Comment obtenir de l'hydrogène en toute sécurité à la maison?

Méthodes de production d'hydrogène en conditions industrielles

Extraction par conversion de méthane

... De l'eau à l'état de vapeur, préchauffée à 1000 degrés Celsius, est mélangée avec du méthane sous pression et en présence d'un catalyseur. Cette méthode est intéressante et éprouvée, il faut également noter qu'elle est constamment améliorée: la recherche de nouveaux catalyseurs, moins chers et plus efficaces, est en cours.

Considérez la méthode la plus ancienne pour produire de l'hydrogène - gazéification du charbon

... À condition qu'il n'y ait pas d'accès à l'air et à une température de 1300 degrés Celsius, le charbon et la vapeur d'eau sont chauffés. Ainsi, l'hydrogène est déplacé de l'eau et le dioxyde de carbone est obtenu (l'hydrogène sera en haut, le dioxyde de carbone, également obtenu à la suite de la réaction, est en bas). Ce sera la séparation du mélange gazeux, tout est très simple.

Obtention d'hydrogène par électrolyse de l'eau

est considérée comme l'option la plus simple. Pour sa mise en œuvre, il est nécessaire de verser une solution de soude dans le récipient, et également d'y placer deux éléments électriques. L'un sera chargé positivement (anode) et l'autre négativement (cathode). Lorsqu'un courant est appliqué, l'hydrogène ira à la cathode et l'oxygène à l'anode.

Obtention d'hydrogène par la méthode oxydation partielle

... Pour cela, un alliage d'aluminium et de gallium est utilisé. Il est placé dans l'eau, ce qui conduit à la formation d'hydrogène et d'alumine au cours de la réaction. Le gallium est nécessaire pour que la réaction se déroule pleinement (cet élément empêchera l'aluminium de s'oxyder prématurément).

Pertinence récemment acquise méthode d'utilisation de la biotechnologie

: en cas de manque d'oxygène et de soufre, les chlamydomonas commencent à libérer de l'hydrogène de manière intensive. Un effet très intéressant qui est actuellement activement étudié.

N'oubliez pas une autre méthode ancienne et éprouvée de production d'hydrogène, qui consiste à utiliser différents éléments alcalins

et de l'eau. En principe, cette technique est réalisable dans un laboratoire avec les mesures de sécurité nécessaires en place. Ainsi, au cours de la réaction (elle se déroule avec chauffage et avec des catalyseurs), il se forme un oxyde métallique et de l'hydrogène. Il ne reste plus qu'à le collecter.

Obtenez de l'hydrogène en interaction de l'eau et du monoxyde de carbone

possible uniquement dans un environnement industriel. Du dioxyde de carbone et de l'hydrogène se forment, le principe de leur séparation est décrit ci-dessus.

La portée du générateur d'hydrogène

Le H2 est un vecteur d'énergie moderne qui est activement utilisé dans de nombreuses zones industrielles. En voici quelques-uns:

• production de chlorure d'hydrogène (HC) l;
• production de carburant pour lance-roquettes;
• production d'ammoniac;
• traitement et découpe du métal;
• développement d'engrais pour chalets d'été;
• synthèse d'acide nitrique;
• la création d'alcool méthylique;
• industrie alimentaire;
• production d'acide chlorhydrique;
• création de systèmes de sols chauds.

De plus, HHO est devenu très utile dans la vie de tous les jours, quoique avec des réserves. Tout d'abord, il est utilisé pour les systèmes de chauffage autonomes. De plus, l'essence de Brown est ajoutée à l'essence dans le but de tromper le moteur et d'économiser du carburant.

Les deux cas ont leurs propres particularités. Ainsi, lors de l'organisation du chauffage domestique, il faut tenir compte du fait que la température de combustion du HHO est d'un ordre de grandeur plus élevée que celle du méthane. À cet égard, il est nécessaire d'acheter une chaudière spéciale et coûteuse avec une buse résistante à la chaleur. Sinon, le propriétaire et sa maison seront en grand danger.

