El nuevo método de electrólisis produce 4 veces más hidrógeno

El hidrógeno es el elemento químico más abundante en la naturaleza, ya que constituye aproximadamente el 90% de la masa total de todos los elementos del universo. Al mismo tiempo, prácticamente no ocurre en su forma pura. Más a menudo se puede encontrar en la composición de varios compuestos químicos. Mientras tanto, puede ser un excelente combustible ecológico e inofensivo para la producción de energía. Por lo tanto, incluso su propia casa se puede calentar con hidrógeno. Particularmente alentador es el hecho de que se puede usar combustible de hidrógeno si se convierte una simple caldera de gas en una de hidrógeno. Sin embargo, el principal problema sigue siendo: ¿dónde obtener hidrógeno puro? No está disponible gratuitamente, no se puede comprar. La única salida es un generador de hidrógeno doméstico. Afortunadamente, puede ensamblarlo usted mismo o comprarlo listo para usar. Solo queda decidir el tipo de generador, que difiere según cómo se obtiene el hidrógeno.

Obtención de hidrógeno puro

Electrólisis de agua
El hidrógeno se puede obtener de diversas formas. Estos son solo algunos de ellos, que son los más accesibles y comunes:

• Electrólisis de agua. La forma más eficaz es la temperatura alta.
• Reacción química de agua y aleación de aluminio-galio.
• Producción de hidrógeno durante el procesamiento a alta temperatura de carbón y madera.
• Reciclaje de basura y residuos domésticos.
• La liberación de hidrógeno a través del procesamiento de biomasa (estiércol, heno, algas y otros residuos agrícolas).

La mayoría de los métodos se basan en el uso de altas temperaturas y, desafortunadamente, no son aplicables en un hogar común. Sin embargo, hay varias formas de obtener hidrógeno en casa.

Hidrógeno electrolítico

La forma más asequible y más extendida de producir hidrógeno en el hogar es a través de la reacción de electrólisis del agua. Un equipo especial llamado electrolizador está disponible con bastante facilidad en el mercado. Al mismo tiempo, entre los fabricantes hay gigantes eminentes (por ejemplo, Honda) y pequeños fabricantes de China o países de la CEI. Y si en el caso de los primeros no hay duda sobre la calidad de los productos que se prestan a la atención, los segundos suelen decepcionarse. Al mismo tiempo, no debe prestar mucha atención a su publicidad brillante y prometedora. Un fabricante sin escrúpulos no necesita declarar que su producto es de la más alta calidad, bueno y duradero del mercado. Sin embargo, no todo lo que dice resultará cierto. El precio debería ser especialmente alarmante, ya que el generador no puede ser demasiado barato. El bajo precio puede indicar materiales de mala calidad utilizados en el trabajo o ahorros en el montaje. Las instalaciones son caras por una razón, pero también por la seguridad. Dado que el hidrógeno es explosivo, las fugas pueden causar muchos problemas. Mangueras de mala calidad, un tanque de almacenamiento con fugas, y eso es todo, una explosión está garantizada. La calidad de la mano de obra a veces puede ser "escasa", por lo que es mejor ser generoso algún día y gastar dinero en un buen equipo.

Un buen electrolizador presume de calidad, compacidad y facilidad de uso. Se puede instalar en cualquier rincón de la habitación y utilizar agua corriente del grifo como combustible para obtener el codiciado hidrógeno. Normalmente, un electrolizador consta de un reformador, pilas de combustible, sistema de purificación, compresor y tanque de almacenamiento de gas. La electricidad proviene de la fuente de alimentación. Los modelos más modernos están equipados con paneles solares.Dicho equipo definitivamente se amortizará rápidamente debido al costo mínimo de su uso, incluso teniendo en cuenta el costo no más pequeño de la unidad en sí.

