხელი, მაგრამ ძალიან გამძლე და ინერტული ოქსიდის ფილმი Al 2 O 3, რომელიც იწვევს ალუმინის რეაქციას. წყლით არც ისე ადვილია.

ინდიუმ-გალიუმ-კალის შენადნობი წარმოადგენს Woodall-ის ტექნოლოგიის კრიტიკულ კომპონენტს: ის ხელს უშლის ამ ოქსიდის ფირის წარმოქმნას და საშუალებას აძლევს ალუმინს რაოდენობრივად რეაგირებდეს წყალთან.

წყალბადის გარდა რეაქციის ღირებული პროდუქტია თერმული ენერგიაც, რომლის გამოყენებაც შესაძლებელია. ალუმინის ოქსიდი და გალიუმის, ინდიუმის და კალის უფრო ინერტული შენადნობი შემდგომში შეიძლება შემცირდეს ცნობილ სამრეწველო პროცესში, ამიტომ დახურულმა ციკლმა შეიძლება შეამციროს ენერგიის გამომუშავების ღირებულება, შიდა თვალსაზრისით, 2 რუბლზე ნაკლებ კილოვატ საათში.

ქიმიკოს-ტექნოლოგების დამსახურებაა ის, რომ მათ შეძლეს არა მხოლოდ ტიტანური სამუშაოს შესრულება ალუმინის შენადნობის ქიმიური შემადგენლობის შერჩევისას, არამედ ისწავლეს მისი მიკროსტრუქტურის კონტროლი, რაც მასალის ფუნქციონალიზაციის გასაღებია.

ფაქტია, რომ გამაგრებისას ლითონების ნარევი არ ქმნის ერთგვაროვან მყარ ხსნარს ლითონების კრისტალური გისოსების სტრუქტურის განსხვავებების გამო; გარდა ამისა, მიღებულ შენადნობს აქვს საკმაოდ დაბალი დნობის წერტილი. შედეგად, საბოლოო შენადნობი წარმოიქმნება დნობიდან გაციებისას ორი დამოუკიდებელი ფაზის ნარევის სახით - ალუმინის და გალიუმის, ინდიუმის და კალის შენადნობი, ჩაშენებული მასალის სისქეში მიკროსკოპული კრისტალიტების სახით.

ეს არის ორფაზიანი შემადგენლობა, რომელიც განსაზღვრავს მოცემულ შენადნობში ალუმინის უნარს წყალთან რეაგირებისთვის ნორმალურ პირობებში და, შესაბამისად, კრიტიკულია მთელი ტექნოლოგიისთვის.

გარდა ამისა, როგორც ირკვევა, ამ მასალის მიღება შესაძლებელია ორი განსხვავებული ფორმით, ლითონების გამდნარი ნარევის გაგრილების მეთოდის მიხედვით. როგორც ჩანს, სწრაფი გაგრილების (ჩაქრობის) დროს ხსნარის კრისტალურ სტრუქტურას არ აქვს დრო, რომ გადააკეთოს თავი, რის შედეგადაც გამოსასვლელში ნიმუში აღმოჩნდება თითქმის ერთფაზიანი. Woodall-ის შენადნობი ამ ფორმით არ რეაგირებს წყალთან, სანამ არ სველდება გალიუმის, ინდიუმის და კალის გამდნარი ნარევით.

თუმცა, როდესაც აღმოაჩინეს ასეთი სველი მასალის უნარი წყალთან რეაქციის ნორმალურ პირობებში, მეცნიერები საკმაოდ შთაგონებულნი იყვნენ და გარკვეული პერიოდის შემდეგ აღმოაჩინეს ალუმინის დნობის უნარი კრისტალიზებულიყო ნელი გაციებისას ორფაზიანი ფორმით. ასეთ მასალას შეუძლია წყალთან რეაგირება გალიუმის, ინდიუმის და კალის თხევადი შენადნობის გარეშე. მეცნიერები თვლიან, რომ განმსაზღვრელი ფაქტორი, რომელიც ხელს უშლის ოქსიდის ფირის წარმოქმნას მასალის ზედაპირზე, არის მასალების მიკროსტრუქტურა ორ ფაზას შორის, რომლებიც ქმნიან მასალას.

