Водоник је најзаступљенији хемијски елемент у природи, јер чини око 90% укупне масе свих елемената у свемиру. Штавише, практично се не јавља у свом чистом облику. Чешће се може наћи у саставу различитих хемијских једињења. У међувремену, то може бити одлично еколошки и нешкодљиво гориво за производњу енергије. Тако се и ваш дом може загрејати водоником. Посебно је охрабрујућа чињеница да се водонично гориво може користити ако једноставни гасни котао претворите у водоник. Ипак, главни проблем остаје: где набавити чисти водоник? Није слободно доступан, не можете га купити. Једини излаз је кућни генератор водоника. Срећом, можете га сами саставити или купити у готовом облику. Остаје само да се одлучи о типу генератора, који се разликују у зависности од тога како се добија водоник.
Добијање чистог водоника
Електролиза воде
Водоник се може добити на разне начине. Ево неколико њих који су најприступачнији и најчешћи:
- Електролиза воде. Најефикаснији начин је висока температура.
- Хемијска реакција воде и легуре алуминијума-галијума.
- Производња водоника током високотемпературне обраде угља и дрвета.
- Рециклажа смећа и кућног отпада.
- Ослобађање водоника прерадом биомасе (стајњак, сено, алге и други пољопривредни отпад).
Већина метода заснива се на употреби високих температура и, нажалост, нису применљиве у обичном домаћинству. Међутим, постоји неколико начина за добијање водоника код куће.
Електролитички водоник
Најприступачнији и најраспрострањенији начин производње водоника код куће је реакција електролизе воде. На тржишту је прилично доступан посебан део опреме који се назива електролизатор. Истовремено, међу произвођачима постоје и еминентни гиганти (на пример, Хонда) и мали произвођачи из Кине или земаља ЗНД. И ако у случају првих нема сумње у квалитет производа који се пружају пажња, онда се други често изневере. Истовремено, не бисте требали обраћати много пажње на њихово светло и перспективно оглашавање. Бескрупулозни произвођач не треба да изјављује да је његов производ најквалитетнији, добар и трајан на тржишту. Међутим, неће се показати да је све што каже тачно. Цена би требало да буде посебно алармантна, јер генератор не може бити превише јефтин. Јефтиност може указивати на неквалитетне материјале који се користе у раду или на уштеду у монтажи. Инсталације су скупе из разлога, али и због сигурности. Пошто је водоник експлозиван, његово цурење може изазвати много проблема. Квалитетна црева, непропусни резервоар за складиштење - и то је то, експлозија је загарантована. Квалитет израде понекад може да „шепа“, па је боље једног дана не штедјети и трошити новац на добру опрему.
Добар електролизатор може се похвалити квалитетом, компактношћу и лакоћом употребе. Може се инсталирати у било који угао собе и користити обичну воду из славине као гориво за добијање жељеног водоника. Обично се електролизатор састоји од реформатора, ћелија за гориво, система за пречишћавање, компресора и резервоара за складиштење гаса. Електрична енергија долази из напајања. Најмодернији модели су уопште опремљени соларним плочама.Таква опрема ће се дефинитивно брзо исплатити због минималних трошкова њене употребе, чак и узимајући у обзир не најмањи трошак саме јединице.
Водоник из пољопривредног отпада
На Интернету често можете пронаћи референце на постројења за биогас. Поента њиховог рада је да се стајско ђубриво натовари у генератор, тамо се обради и на излазу се добије метан. Наравно, не може се користити само стајско ђубриво, већ било који компостибилни материјал. Међутим, чисто стајско ђубриво је најпродуктивније и приступачније. Добијени биогас се затим цевоводом прилагођава потребама фарме и користи се као уобичајени природни гас. Међутим, овај метод производње водоника има неколико недостатака:
- Водоник као такав у овом процесу је само нуспроизвод. Да би се раздвојила потребна је додатна обрада добијеног гаса. По правилу то нико не ради, а водоник сигурно умире у окриљу пламена заједно са метаном.