Hidrógeno procedente de residuos agrícolas

A menudo, en Internet puede encontrar referencias a plantas de biogás. El objetivo de su trabajo es que el estiércol se carga en el generador, se procesa allí y se obtiene metano en la salida. Por supuesto, no solo se puede usar estiércol, sino cualquier material compostable. Sin embargo, el estiércol limpio es el más productivo y asequible. El biogás resultante pasa luego por tuberías a las necesidades de la granja y se utiliza como gas natural habitual. Sin embargo, este método de producción de hidrógeno tiene un par de desventajas:

• El hidrógeno como tal en este proceso es solo un subproducto. Para separarlo, se requiere un procesamiento adicional del gas obtenido. Como regla, nadie hace esto y el hidrógeno muere de forma segura en los brazos de la llama junto con el metano.
• Se requiere un suministro continuo de materias primas. Es decir, se debe suministrar estiércol al generador sin parar y en grandes cantidades. Obviamente, una economía privada ordinaria no podrá proporcionar un flujo constante de materias primas. Y comprarlo aparte no es rentable. Conclusión: este método de producción de hidrógeno solo es adecuado para granjas relativamente grandes que están listas para proporcionar tales volúmenes. Sin embargo, tal instalación no les reportará beneficios, a menos que les permita deshacerse de los residuos con beneficio para la economía.

Además, la proporción de hidrógeno en la salida representa solo del 2 al 12% del hidrógeno. Es decir, la mayor parte del producto es metano. Para proporcionar a la economía solo hidrógeno, se requerirá una cantidad increíble de materias primas y una enorme capacidad de producción. Por tanto, no es rentable ni siquiera para las grandes explotaciones concentrarse específicamente en la liberación de hidrógeno. Tendrán que quemarlo junto con metano, lo que se hace en la práctica, o intentar usarlo también en la granja. Sin embargo, nuevamente se necesitarán equipos adicionales para separar y almacenar hidrógeno, lo que significa costos adicionales. Por tanto, una planta de biogás es, con mucho, el método más desventajoso para producir hidrógeno puro.

Diferencias entre la electrólisis convencional y las membranas poliméricas modernas

Las membranas de polímero SPE / PME modernas son en sí mismas un electrolito, por lo que no necesitan agua que contenga minerales para conducir la corriente y, por lo tanto, tienen una gran ventaja tecnológica, una larga vida útil y pueden producir altas concentraciones de H2 puro.

Debido a la menor resistencia eléctrica entre el ánodo y el cátodo en la membrana de polímero, hay una caída de voltaje más baja y una salida de H2 electrolítico más eficiente. El aumento en la vida útil de la membrana se debe al hecho de que el pH del agua potable prácticamente no cambia, por lo tanto, no hay formación de depósitos minerales en los electrodos.
¿Por qué es importante que el dispositivo tenga una membrana de intercambio de protones / electrolito de polímero sólido?
El agua en el dispositivo no es un electrolito, la electrólisis tiene lugar dentro de la membrana, el agua solo está saturada con hidrógeno puro. Se recomienda agua destilada o agua de ósmosis inversa. Esto permite que la membrana funcione durante mucho tiempo, sin necesidad de enjuagar.
¿Existen dispositivos que separan el hidrógeno y el oxígeno durante la electrólisis, pero sin una membrana de intercambio de protones?
Sí, incluso los primeros dispositivos de electrólisis de tubo en U producían hidrógeno y oxígeno por separado. Pero el electrolito que contienen es una solución de sales en agua y, además de hidrógeno y oxígeno, se liberarán otros compuestos. También hay dispositivos con una membrana que separa el hidrógeno, pero la membrana no es un electrolito de polímero sólido.Estos dispositivos requieren el uso de agua con sales, por lo que la membrana se obstruye y requiere un lavado frecuente. Compruebe si el instrumento puede funcionar con agua destilada para ver si utiliza una membrana SPE / PEM.

Hacer un electrolizador con tus propias manos.