ამ დროისთვის, მეცნიერები შეშფოთებულნი არიან მათი შენადნობების ბრიკეტირების ტექნოლოგიური ამოცანებით, გამოყენების სიმარტივის გასაუმჯობესებლად. ამრიგად, ალუმინის შენადნობის ბლოკი შეიძლება განთავსდეს რეაქტორში, რომლის ზომები განისაზღვრება წყალბადის საჭირო რაოდენობით და გამოიმუშაოს ზუსტად იმდენი წყალბადი, რამდენიც საჭიროა საჭირო ადგილას და დროს. ასეთი ტექნოლოგია, როცა მის ლოგიკურ დასკვნამდე მიიყვანს, გადაჭრის წყალბადის ენერგიის კიდევ ორ აქტუალურ პრობლემას (წყალიდან წყალბადის ფაქტობრივი წარმოების გარდა), კერძოდ, წყალბადის შენახვას და მის ტრანსპორტირებას.
ინდიუმის, გალიუმის და კალის შენადნობი არის ინერტული კომპონენტი და არ მონაწილეობს რეაქციაში, ამიტომ რეაქციის დასრულების შემდეგ მისი ხელახლა გამოყენება შესაძლებელია პრაქტიკულად დანაკარგების გარეშე.

ალუმინის ოქსიდი ასევე ძალიან მოსახერხებელი ნივთიერებაა მისი ელექტროქიმიური შემცირების განსახორციელებლად Hall-Heroult პროცესის შესაბამისად, რომელიც ამჟამად ფართოდ გამოიყენება ალუმინის ინდუსტრიაში:
2Al 2 O 3 + 3C = 4Al + 3CO 2
მეცნიერთა აზრით, წყალბადის წარმოების დროს მიღებული ოქსიდიდან ალუმინის აღდგენა კიდევ უფრო იაფია, ვიდრე მისი სტანდარტული წარმოება ბოქსიტიდან, თუმცა სრული ციკლი ალუმინიდან ალუმინამდე, რა თქმა უნდა, ძვირია - მეცნიერები არ აპირებდნენ მუდმივი ციკლის შექმნას. მოძრაობის მანქანა.

პრინციპში, Woodall-ის ტექნოლოგიის განსახორციელებლად, რომელიც ჯერ არ არის აღწერილი სამეცნიერო პუბლიკაციებში, არ არის საჭირო ახალი ინოვაციები - საჭიროა მხოლოდ ინფრასტრუქტურის შექმნა შენადნობის საბოლოო მომხმარებლისთვის მიწოდებისთვის და მისი აღდგენის პროცესის ორგანიზება კარგად. შეიმუშავა სამრეწველო მეთოდები ალუმინის ლითონის წარმოებისთვის.

ალუმინი დედამიწაზე ყველაზე გავრცელებული ლითონია. გარდა ამისა, ბოქსიტის მადნების, ალუმინის შემცველი მინერალების განვითარების გვერდითი პროდუქტია გალიუმი, ვუდალის შენადნობის ყველაზე ღირებული კომპონენტი.

თავად მეცნიერი, რომელსაც წარსულში ამერიკის შეერთებულ შტატებში ტექნოლოგიის სფეროში უმაღლესი ჯილდო მიენიჭა, წმინდა ეკონომიკური ხასიათის პრობლემებთან ერთად აღნიშნავს კომპოზიციის გავლენის შესახებ დამატებითი ექსპერიმენტების ჩატარების აუცილებლობას და, კერძოდ, , მიკროსტრუქტურა ფაზების ინტერფეისზე ახალ მასალაში მის თვისებებზე. ასეთმა მუშაობამ შესაძლოა მომავალში შესაძლებელი გახადოს გალიუმზე უფრო იაფი და ხელმისაწვდომი ლითონების გამოყენებაზე გადასვლა.

ენერგიის ფასების ზრდა ასტიმულირებს უფრო ეფექტურიების ძიებას, მათ შორის საყოფაცხოვრებო დონეზე. ყველაზე მეტად ხელოსნებსა და ენთუზიასტებს იზიდავს წყალბადი, რომლის კალორიულობა სამჯერ აღემატება მეთანს (38,8 კვტ 13,8-ის წინააღმდეგ 1 კგ ნივთიერებაზე). როგორც ჩანს, ცნობილია სახლში მოპოვების მეთოდი - წყლის გაყოფა ელექტროლიზით. სინამდვილეში პრობლემა გაცილებით რთულია. ჩვენს სტატიას აქვს 2 მიზანი:

• გააანალიზეთ კითხვა, თუ როგორ უნდა გააკეთოთ წყალბადის გენერატორი მინიმალურ ფასად;
• განვიხილოთ წყალბადის გენერატორის გამოყენების შესაძლებლობა კერძო სახლის გასათბობად, მანქანის საწვავის შესავსებად და როგორც შედუღების მანქანა.