- Потребно је континуирано снабдевање сировинама. Односно, стајско ђубриво мора да се испоручује у генератор без заустављања и то у великим количинама. Очигледно је да обична приватна економија неће моћи да обезбеди константан проток сировина. А куповина са стране није исплатива. Закључак: овај метод производње водоника погодан је само за релативно велике фарме које су спремне да обезбеде такве количине. Међутим, таква инсталација неће им донети користи, осим ако им неће омогућити да се реше отпада уз корист за економију.
Поред тога, на удео водоника на излазу отпада само 2-12% водоника. Односно, главнина производа је метан. Да би се економији обезбедио само водоник, биће потребне невероватна количина сировина и огромни производни капацитети. Тако да није исплативо ни за велике фарме да се посебно усредсреде на ослобађање водоника. Или ће морати да га спале заједно са метаном, што се у пракси ради, или да покушају да га користе и на фарми. Међутим, за одвајање и складиштење водоника поново ће бити потребна додатна опрема, што значи додатне трошкове. Према томе, постројење за биогас је најнеповољнија метода за производњу чистог водоника.
Принцип рада генератора
Из школског курса физике познато је да се вода, када је изложена електричној струји, распада на две компоненте: водоник и кисеоник. На основу ове појаве изграђен је такозвани генератор водоника. Овај уређај је јединица у којој се одвија електрохемијска реакција за добијање водоника и кисеоника из воде. Процес електролизе воде приказан је на доњој слици.
Процес електролизе воде
На излазу из генератора не формирају се водоник и кисеоник у чистом облику, већ такозвани Браунов гас, назван по научнику који га је први примио. Такође се назива „гасом оксиводоника“, јер је под одређеним условима експлозиван. Штавише, када се овај гас сагори, можете добити скоро четири пута више енергије него што је потрошено на његову производњу.
Такав погон за производњу водоника приказан је на доњој слици.
Индустријско постројење за производњу водоника
Као носилац енергије водоник заиста нема премца и његове резерве су практично неисцрпне. Као што смо већ рекли, када сагорева, ослобађа огромну количину топлотне енергије, неупоредиво већу од било ког угљоводоничног горива. Уместо штетних једињења која се емитују у атмосферу приликом употребе природног гаса, када водоник сагорева, у облику паре настаје обична вода. Један проблем: овај хемијски елемент се у природи не јавља у слободном облику, већ само у комбинацији са другим супстанцама.
Електролизатори се производе у серији и дизајнирани су за рад са плинским пламеном (заваривање).На групе металних плоча уроњених у воду примењује се струја одређене јачине и фреквенције. Као резултат текуће реакције електролизе, ослобађају се кисеоник и водоник помешани са воденом паром. Да би се одвојили, гасови се пролазе кроз сепаратор и затим доводе до горионика. Да би се избегао повратни удар и експлозија, на доводу је инсталиран вентил који омогућава пролаз горива само у једном смеру.
За контролу нивоа воде и благовремено допуњавање, конструкција обезбеђује посебан сензор, на чији сигнал се убризгава у радни простор електролизера. Прекомерни притисак унутар посуде надгледа се прекидачем за случај нужде и сигурносним вентилом. Одржавање генератора водоника састоји се у периодичном додавању воде и то је то.
Израда електролизера с властитим рукама
Уради сам електролизатор
Цене скупе стране опреме често уплаше обичне власнике малих фарми. Једном спаљени у јефтином електролизатору не баш високог квалитета или чак одлучивши да уопште не ризикују, мајстори размишљају о томе да сами направе кућни генератор водоника. Генерално, задатак је изводљив, под условом да се поседују одређена знања и вештине.
Да бисте направили свој електролизатор, мораћете да купите све компоненте инсталације које су горе наведене. Штавише, процес се не завршава у фази екстракције горива. На крају крајева, и даље је неопходно раздвојити водоник од кисеоника и водене паре, како би се осигурала његова константна струја, акумулација у потребној запремини и снабдевању. Као резултат, коначни прорачун ће показати да само-монтажа неће коштати много мање од купљеног генератора, већ ће бити потрошено невероватно пуно труда и времена. А није познато да ли ће добијени резултат испунити очекивања и носити се са задатком.