L'INVENTION A LES AVANTAGES SUIVANTS

La chaleur obtenue par l'oxydation des gaz peut être utilisée directement sur site, et l'hydrogène et l'oxygène sont obtenus à partir de l'élimination des vapeurs et des eaux de process.

Faible consommation d'eau lors de la production d'électricité et de chaleur.

La simplicité du chemin.

Économies d'énergie significatives il est consacré uniquement à réchauffer le démarreur au régime thermique établi.

Productivité élevée du processus, car la dissociation des molécules d'eau dure des dixièmes de seconde.

Explosion et sécurité incendie de la méthode, car dans sa mise en œuvre, il n'y a pas besoin de conteneurs pour collecter l'hydrogène et l'oxygène.

Pendant le fonctionnement de l'installation, l'eau est purifiée à plusieurs reprises, transformée en eau distillée. Cela élimine les sédiments et le tartre, ce qui augmente la durée de vie de l'installation.

L'installation est en acier ordinaire; à l'exception des chaudières en aciers résistants à la chaleur avec revêtement et blindage de leurs parois. Autrement dit, aucun matériau spécial coûteux n'est requis.

L'invention peut trouver une application dans

l'industrie en remplaçant les hydrocarbures et le combustible nucléaire dans les centrales électriques par de l'eau bon marché, largement répandue et respectueuse de l'environnement, tout en maintenant la puissance de ces centrales.

L'hydrogène à la maison: y a-t-il un avantage

Notons tout de suite: il n'est pas rentable d'utiliser un générateur d'hydrogène pour le chauffage domestique. Vous dépenserez plus d'électricité pour produire du H2 pur que vous n'en obtiendrez après l'avoir brûlé. Ainsi, pour 1 kW de chaleur, 2 kW d'électricité sont dépensés, c'est-à-dire qu'il n'y a aucun avantage. Il est plus facile d'installer l'une des chaudières électriques à la maison.

Pour remplacer 1 litre d'essence pour une voiture, il vous faudra 4766 litres d'hydrogène pur ou 7150 litres d'oxyhydrogène gazeux, dont 1/3 est de l'oxygène. Jusqu'à présent, même les meilleurs esprits du monde n'ont pas développé un appareil capable de fournir de telles performances.

RÉCLAMER

Procédé de production d'hydrogène et d'oxygène à partir de vapeur d'eau

, comprenant le passage de cette vapeur à travers un champ électrique, caractérisés en ce qu 'ils utilisent de la vapeur d'eau surchauffée de température
500 à 550 o C
, passé à travers un champ électrique à courant continu à haute tension pour dissocier la vapeur et la séparer en atomes d'hydrogène et d'oxygène.

J'ai longtemps voulu faire une chose similaire. Mais d'autres expériences avec une batterie et une paire d'électrodes n'ont pas abouti. Je voulais faire un appareil à part entière pour la production d'hydrogène, en quantités pour gonfler un ballon. Avant de fabriquer un appareil à part entière pour l'électrolyse de l'eau à la maison, j'ai décidé de tout vérifier sur le modèle.

Le schéma général de l'électrolyseur ressemble à ceci.

Ce modèle ne convient pas pour une utilisation quotidienne complète. Mais nous avons réussi à tester l'idée.

J'ai donc décidé d'utiliser du graphite pour les électrodes. Une excellente source de graphite pour les électrodes est le collecteur de trolleybus. Il y en a beaucoup qui traînent aux fins de course. Il faut se rappeler que l'une des électrodes va s'effondrer.

Nous avons vu et modifié avec un fichier. L'intensité de l'électrolyse dépend de la force du courant et de la surface des électrodes.

Les fils sont attachés aux électrodes. Les fils doivent être soigneusement isolés.

Les bouteilles en plastique conviennent tout à fait au cas du modèle d'électrolyseur. Des trous sont faits dans le couvercle pour les tuyaux et les fils.

Tout est soigneusement enduit de scellant.

Les goulots de bouteille coupés conviennent pour connecter deux récipients.

Ils doivent être assemblés et la couture doit être fondue.

Les écrous sont fabriqués à partir de capsules de bouteilles.