მოკლე თეორიული ნაწილი

წყალბადი, ასევე ცნობილი როგორც წყალბადი, პერიოდული ცხრილის პირველი ელემენტი, არის ყველაზე მსუბუქი აირისებრი ნივთიერება მაღალი ქიმიური აქტივობით. დაჟანგვის დროს (ანუ წვის) ის ათავისუფლებს უზარმაზარ რაოდენობას სითბოს, ქმნის ჩვეულებრივ წყალს. მოდით დავახასიათოთ ელემენტის თვისებები, დავაფორმოთ ისინი თეზისების სახით:

Ცნობისთვის. მეცნიერებმა, რომლებმაც პირველად გამოყვეს წყლის მოლეკულა წყალბადად და ჟანგბადად, ნარევს ფეთქებადი აირი უწოდეს მისი აფეთქების ტენდენციის გამო. შემდგომში მან მიიღო სახელი ბრაუნის გაზი (გამომგონებლის სახელის მიხედვით) და დაიწყო დასახელება ჰიპოთეტური ფორმულით NHO.

ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, შემდეგი დასკვნა გვაფიქრებინებს: წყალბადის 2 ატომი ადვილად ერწყმის 1 ჟანგბადის ატომს, მაგრამ ისინი ძალიან უხალისოდ ნაწილდებიან. ქიმიური დაჟანგვის რეაქცია მიმდინარეობს თერმული ენერგიის პირდაპირი განთავისუფლებით ფორმულის შესაბამისად:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O + Q (ენერგია)

აქ არის მნიშვნელოვანი პუნქტი, რომელიც გამოგვადგება შემდგომი განხილვისას: წყალბადი სპონტანურად რეაგირებს წვის შედეგად და სითბო პირდაპირ გამოიყოფა. წყლის მოლეკულის გასაყოფად ენერგია უნდა დაიხარჯოს:

2H 2 O → 2H 2 + O 2 - Q

ეს არის ელექტროლიტური რეაქციის ფორმულა, რომელიც ახასიათებს წყლის გაყოფის პროცესს ელექტროენერგიის მიწოდებით. როგორ განვახორციელოთ ეს პრაქტიკაში და გააკეთოთ წყალბადის გენერატორი საკუთარი ხელით, განვიხილავთ შემდგომ.

პროტოტიპის შექმნა

იმისათვის, რომ გაიგოთ, რასთან გაქვთ საქმე, პირველ რიგში, ჩვენ გთავაზობთ მარტივი გენერატორის აწყობას მინიმალურ ფასად წყალბადის წარმოებისთვის. ხელნაკეთი ინსტალაციის დიზაინი ნაჩვენებია დიაგრამაში.

რისგან შედგება პრიმიტიული ელექტროლიზატორი:

• რეაქტორი - მინის ან პლასტმასის კონტეინერი სქელი კედლებით;
• ლითონის ელექტროდები ჩაეფლო წყალთან ერთად რეაქტორში და დაკავშირებულია კვების წყაროსთან;
• მეორე ავზი ასრულებს წყლის ბეჭდის როლს;
• მილები HHO გაზის მოსაშორებლად.

მნიშვნელოვანი წერტილი. ელექტროლიტური წყალბადის ქარხანა მუშაობს მხოლოდ პირდაპირი დენით. ამიტომ, დენის წყაროდ გამოიყენეთ AC ადაპტერი, მანქანის დამტენი ან ბატარეა. AC გენერატორი არ იმუშავებს.

ელექტროლიზატორის მუშაობის პრინციპი შემდეგია:

დიაგრამაზე ნაჩვენები გენერატორის დიზაინის საკუთარი ხელით შესაქმნელად დაგჭირდებათ 2 მინის ბოთლი ფართო კისრით და თავსახურით, სამედიცინო საწვეთური და 2 ათეული თვითმმართველობის მოსასმენი ხრახნი. მასალების სრული ნაკრები ნაჩვენებია ფოტოზე.