Карактеристике генератора водоника
Чисти водоник се ослобађа у разним хемијским реакцијама, али овај начин производње је прилично сложен и често прескуп.
Изузетак су технолошки процеси у којима се гас ствара као нуспроизвод, али таква производња за сада има оскудне количине.
Много је лакше извући водоник из воде пролазећи кроз њега електричну струју - овај процес се назива електролиза. Прво се молекул Х2О распада на атом водоника Х и хидроксо групу ОХ, затим долази до коначног раздвајања кисеоника и водоника.
Прва, имајући негативан набој, јури на аноду, друга на катоду. Елементи се акумулирају у облику мехурића, који се, достигавши одређену величину, одвајају од електроде и плутају. Даље, кисеоник и водоник без икаквог раздвајања (ова смеша се назива „Браунов гас“) улазе у горионик, где се у процесу сагоревања поново претварају у воду. Генератори водоника често су опремљени одводом за ваздух како би се обезбедила испорука готовог производа без потешкоћа.
Очигледно је да ће се продуктивност инсталације повећавати са повећањем површине контакта између воде и електрода. Из тог разлога, потоњи су направљени у облику плоча. Састављени су у структури која подсећа на челичне ребрасте грејне радијаторе.
Да би се повећала продуктивност, данас се користе цилиндричне електроде, као и оне сложенијег облика.
Брзина еволуције водоника такође зависи од материјала електрода.
Уместо бакра или нерђајућег челика, модерни „напредни“ генератори користе посебне легуре које су прилично скупе.
Други услов је да вода мора проћи струју. Имајте на уму да је у дестилованом облику диелектрик. Јони чине ову течност проводником електричне енергије, у коју се разлажу супстанце растворене у њој, пре свега соли. Што је решење стрмије, то ће боље носити струју.
Трошак водоника
Трошак водоника
Технологије производње водоника утичу на његове трошкове. Дакле, цена водоника по 1 кг са повећањем је:
- 130 рубаља - методом високотемпературне електролизе у нуклеарним електранама;
- 200 рубаља - методом конверзије угљоводоника;
- 320 рубаља - методом хемијске реакције (из нуклеарне електране);
- 350 рубаља - екстракцијом из биомасе;
- 420 рубаља - електролизом;
- 700 рубаља - методом опоравка реагенса.
Дакле, очигледно је да је најјефтинији начин производње водоника први, електролизом у нуклеарним електранама уз учешће високих температура. Чињеница је да су високе температуре у НЕК нуспојава производње, не постоје додатни трошкови за њихов пријем. Међутим, до сада се ниједна од метода за производњу водоника као енергије горива не може у потпуности надокнадити. На крају, чак и ако купите најјефтинију и истовремено најефикаснију инсталацију, чак и ако не узмете у обзир њене високе трошкове, електрична енергија је и даље потребна за производњу водоника. Коришћена електрична енергија се генерише у локалним станицама и преноси жицама. У овом случају настају неизбежни губици енергије.
Како добити водоник код куће?
Диодни мост је савршен за ово. Она са фотографије није била довољно моћна и брзо је изгорела. Најбоља опција био је кинески диодни мост МБ156 у алуминијумском кућишту.
Диодни мост се јако загрева. Биће потребно активно хлађење. Хладњак за рачунарски процесор је савршен. За кућиште се може користити разводна кутија одговарајуће величине. Продаје се у електричној роби.
Неколико слојева картона мора бити постављено испод диодног моста. Потребне рупе су направљене на поклопцу разводне кутије. Овако изгледа склопљена јединица. Електролизатор се напаја из мреже, а вентилатор напаја универзални извор напајања. Као електролит користи се раствор соде бикарбоне. Овде се мора запамтити да што је већа концентрација раствора, већа је брзина реакције. Али истовремено је и грејање веће. Штавише, реакција распадања натријума на катоди ће допринети загревању. Ова реакција је егзотермна. Као резултат, формираће се водоник и натријум хидроксид.
Уређај на горњој фотографији био је веома врућ. Повремено је требало искључити и сачекати док се не охлади. Проблем загревања делимично је решен хлађењем електролита. За ово сам користио столну пумпу за чесму. Дугачка цев пролази од једне боце до друге кроз пумпу и канту хладне воде.