Les trous sont réalisés dans deux bouteilles au fond. Tout est connecté et soigneusement rempli de mastic.

Nous utiliserons un réseau domestique 220V comme source de tension. Je tiens à vous avertir que c'est un jouet assez dangereux. Donc, si vous n'avez pas les compétences suffisantes ou s'il y a des doutes, il vaut mieux ne pas répéter.Dans le réseau domestique, nous avons un courant alternatif, pour l'électrolyse il doit être redressé. Un pont de diodes est parfait pour cela. Celui de la photo n'était pas assez puissant et s'est rapidement éteint. La meilleure option était le pont de diodes chinois MB156 dans un boîtier en aluminium.

Le pont de diodes devient très chaud. Un refroidissement actif sera nécessaire. Un refroidisseur pour un processeur d'ordinateur est parfait. Une boîte de jonction de taille appropriée peut être utilisée pour le boîtier. Vendu en électroménager.

Plusieurs couches de carton doivent être placées sous le pont de diodes.

Les trous nécessaires sont faits dans le couvercle de la boîte de jonction.

Voici à quoi ressemble l'unité assemblée. L'électrolyseur est alimenté par le secteur, le ventilateur est alimenté par une source d'alimentation universelle. Une solution de bicarbonate de soude est utilisée comme électrolyte. Ici, il faut se rappeler que plus la concentration de la solution est élevée, plus la vitesse de réaction est élevée. Mais en même temps, le chauffage est également plus élevé. De plus, la réaction de décomposition du sodium à la cathode contribuera au chauffage. Cette réaction est exothermique. En conséquence, de l'hydrogène et de l'hydroxyde de sodium se formeront.

L'appareil sur la photo ci-dessus était très chaud. Il fallait l'éteindre périodiquement et attendre qu'il refroidisse. Le problème de chauffage a été partiellement résolu en refroidissant l'électrolyte. Pour cela, j'ai utilisé une pompe de fontaine de table. Un long tube passe d'une bouteille à l'autre à travers une pompe et un seau d'eau froide.

La pertinence de cette question aujourd'hui est assez élevée en raison du fait que le domaine de l'utilisation de l'hydrogène est extrêmement vaste et que, sous sa forme pure, il ne se trouve pratiquement nulle part dans la nature. C'est pourquoi plusieurs techniques ont été développées qui permettent l'extraction de ce gaz à partir d'autres composés par des réactions chimiques et physiques. Ceci est discuté dans l'article ci-dessus.

Obtenir de l'hydrogène et vérifier sa pureté

L'hydrogène peut être obtenu en faisant réagir du zinc et de l'acide chlorhydrique.

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ↑

Le zinc déplace l'hydrogène des acides, comme tous les métaux se trouvant dans la série de tensions à gauche de l'hydrogène.

Pour collecter l'hydrogène dans un tube à essai, vous devez le retourner, car l'hydrogène est plus léger que l'air et a tendance à monter. Cette méthode de collecte de l'hydrogène est appelée «méthode de déplacement d'air».

Figure. 1. Obtention de l'hydrogène et collecte de celui-ci par déplacement d'air

Le tube à essai accumule de l'hydrogène, mais il contient également de l'air, et donc de l'oxygène. L'hydrogène et l'oxygène sont des mélanges explosifs. Nous allumons l'hydrogène collecté avec un éclat. Le tube à essai est petit et l'explosion d'hydrogène et d'oxygène n'est qu'un coup sec. Moins le mélange contient d'oxygène, plus le coton est silencieux.

Si l'hydrogène recueilli dans le tube à essai est pur, nous entendrons un bruit sourd. Un tel hydrogène peut être enflammé.

Production d'hydrogène domestique

Sélection d'électrolyseur

Pour obtenir un élément de la maison, vous avez besoin d'un appareil spécial - un électrolyseur. Il existe de nombreuses options pour de tels équipements sur le marché, les appareils sont proposés à la fois par des sociétés technologiques bien connues et de petits fabricants. Les unités de marque sont plus chères, mais leur qualité de fabrication est meilleure.