სპეციალური ხელსაწყოებისთვის დაგჭირდებათ წებოვანი იარაღი პლასტმასის ხუფების დალუქვისთვის. წარმოების პროცესი მარტივია:

წყალბადის გენერატორის დასაწყებად, რეაქტორში დაასხით მარილიანი წყალი და ჩართეთ კვების წყარო. რეაქციის დასაწყისი აღინიშნება ორივე კონტეინერში გაზის ბუშტების გაჩენით. დაარეგულირეთ ძაბვა ოპტიმალურ მნიშვნელობამდე და აანთეთ საწვეთური ნემსიდან გამომავალი ყავისფერი აირი.

მეორე მნიშვნელოვანი წერტილი. შეუძლებელია ძალიან მაღალი ძაბვის გამოყენება - ელექტროლიტი, რომელიც გაცხელებულია 65 ° C ან მეტ ტემპერატურაზე, დაიწყებს ინტენსიურად აორთქლებას. წყლის ორთქლის დიდი ოდენობის გამო სანთურის დანთება შეუძლებელი იქნება. იმპროვიზირებული წყალბადის გენერატორის აწყობისა და გაშვების დეტალებისთვის იხილეთ ვიდეო:

მაიერის წყალბადის უჯრედის შესახებ

თუ თქვენ შექმენით და გამოსცადეთ ზემოთ აღწერილი დიზაინი, მაშინ თქვენ ალბათ შენიშნეთ ნემსის ბოლოში ალი, რომ ინსტალაციის შესრულება უკიდურესად დაბალია. მეტი აფეთქების გაზის მისაღებად, თქვენ უნდა გააკეთოთ უფრო სერიოზული მოწყობილობა, რომელსაც გამომგონებლის პატივსაცემად სტენლი მაიერის უჯრედი ეწოდა.

უჯრედის მუშაობის პრინციპი ასევე ეფუძნება ელექტროლიზს, მხოლოდ ანოდი და კათოდი მზადდება ერთმანეთში ჩასმული მილების სახით. ძაბვა მიეწოდება პულსის გენერატორიდან ორი რეზონანსული კოჭის მეშვეობით, რაც ამცირებს დენის მოხმარებას და ზრდის წყალბადის გენერატორის პროდუქტიულობას. მოწყობილობის ელექტრონული წრე ნაჩვენებია სურათზე:

Შენიშვნა. მიკროსქემის მუშაობა დეტალურად არის აღწერილი რესურსზე http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.

მაიერის უჯრედის შესაქმნელად დაგჭირდებათ:

• პლასტმასის ან პლექსიგლასისგან დამზადებული ცილინდრული კორპუსი; ხელოსნები ხშირად იყენებენ წყლის ფილტრს სახურავით და მილებით;
• უჟანგავი ფოლადის მილები 15 და 20 მმ დიამეტრით, სიგრძე 97 მმ;
• მავთულები, იზოლატორები.

უჟანგავი ფოლადის მილები მიმაგრებულია დიელექტრიკულ ბაზაზე, ხოლო გენერატორთან დაკავშირებული მავთულები შედუღებულია მათზე. უჯრედი შედგება 9 ან 11 მილისგან, რომლებიც მოთავსებულია პლასტმასის ან პლექსიგლასის კორპუსში, როგორც ეს ფოტოზეა ნაჩვენები.

ელემენტები დაკავშირებულია ინტერნეტში კარგად ცნობილი სქემის მიხედვით, რომელიც მოიცავს ელექტრონულ ერთეულს, მეიერის უჯრედს და წყლის დალუქვას (ტექნიკური დასახელება - bubbler). უსაფრთხოების მიზნით, სისტემა აღჭურვილია კრიტიკული წნევის და წყლის დონის სენსორებით. სახლის ხელოსნების მიმოხილვების თანახმად, ასეთი წყალბადის ინსტალაცია მოიხმარს დენს დაახლოებით 1 ამპერი 12 ვ ძაბვის დროს და აქვს საკმარისი შესრულება, თუმცა ზუსტი ციფრები არ არის ხელმისაწვდომი.

ფირფიტის რეაქტორი

მაღალი ხარისხის წყალბადის გენერატორი, რომელსაც შეუძლია უზრუნველყოს გაზის სანთურის ფუნქციონირება, დამზადებულია უჟანგავი ფოლადის ფირფიტებისაგან ზომით 15 x 10 სმ, რაოდენობა - 30-დან 70 ცალამდე. მათში გაბურღულია ხვრელები გამკაცრებისთვის, ხოლო კუთხეში ამოჭრილია მავთულის შესაერთებელი ტერმინალი.