Electrolizador de bricolaje
Los precios de los costosos equipos extranjeros a menudo ahuyentan a los propietarios ordinarios de pequeñas granjas. Una vez quemado en un electrolizador económico de no muy alta calidad, o incluso decidiendo no arriesgarse en absoluto, los artesanos piensan en fabricar un generador de hidrógeno doméstico por su cuenta. En general, la tarea es factible, sujeta a la posesión de ciertos conocimientos y habilidades.

Para fabricar su propio electrolizador, deberá comprar todos los componentes de la instalación, que se enumeraron anteriormente. Además, el proceso no termina en la etapa de extracción del combustible. Después de todo, todavía es necesario separar el hidrógeno del oxígeno y el vapor de agua, para asegurar su corriente constante, acumulación en el volumen y suministro requeridos. Como resultado, el cálculo final mostrará que el autoensamblaje no costará mucho menos que un generador comprado, pero se gastará una cantidad increíble de esfuerzo y tiempo. Y no se sabe si el resultado obtenido cumplirá las expectativas y hará frente a la tarea en cuestión.

Costo de hidrógeno

Costo de hidrógeno
Las tecnologías de producción de hidrógeno afectan su costo. Entonces, el costo del hidrógeno por 1 kg a medida que aumenta es:

• 130 rublos - por el método de electrólisis a alta temperatura en plantas de energía nuclear;
• 200 rublos - por el método de conversión de hidrocarburos;
• 320 rublos - por el método de reacción química (de una planta de energía nuclear);
• 350 rublos - por extracción de biomasa;
• 420 rublos - por electrólisis;
• 700 rublos - por el método de recuperación de reactivos.

Por tanto, es obvio que el método más barato de producir hidrógeno es el primero, mediante electrólisis en centrales nucleares con participación de altas temperaturas. El hecho es que las altas temperaturas en las centrales nucleares son un efecto secundario de la producción, no hay costos adicionales para su recepción. Sin embargo, hasta ahora ninguno de los métodos para producir hidrógeno como energía combustible es totalmente recuperable. Después de todo, incluso si compra la instalación más económica y al mismo tiempo eficiente, incluso si no tiene en cuenta su alto costo, aún se requiere electricidad para generar hidrógeno. La electricidad utilizada se genera en estaciones locales y se transmite por cables. En este caso, se producen pérdidas de energía inevitables.

Lados negativos de la calefacción de edificios de tipo hidrógeno

[ID de anuncio fijo = 13532]

En las discusiones sobre la viabilidad de usar combustible de hidrógeno para sistemas de calefacción, los escépticos dan argumentos de peso:

1. Alto coste: incluso en las plantas de electrólisis más eficientes creadas hasta la fecha, producir hidrógeno requiere 2 veces más energía que su posterior combustión.
2. Peligro de explosión: la gente estaba convencida de la capacidad del hidrógeno para explotar fácilmente durante el accidente de la aeronave Hindenburg, cuyo cilindro estaba lleno de este gas.
3. La complejidad del proceso preparatorio: obtener hidrógeno del agua es la mitad de la batalla. Para un uso eficiente en generadores de calor, se debe suministrar a una presión estable, lo que requiere un compresor y un depósito adicional con reductor. Además, será necesario eliminar el vapor de agua, lo que requiere el uso de un deshumidificador.

Es bastante fácil hacer usted mismo una instalación para la extracción de hidrógeno del agua. Según sus características, no será muy inferior al adquirido, pero costará mucho menos. Consideremos secuencialmente las etapas de la creación.

Proyecto (dibujo)

Para fabricar un generador, necesitará un recipiente herméticamente cerrado, que se llenará con agua antes de que comience la producción de hidrógeno.

Los electrodos ubicados en el interior se verán como un juego de placas (se necesitan 16 piezas) instaladas con un espacio de 1 mm.

Para garantizar esto, se deben colocar espaciadores de nailon entre las placas (se permite cualquier otro dieléctrico).

Una distancia de 1 mm es óptima: si la aumenta, tendrá que aumentar la fuerza actual; a medida que el espacio disminuye, será difícil que escapen las burbujas de gas. Las placas se conectarán alternativamente al ánodo y al cátodo de la fuente de alimentación de 12 voltios. En este caso, deben colocarse sobre un eje, también de material dieléctrico.