Место где је цев повезана са лоптом добро је опремљено славином. Продаје се у продавницама за кућне љубимце у одељку за акваријум.
Има ли користи
Да ли је исплативо?
Постоји заблуда да грејање куће на водоник гориво кошта пени. Заправо, ову идеју шире произвођачи електролизатора и друга постројења за производњу водоника. Једном речју, они који имају користи од таквог мишљења. Кажу да новац за куповину ове дивне машине морате потрошити само једном, а живот живети даље срећно и безбрижно. Међутим, да ли је заиста тако?
Треба само минуту размислити да схватимо да у стварности ствари нису тако ружичасте. Прво, сама инсталација је веома скупа. Чак и ако сами саставите јединицу, трошкови компонената неће бити тако јефтини. Односно, почетни трошкови су врло високи, а изгледи за повраћај су нејасни. Друго, за рад електролизера потребна је вода из славине, која такође није бесплатна. И треће, потребно је узети у обзир трошкове електричне енергије у случају да генератор не ради на соларним плочама.
Дакле, практично нема користи од употребе водоника као горива за потребе домаћинства.Можда ће тек након деценију или две, када технологије постану напредније, употреба водоничног горива бити исплативија од тренутно постојећих алтернативних извора. Међутим, до сада је ова метода скоро 4 пута скупља. А ово узима у обзир не највише тарифе за струју и воду. Чак и ако узмемо просечне и минималне вредности за Русију и земље ЗНД, трошкови насталог горива су неразумно високи. Стога ће употреба овог начина грејања вашег дома привући само ватрене заштитнике природе, јер су биљке водоника апсолутно еколошки прихватљиве.
Негативне стране грејања зграда типа водоник
[стицки-ад ид = 13532]
У расправама о изводљивости употребе водоничног горива за системе грејања, скептици дају важне аргументе:
- Висока цена: чак и у до сада најефикаснијим постројењима за електролизу, за производњу водоника потребно је 2 пута више енергије од његовог накнадног сагоревања.
- Опасност од експлозије: људи су се уверили у способност водоника да лако експлодира приликом пада ваздушног брода Хинденбург, чији је цилиндар напуњен управо овим гасом.
- Сложеност припремног процеса: добијање водоника из воде је пола успеха. Да би се ефикасно користио у генераторима топлоте, мора се испоручивати под стабилним притиском, што захтева компресор и додатни резервоар са редуктором. Поред тога, водена пара мораће да се одбаци, што захтева употребу одвлаживача.
Прилично је лако самостално направити постројење за екстракцију водоника из воде. Према својим карактеристикама, неће бити много инфериорнији од купљеног, али ће коштати много мање. Размотримо узастопно фазе стварања.
Пројекат (цртеж)
Да бисте произвели генератор, биће вам потребан херметички затворен контејнер који ће се напунити водом пре почетка производње водоника.
Електроде смештене унутра изгледаће као сет плоча (потребно је 16 комада) инсталираних са размаком од 1 мм.
Да би се то осигурало, најлонски одстојници морају бити постављени између плоча (било који други диелектрик је дозвољен).
Растојање од 1 мм је оптимално: ако га повећате, мораћете да повећате тренутну снагу; како се јаз смањује, мехурићи гаса ће тешко излазити. Плоче ће се наизменично повезивати са анодом и катодом напајања од 12 волти. У овом случају морају бити постављени на осовину, такође направљену од диелектричног материјала.
Када су електроде причвршћене на држач, мораће да се прикаче на дну поклопца кућишта.
Да би се одабрала мешавина гаса, цев од конвенционалне капаљке се пресеца у поклопац кућишта. Поред тога, у њему се морају избушити још две рупе кроз које ће проћи жице. Након састављања јединице, све рупе на поклопцу мораће бити запечаћене силиконом или лепком.