უჟანგავი ფოლადის 316 კლასის ფურცლის გარდა, თქვენ უნდა შეიძინოთ:

• რეზინი 4 მმ სისქის, ტუტე მდგრადია;
• ბოლო ფირფიტები დამზადებული plexiglass ან PCB;
• ჰალსტუხი M10-14;
• გამშვები სარქველი გაზის შედუღების აპარატისთვის;
• წყლის ფილტრი წყლის დალუქვისთვის;
• გოფრირებული უჟანგავი ფოლადისგან დამზადებული დამაკავშირებელი მილები;
• კალიუმის ჰიდროქსიდი ფხვნილის სახით.

ფირფიტები უნდა იყოს აწყობილი ერთ ბლოკად, ერთმანეთისგან იზოლირებული რეზინის შუასადებებით ამოჭრილი შუაზე, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახატზე. მიღებული რეაქტორი მჭიდროდ მიამაგრეთ ქინძისთავებით და შეაერთეთ იგი მილებს ელექტროლიტით. ეს უკანასკნელი მოდის ცალკე კონტეინერიდან, რომელიც აღჭურვილია სახურავით და ჩამკეტი სარქველებით.

Შენიშვნა. ჩვენ გეტყვით, თუ როგორ უნდა გააკეთოთ ნაკადის (მშრალი) ტიპის ელექტროლიზატორი. უფრო ადვილია რეაქტორის დამზადება წყალქვეშა ფირფიტებით - არ არის საჭირო რეზინის შუასადებების დაყენება, ხოლო აწყობილი ერთეული ჩაედინება დალუქულ კონტეინერში ელექტროლიტით.

წყალბადის წარმომქმნელი გენერატორის შემდგომი შეკრება ხორციელდება იმავე სქემის მიხედვით, მაგრამ განსხვავებებით:

1. მოწყობილობის კორპუსზე მიმაგრებულია ელექტროლიტის მომზადების რეზერვუარი. ეს უკანასკნელი არის კალიუმის ჰიდროქსიდის 7-15%-იანი ხსნარი წყალში.
2. წყლის ნაცვლად, ეგრეთ წოდებული დეოქსიდირებადი აგენტი შეედინება "ბუშტში" - აცეტონი ან არაორგანული გამხსნელი.
3. დამწვრობის წინ უნდა დამონტაჟდეს გამშვები სარქველი, წინააღმდეგ შემთხვევაში, როდესაც წყალბადის სანთურა შეუფერხებლად გამორთულია, უკუღმა გახეთქავს შლანგები და ბუშტუკები.

რეაქტორის კვებისათვის უმარტივესი გზაა შედუღების ინვერტორის გამოყენება; არ არის საჭირო ელექტრონული სქემების შეკრება. როგორ მუშაობს ხელნაკეთი ყავისფერი გაზის გენერატორი, განმარტავს სახლის ხელოსანს თავის ვიდეოში:

არის თუ არა მომგებიანი წყალბადის წარმოება სახლში?

ამ კითხვაზე პასუხი დამოკიდებულია ჟანგბად-წყალბადის ნარევის გამოყენების სფეროზე. ყველა ნახატი და დიაგრამა, რომელიც გამოქვეყნებულია სხვადასხვა ინტერნეტ რესურსებით, შექმნილია HHO გაზის გასათავისუფლებლად შემდეგი მიზნებისთვის:

• წყალბადის გამოყენება მანქანების საწვავად;
• წყალბადის უკვამლო წვა გათბობის ქვაბებში და ღუმელებში;
• გამოიყენება გაზის შედუღების სამუშაოებისთვის.

მთავარი პრობლემა, რომელიც უარყოფს წყალბადის საწვავის ყველა უპირატესობას: ელექტროენერგიის ღირებულება სუფთა ნივთიერების გასათავისუფლებლად აღემატება მისი წვის შედეგად მიღებულ ენერგიას. როგორიც არ უნდა თქვან უტოპიური თეორიების მიმდევრებმა, ელექტროლიზატორის მაქსიმალური ეფექტურობა 50%-ს აღწევს. ეს ნიშნავს, რომ მიღებულ 1 კვტ სითბოზე იხარჯება 2 კვტ ელექტროენერგია. სარგებელი ნულოვანია, თუნდაც უარყოფითი.