Cuando los electrodos se coloquen en el soporte, será necesario colocarlo en la parte inferior de la tapa de la carcasa.

Para seleccionar la mezcla de gases, se corta un tubo de un gotero convencional en la tapa de la carcasa. Además, se deben perforar dos orificios más a través de los cuales pasarán los cables. Después de ensamblar la unidad, todos los orificios de la cubierta deberán sellarse con silicona o pegamento.

Un componente importante del generador es un sello de agua. Para hacerlo, necesitará un recipiente pequeño (una botella normal servirá), donde deberá verter agua antes de usar el dispositivo. En la cubierta herméticamente sellada, debe perforar dos orificios: en uno pasamos el tubo del generador (debe bajarse hasta el fondo) y en el segundo, otro tubo a través del cual la mezcla de gas fluirá hacia el quemador . Las aberturas en la tapa del sello de agua también deben sellarse. El agua se debe verter en la botella por ¾ de su volumen.

Selección de electrodos

El material del que se fabricarán los electrodos debe tener una baja resistencia eléctrica y ser químicamente inerte con respecto al oxígeno y las sustancias presentes en la solución.

Si no se cumple el segundo requisito, se llevará a cabo una reacción química con la participación de electrodos conectados al polo del cátodo, como resultado de lo cual la solución se saturará con sustancias extrañas.

Es por eso que el cobre, uno de los mejores conductores, no se puede utilizar en solución acuosa. En su lugar, se recomienda utilizar acero inoxidable. El grosor óptimo de las placas de electrodos de este material es de 2 mm.

Leer más: Qué filtros elegir para la purificación de agua

Envase

Teniendo en cuenta el riesgo de explosión, la carcasa del generador debe estar hecha de material plástico duradero que sea resistente a altas temperaturas. El acero es el que mejor cumple estos requisitos. Solo es necesario excluir completamente el contacto de cables o electrodos con la carcasa, lo que provocará un cortocircuito.

El enriquecimiento de la mezcla de aire y combustible con hidrógeno ayuda a reducir el consumo de combustible. Según algunos automovilistas, el ahorro de combustible puede llegar hasta el 30%.

El dispositivo que se describió en la sección anterior se toma como base para un generador de hidrógeno de automóvil. La diferencia radica en la ausencia de un sello hidráulico (el hidrógeno resultante se envía inmediatamente al colector de admisión) y la presencia de una unidad de control. Este último regulará la corriente entre los electrodos en función del régimen del motor.

La autoproducción de dicha unidad solo es posible para aquellos que dominan la electrónica de radio, por lo que recomendamos utilizar la opción comprada. Además, las unidades prefabricadas se hacen cargo de todo el trabajo de regulación del rendimiento del generador de hidrógeno sin necesidad de la participación del usuario.

Elementos del sistema para un generador de automóvil

Todo lo que se necesitará es seleccionar manualmente el valor de la intensidad actual (óptima) para los modos "inactivo" y "carga máxima" por primera vez, y luego la propia unidad de control variará el rendimiento de la instalación dentro del límites especificados.

Todas las conexiones deben sellarse con mucho cuidado: las fugas de hidrógeno pueden provocar un incendio.

Es mejor verificar la estanqueidad de la estructura con espuma jabonosa: las fugas, si las hay, se manifestarán con burbujas que aparecen y crecen constantemente.

El cuerpo de un generador de hidrógeno de automóvil se puede fabricar con un filtro de grifo, que es bastante duradero. Su volumen es pequeño y para que la instalación no tenga que ser rellenada con demasiada frecuencia, se puede equipar adicionalmente con un depósito para almacenar un stock de solución. Está conectado al contenedor de trabajo por dos tubos.

Un dispositivo de fabricación propia representa esquemáticamente un recipiente con agua, donde se colocan electrodos para convertir el agua en hidrógeno y oxígeno.