Важна компонента генератора је заптивач воде. Да бисте је направили, биће вам потребан мали контејнер (уобичајена бочица ће вам требати), где ћете морати да сипате воду пре употребе уређаја. У херметички затвореном поклопцу потребно је избушити две рупе: у једној пролазимо цев од генератора (мора се спустити до самог дна), а у другој - другу цев кроз коју ће мешавина гаса тећи до горионика . Отвори на поклопцу воденог заптивача такође морају бити запечаћени. Вода треба сипати у боцу за ¾ запремине.
Избор електрода
Материјал од којег ће се направити електроде мора имати мали електрични отпор и бити хемијски инертан у односу на кисеоник и супстанце присутне у раствору.
Ако други захтев није задовољен, одвијаће се хемијска реакција уз учешће електрода повезаних на катодни пол, услед чега ће раствор постати засићен страним супстанцама.
Због тога се бакар, један од најбољих проводника, не може користити у воденом раствору. Уместо тога препоручује се употреба нерђајућег челика. Оптимална дебљина за електроде од овог материјала је 2 мм.
Прочитајте још: Фазе израде електричног топлотног пиштоља сопственим рукама
Контејнер
Узимајући у обзир ризик од експлозије, кућиште генератора треба бити израђено од издржљивог и пластичног материјала отпорног на високе температуре. Челик најбоље од свих испуњава ове захтеве. Потребно је само потпуно искључити контакт жица или електрода са кућиштем, што ће резултирати кратким спојем.
Обогаћивање смеше гориво-ваздух водоником помаже у смањењу потрошње горива. Према неким аутомобилистима, уштеда горива може бити и до 30%.
Уређај који је описан у претходном одељку узет је као основа за аутомобилски генератор водоника. Разлика лежи у одсуству хидрауличног заптивача (добијени водоник се одмах шаље у усисни колектор) и присуству управљачке јединице. Потоњи ће регулисати струју између електрода у зависности од броја обртаја мотора.
Само-производња такве јединице могућа је само онима који течно говоре радио-електроником, па препоручујемо употребу купљене опције. Штавише, монтажне јединице преузимају сав посао на регулисању перформанси генератора водоника без потребе за учешћем корисника.
Елементи система за аутомобилски генератор
Све што ће бити потребно је да први пут ручно одаберете вредност тренутне снаге (оптималне) за режиме „у празном ходу“ и „максимално оптерећење“, а затим ће управљачка јединица сама променити перформансе инсталације у оквиру наведена ограничења.
Све везе морају бити врло пажљиво затворене: цурење водоника може довести до пожара.
Најбоље је проверити непропусност структуре сапунастом пеном: цурење, ако постоји, манифестоваће се непрестаним појављивањем и растом мехурића.
Тело аутомобилског генератора водоника може се направити од славине која је прилично издржљива. Његова запремина је мала, тако да инсталација не мора да се пуни пречесто, може се додатно опремити резервоаром за чување залиха раствора. Са радним контејнером повезан је са две цеви.
Самоуправљени уређај шематски представља посуду са водом, где су постављене електроде за претварање воде у водоник и кисеоник.
Да бисте направили такав уређај сопственим рукама, требат ће вам:
- Лим од нерђајућег челика дебљине 0,5-0,7 мм. Погодан је нерђајући челик марке 12Кс18Х10Т.
- Плексиглас плоче.
- Гумене цеви за довод воде и испуштање гаса.
- Лим од гуме отпорне на бензин и уље дебљине 3 мм.
- Извор напона - ЛАТР са диодним мостом за добијање једносмерне струје. Требало би да обезбеди 5-8 ампера струје.
Прво, нерђајуће плоче се пресецају у правоугаонике 200к200мм. Углови на плочама морају бити одсечени како би се цела конструкција затегнула вијцима. У свакој плочи избушимо рупу пречника 5 мм, на растојању од 3 цм од дна плоча, за циркулацију воде. Такође, на сваку плочу је залемљена жица за повезивање са извором напајања.
Пре монтаже, прстенови су израђени од гуме са спољним пречником од 200 мм и унутрашњим пречником од 190 мм. Такође је потребно припремити две плоче од плексигласа дебљине 2 цм и димензија 200 × 200 мм, док прво морате на њима направити рупе на четири стране за затезање вијака М8.