L'appareil ménager est petit et facile à utiliser. Ses principaux détails sont:

Electrolyseur - qu'est-ce que c'est

• réformateur;
• système de nettoyage;
• réservoirs de carburant;
• équipement de compresseur;
• un conteneur pour stocker l'hydrogène.

L'eau du robinet simple est utilisée comme matière première et l'électricité provient d'une prise régulière. Les unités solaires économisent de l'électricité.

L'hydrogène domestique est utilisé dans les systèmes de chauffage ou de cuisson. Et aussi ils enrichissent le mélange air-carburant afin d'augmenter la puissance des moteurs de la voiture.

Fabriquer un appareil de vos propres mains

Il est encore moins cher de fabriquer l'appareil vous-même à la maison.Une cellule sèche ressemble à un récipient scellé, qui se compose de deux plaques d'électrode dans un récipient contenant une solution électrolytique. Le World Wide Web propose une variété de schémas d'assemblage pour des appareils de différents modèles:

• avec deux filtres;
• avec une disposition supérieure ou inférieure du récipient;
• avec deux ou trois soupapes;
• avec panneau galvanisé;
• sur les électrodes.

Schéma de l'appareil d'électrolyse
Un appareil simple pour produire de l'hydrogène n'est pas difficile à créer. Il faudra:

• tôle d'acier inoxydable;
• tube transparent;
• raccords;
• récipient en plastique (1,5 l);
• filtre à eau et clapet anti-retour.

Le dispositif d'un appareil simple pour produire de l'hydrogène
De plus, divers matériels seront nécessaires: écrous, rondelles, boulons. La première étape consiste à couper la feuille en 16 compartiments carrés, à couper un coin de chacun d'eux. Dans le coin opposé de celui-ci, il est nécessaire de percer un trou pour boulonner les plaques. Pour assurer un courant constant, les plaques doivent être connectées selon le schéma plus - moins - plus - moins. Ces pièces sont isolées les unes des autres avec un tube, et à la connexion avec un boulon et des rondelles (trois pièces entre les plaques). 8 plaques sont placées sur plus et moins.

Lorsqu'elles sont correctement assemblées, les nervures des plaques ne toucheront pas les électrodes. Les pièces assemblées sont abaissées dans un récipient en plastique. Au point où les murs se touchent, deux trous de montage sont réalisés avec des boulons. Installez une soupape de sécurité pour éliminer l'excès de gaz. Les raccords sont montés dans le couvercle du conteneur et les coutures sont scellées avec du silicone.

Test de l'appareil

Pour tester l'appareil, effectuez plusieurs actions:

Schéma de production d'hydrogène

1. Remplissez de liquide.
2. En couvrant avec un couvercle, connectez une extrémité du tube au raccord.
3. Le second est immergé dans l'eau.
4. Connectez-vous à une source d'alimentation.

Après avoir branché l'appareil dans une prise, après quelques secondes, le processus d'électrolyse et la précipitation seront perceptibles.

L'eau pure n'a pas une bonne conductivité électrique. Pour améliorer cet indicateur, vous devez créer une solution électrolytique en ajoutant un alcali - hydroxyde de sodium. On le trouve dans les produits de nettoyage des tuyaux comme le Mole.

Méthodes de production d'hydrogène

L'hydrogène est un élément gazeux incolore et inodore d'une densité de 1/14 par rapport à l'air. Dans un état libre, c'est rare. L'hydrogène est généralement combiné à d'autres éléments chimiques: oxygène, carbone.

La production d'hydrogène pour les besoins industriels et l'ingénierie électrique est réalisée par plusieurs méthodes. Les plus populaires sont:

• électrolyse de l'eau;
• méthode de concentration;
• condensation à basse température;
• adsorption.

L'hydrogène peut être isolé non seulement des composés gazeux ou aqueux. L'hydrogène est produit en exposant le bois et le charbon à des températures élevées, ainsi qu'en traitant les biodéchets.