Para hacer un dispositivo de este tipo con sus propias manos, necesitará:

1. Hoja de acero inoxidable de 0,5-0,7 mm de espesor. La marca de acero inoxidable 12X18H10T es adecuada.
2. Placas de plexiglás.
3. Tuberías de caucho para suministro de agua y descarga de gas.
4. Lámina de caucho resistente al aceite-gasolina de 3 mm de espesor.
5. Fuente de tensión - LATR con puente de diodos para obtener corriente continua. Debe proporcionar 5-8 amperios de corriente.

Primero, las placas de acero inoxidable se cortan en rectángulos de 200x200 mm. Las esquinas de las placas deben cortarse para luego apretar toda la estructura con pernos. En cada placa perforamos un orificio de 5 mm de diámetro, a una distancia de 3 cm del fondo de las placas, para la circulación del agua. Además, se suelda un cable a cada placa para conectarlo a una fuente de alimentación.

Antes del montaje, los anillos están hechos de goma con un diámetro exterior de 200 mm y un diámetro interior de 190 mm. También es necesario preparar dos placas de plexiglás con un grosor de 2 cm y unas dimensiones de 200 × 200 mm, mientras que primero se deben hacer agujeros en los cuatro lados para apretar los tornillos M8.

Generador de hidrógeno de bricolaje

Para evitar que el gas vuelva al generador de gas, es necesario hacer un sello de agua en el camino del generador al quemador, o mejor aún, dos válvulas.

El diseño del obturador es un recipiente con agua, en el cual el tubo se baja al agua desde el lado del generador, y el tubo que va al quemador está por encima del nivel del agua. En la siguiente figura se muestra un esquema de un generador de hidrógeno con compuertas.

Circuito generador de hidrógeno con compuertas de agua

En un electrolizador, un recipiente sellado con agua con electrodos bajados, cuando se aplica voltaje, el gas comienza a desprenderse. A través del tubo 1, se alimenta a la puerta 1. El diseño del sello de agua está dispuesto de tal manera, como se puede ver en la figura, que el gas solo puede moverse en la dirección del electrolizador al quemador, y no al revés.

Esto se ve obstaculizado por la diferente densidad del agua, que debe superarse en el camino de regreso. Más adelante a lo largo del tubo 2, el gas se mueve hacia la puerta 2, que está destinada a una mayor fiabilidad del sistema: si, por alguna razón, la primera puerta no funciona. Posteriormente, el gas se suministra al quemador por medio del tubo 3. Los sellos de agua son una parte muy importante del dispositivo, ya que evitan que el gas fluya en la dirección opuesta.

Si el gas vuelve al electrolizador, el dispositivo puede explotar. Por lo tanto, bajo ninguna circunstancia se debe operar el dispositivo sin sellos de agua.

El generador de soldadura es actualmente la única aplicación práctica para la división de agua electrolítica. No es práctico usarlo para calentar la casa y he aquí por qué. Los costos de energía durante el trabajo con llama de gas no son tan importantes, lo principal es que el soldador no necesita llevar cilindros pesados ​​y manipular mangueras. Calentar la casa es otro asunto, donde cada centavo cuenta. Y aquí el hidrógeno pierde frente a todos los tipos de combustible existentes en la actualidad.

Los generadores de soldadura en serie cuestan mucho dinero porque utilizan catalizadores para el proceso de electrólisis, que incluyen platino. Puede hacer un generador de hidrógeno con sus propias manos, pero su eficiencia será incluso menor que la de uno de fábrica. Definitivamente logrará obtener gas combustible, pero es poco probable que sea suficiente para calentar al menos una habitación grande, y mucho menos toda la casa.Y si eso es suficiente, tendrás que pagar fabulosas facturas de luz.