Уради сам водоник генератор
Да бисте спречили повратак гаса у гасни генератор, на путу од генератора до горионика потребно је направити водену заптивку, или још боље, два вентила.
Дизајн затварача је посуда са водом, у коју се цев спушта у воду са стране генератора, а цев која иде на горионик је изнад нивоа воде. Шема генератора водоника са засунима приказана је на доњој слици.
Круг генератора водоника са воденим отворима
У електролизатору - запечаћеној посуди са водом са спуштеним електродама, гас почиње да се развија када се примени напон. Кроз цев 1 доводи се до капије 1. Дизајн воденог заптивача је уређен на такав начин, као што се види са слике, да се гас може кретати само у смеру од електролизера до горионика, а не и обрнуто.
То спутава различита густина воде, која се мора превазићи у повратку. Даље дуж цеви 2, гас се помера до капије 2, која је дизајнирана за већу поузданост система: ако из неког разлога прва капија не ради. После тога се гас доводи у горионик помоћу цеви 3. Водене заптивке су веома важан део уређаја, јер спречавају проток гаса у супротном смеру.
Ако се гас врати у електролизатор, уређај може експлодирати. Стога, ни у ком случају не смете радити са уређајем без водених заптивача!
Генератор за заваривање је тренутно једина практична примена за електролитско цепање воде. Непрактично га је користити за грејање куће и ево зашто. Трошкови енергије током рада са плинским пламеном нису толико важни, главна ствар је да заваривач не треба носити тешке цилиндре и петљати са цревима. Грејање дома је друга ствар, где је сваки пени важан. И овде водоник губи на свим тренутно постојећим врстама горива.
Серијски генератори за заваривање коштају много новца јер користе катализаторе за процес електролизе, који укључују платину. Генератор водоника можете направити сопственим рукама, али његова ефикасност ће бити још нижа од фабричке. Дефинитивно ћете успети да набавите запаљиви гас, али мало је вероватно да ће бити довољно да се загреје бар једна велика соба, а камоли цела кућа. А ако је то довољно, мораћете да платите невероватне рачуне за струју.
бити пажљив
бити пажљив
Након уградње генератора, као ни током, не треба заборавити на мере предострожности. Водоник је запаљив, експлозиван гас без мириса, па је његово цурење изузетно опасно. Да бисте то избегли, потребно је пажљиво проверити да ли све компоненте електролизера пропуштају: цеви, пумпу, резервоар. Ово се посебно односи на уређаје за самостално склапање. Они су најопаснији. Поред тога, није познато колико ће висококвалитетног горива на крају испоручити. Наравно, вероватноћа венчања може бити велика за купљене моделе, посебно непознате или непроверене произвођаче. Због тога је увек боље дати предност скупљем, али и поузданијем произвођачу ове опреме. Звучи као реклама, али чињеница остаје: за квалитет морате додатно платити. Иако не функционише увек правило да што скупље то боље. Идеално је ако се купац, доносећи свој избор, ослања на знање у овој области. И, што је најважније, верујте, али проверите. На крају, чак и најпознатија марка може створити брак.
Експлоатација
Након склапања, можете започети тестирање уређаја. Да би то учинили, горионик из медицинске игле је инсталиран на крају цеви и у њега се сипа вода. Додајте КОХ или НаОХ у воду. Вода би требала бити дестилована или отопљена у крајњем случају. Концентрација алкалног раствора од 10% је довољна за рад уређаја.
Прочитајте још: Шиндра за гипс
После тога, ЛАТР са диодним мостом је повезан са електродама према шеми. У круг су уграђени амперметар и волтметар за праћење рада. Почињу са минималним напоном, а затим се непрестано повећавају, посматрајући развој гаса.
Предрадње је најбоље изводити на отвореном изван куће.Будући да је инсталација експлозивна, све радове треба изводити изузетно опрезно.
Током испитивања посматрајте рад уређаја. Ако постоји мали пламен горионика, тада у генератору може бити или мало плина, или негде може доћи до цурења гаса. Ако раствор постане замућен, прљав, мора се заменити. Такође је неопходно осигурати да се уређај не прегреје и да вода не кључа.