გავიხსენოთ რა დავწერეთ პირველ ნაწილში. წყალბადი ძალიან აქტიური ელემენტია და თავისით რეაგირებს ჟანგბადთან, ათავისუფლებს უამრავ სითბოს. როდესაც ვცდილობთ წყლის სტაბილური მოლეკულის გაყოფას, ჩვენ ვერ მივმართავთ ენერგიას პირდაპირ ატომებზე. გაყოფა ხორციელდება ელექტროენერგიის გამოყენებით, რომლის ნახევარი იშლება ელექტროდების, წყლის, ტრანსფორმატორის გრაგნილების და ა.შ.

მნიშვნელოვანი ფონური ინფორმაცია. წყალბადის წვის სპეციფიკური სიცხე სამჯერ აღემატება მეთანს, მაგრამ მასის მიხედვით. თუ მათ შევადარებთ მოცულობით, მაშინ 1 მ³ წყალბადის წვისას გამოიყოფა მხოლოდ 3,6 კვტ თერმული ენერგია მეთანის 11 კვტ-ის წინააღმდეგ. წყალბადი ხომ ყველაზე მსუბუქი ქიმიური ელემენტია.

ახლა განვიხილოთ ელექტროლიზით მიღებული გაზის აფეთქება ხელნაკეთი წყალბადის გენერატორში, როგორც საწვავი ზემოაღნიშნული საჭიროებისთვის:

Ცნობისთვის. გათბობის ქვაბში წყალბადის დასაწვავად, თქვენ მოგიწევთ დიზაინის საფუძვლიანად გადამუშავება, რადგან წყალბადის სანთურს შეუძლია დნება ნებისმიერი ფოლადი.

დასკვნა

NHO გაზში შემავალი წყალბადი, რომელიც მიღებულია ხელნაკეთი წყალბადის გენერატორიდან, სასარგებლოა ორი მიზნისთვის: ექსპერიმენტებისთვის და გაზის შედუღებისთვის. მაშინაც კი, თუ უგულებელვყოფთ ელექტროლიზატორის დაბალ ეფექტურობას და მისი აწყობის ხარჯებს მოხმარებულ ელექტროენერგიასთან ერთად, უბრალოდ არ არის საკმარისი პროდუქტიულობა შენობის გასათბობად. ეს ასევე ეხება სამგზავრო მანქანის ბენზინის ძრავას.

წყალბადის მიღება წყლიდან H2O + C +e = -H2CO3 და +H ფორმულის მიხედვით, კერძოდ წყლის ნახშირის ენერგია, როგორიცაა ლაზერული ელვის ენერგია ან ელექტროენერგია. იაფი კატალიზატორები წყალბადის გამოყოფისთვის წყლიდან და 50 ჰერცის ალტერნატიული ძაბვის გამოყენება, შეიძლება ითქვას, რომ ეს ჩემი აღმოჩენაც კია. მე აღმოვაჩინე წყლისგან წყალბადის წარმოქმნის მარტივი გზა მარტივი კატალიზატორის, გრაფიტის ან ნახშირის გამოყენებით.
როგორ გამოვყოთ წყალბადი წყლისგან ნახშირის გამოყენებით ჩემს ვებგვერდზე http://xn--c1atbkq7d.xn--p1ai/ Nyurgun.RF, სწორი ნახშირის მომზადების მთავარი საიდუმლო.
ქვანახშირი უნდა დაიწვას ბევრი ჰაერით და ნახშირის ათას ორას გრადუსზე მაღლა გაცხელებით მხოლოდ მაშინ ხდება წყალბადის კატალიზატორი და წყლის მოლეკულა გაცხელდება ათას გრადუსამდე.

გრაფიტის მომზადება წყალბადის წარმოებისთვის წყლის ქვეშ ნახშირის დაწვის გზით. გამოქვეყნებულია: 25 აპრილს 2015 წელი
ნახშირბადის ნაერთების უნიკალური კომბინაცია მტკნარი წყლიდან ატომური წყალბადის მოსაპოვებლად ყოველგვარი დანამატების გარეშე.

წყალბად(ებ)ის სწრაფი და ნელი წვა, როგორც ნახშირის გამოყენებით წყალბადის გამოყოფის მტკიცებულება. გამოქვეყნებულია: 2015 წლის 12 მაისი
წყალბადს წამლად ვიყენებ დაღლილობის მოსახსნელად.
მომხმარებლისთვის არავითარი მნიშვნელობა არ აქვს როგორ თბება მისი ცხელი წყალი, ნახშირწყალბადების დაწვით თუ სუპერეფექტური ახალი ტექნოლოგიების გამოყენებით.