Hay un beneficio

¿Es rentable?
Existe la idea errónea de que calentar una casa con combustible de hidrógeno cuesta casi un centavo. De hecho, esta idea está siendo difundida por los fabricantes de electrolizadores y otras instalaciones de producción de hidrógeno. En una palabra, los que se benefician de tal opinión. Dicen que solo hay que gastar dinero en la compra de esta maravillosa máquina una vez, y vivir más felices y despreocupados. Sin embargo, ¿es realmente así?

Basta pensar un minuto para comprender que en realidad las cosas no son tan color de rosa. Primero, la instalación en sí es muy cara. Incluso si ensambla la unidad usted mismo, el costo de los componentes no será tan bajo. Es decir, los costos iniciales son muy altos y las perspectivas de recuperación son vagas. En segundo lugar, para el funcionamiento del electrolizador, se necesita agua del grifo, que tampoco es gratuita. Y en tercer lugar, es necesario considerar el costo de la electricidad en caso de que el generador no funcione con paneles solares.

Por lo tanto, prácticamente no hay beneficios en el uso de hidrógeno como combustible para las necesidades del hogar. Quizás, solo después de una década o dos, cuando las tecnologías se vuelvan más avanzadas, el uso de combustible de hidrógeno será más rentable que las fuentes alternativas actualmente existentes. Sin embargo, hasta ahora este método es casi 4 veces más caro. Y esto no tiene en cuenta las tarifas más altas de electricidad y agua. Incluso si tomamos los valores promedio y mínimo para Rusia y los países de la CEI, el costo del combustible resultante es irrazonablemente alto. Por lo tanto, el uso de este método para calentar su hogar solo atraerá a los ardientes defensores de la naturaleza, porque las plantas de hidrógeno son absolutamente amigables con el medio ambiente.

ten cuidado

ten cuidado
Después de instalar el generador, así como durante, no se deben olvidar las precauciones de seguridad. El hidrógeno es un gas inodoro, inflamable y explosivo, por lo que su fuga es extremadamente peligrosa. Para evitar esto, es necesario revisar cuidadosamente todos los componentes del electrolizador en busca de fugas: tubos, bomba, depósito. Esto es especialmente cierto para los dispositivos de autoensamblaje. Son los más peligrosos. Además, no se sabe qué combustible de alta calidad proporcionarán eventualmente. Por supuesto, la probabilidad de matrimonio puede ser alta para los modelos comprados, especialmente los fabricantes desconocidos o no verificados. Por lo tanto, siempre es mejor dar preferencia a un fabricante de este equipo más caro pero también más confiable. Suena como un anuncio, pero el hecho es que hay que pagar más por la calidad. Aunque la regla no siempre funciona, cuanto más caro, mejor. Es ideal si el comprador, al hacer su elección, confía en el conocimiento en esta área. Y, lo más importante, confíe, pero verifique. Después de todo, incluso la marca más famosa puede producir un matrimonio.

Explotación

Después del ensamblaje, puede comenzar a probar el dispositivo. Para hacer esto, se instala un quemador de una aguja médica en el extremo del tubo y se vierte agua en él. Agregue KOH o NaOH al agua. El agua debe destilarse o derretirse como último recurso. Una concentración del 10% de una solución alcalina es suficiente para que el dispositivo funcione.

Leer más: Conexión de ouzo y difavtomats: principio y diagramas

Después de eso, un LATR con un puente de diodos se conecta a los electrodos de acuerdo con el esquema. Un amperímetro y un voltímetro están instalados en el circuito para monitorear la operación. Comienzan con el voltaje mínimo y luego aumentan constantemente, observando el desprendimiento de gas.

El trabajo previo se realiza mejor al aire libre fuera de la casa. Dado que la instalación es explosiva, todos los trabajos deben realizarse con extrema precaución.

Durante las pruebas, observe el funcionamiento del dispositivo.Si hay una llama de quemador pequeña, entonces puede haber poca emisión de gas en el generador o puede haber una fuga de gas en alguna parte. Si la solución se vuelve turbia, sucia, debe reemplazarse. También es necesario asegurarse de que el dispositivo no se sobrecaliente y que el agua no hierva.