L'hydrogène atomique pour l'ingénierie énergétique est obtenu par la méthode de dissociation thermique d'une substance moléculaire sur un fil en platine, tungstène ou palladium. Il est chauffé dans une atmosphère d'hydrogène sous une pression inférieure à 1,33 Pa. Et aussi des éléments radioactifs sont utilisés pour obtenir de l'hydrogène.

Dissociation thermique

Méthode d'électrolyse

La méthode la plus simple et la plus populaire de dégagement d'hydrogène est l'électrolyse de l'eau. Il permet la production d'hydrogène pratiquement pur. Les autres avantages de cette méthode sont:

Le principe de fonctionnement du générateur d'hydrogène d'électrolyse

• disponibilité des matières premières;
• recevoir un élément sous pression;
• la possibilité d'automatiser le processus en raison du manque de pièces mobiles.

La procédure de séparation d'un liquide par électrolyse est l'inverse de la combustion d'hydrogène. Son essence est que sous l'influence du courant continu, de l'oxygène et de l'hydrogène sont libérés au niveau des électrodes trempées dans une solution aqueuse d'électrolyte.

Un avantage supplémentaire est considéré comme la production de sous-produits à valeur industrielle.Ainsi, une grande quantité d'oxygène est nécessaire pour catalyser les processus technologiques dans le secteur de l'énergie, nettoyer les sols et les plans d'eau et éliminer les déchets ménagers. L'eau lourde obtenue lors de l'électrolyse est utilisée dans l'ingénierie électrique des réacteurs nucléaires.

Production d'hydrogène par concentration

Cette méthode est basée sur la séparation d'un élément des mélanges gazeux le contenant. Ainsi, la plus grande partie de la substance produite en volumes industriels est extraite par reformage à la vapeur du méthane. L'hydrogène extrait dans ce processus est utilisé dans les industries de l'énergie, du raffinage du pétrole, de la construction de fusées, ainsi que pour la production d'engrais azotés. Le processus d'obtention de H2 se déroule de différentes manières:

• cycle court;
• cryogénique;
• membrane.

Cette dernière méthode est considérée comme la plus efficace et la moins coûteuse.

Condensation à basse température

Cette méthode d'obtention de H2 consiste en un fort refroidissement des composés gazeux sous pression. En conséquence, ils sont transformés en un système à deux phases, qui est ensuite séparé par un séparateur en un composant liquide et un gaz. Les milieux liquides sont utilisés pour le refroidissement:

• l'eau;
• éthane liquéfié ou propane;
• ammoniaque liquide.

Cette procédure n'est pas aussi simple qu'il y paraît. Il ne sera pas possible de séparer proprement les gaz d'hydrocarbures à la fois. Certains des composants partiront avec du gaz prélevé dans le compartiment de séparation, ce qui n'est pas économique. Le problème peut être résolu par un refroidissement en profondeur de la matière première avant la séparation. Mais cela demande beaucoup d'énergie.

Dans les systèmes de condenseur à basse température modernes, des colonnes de déméthanisation ou de déséthanisation sont également fournies. La phase gazeuse est retirée de la dernière étape de séparation, et le liquide est envoyé vers la colonne de rectification avec le flux de gaz brut après échange thermique.

Méthode d'adsorption

Pendant l'adsorption, pour libérer de l'hydrogène, des adsorbants sont utilisés - des solides qui absorbent les composants nécessaires du mélange gazeux. Du charbon actif, du gel de silicate, des zéolithes sont utilisés comme adsorbants. Pour mener à bien ce processus, des dispositifs spéciaux sont utilisés - des adsorbeurs cycliques ou des tamis moléculaires. Lorsqu'elle est mise en œuvre sous pression, cette méthode permet de récupérer 85% d'hydrogène.

Si nous comparons l'adsorption avec la condensation à basse température, nous pouvons noter une réduction du coût des matériaux et de l'exploitation du procédé - en moyenne, de 30%. L'hydrogène est produit par adsorption pour l'ingénierie énergétique et avec l'utilisation de solvants. Cette méthode permet l'extraction de 90% de H2 du mélange gazeux et l'obtention du produit final avec une concentration d'hydrogène allant jusqu'à 99,9%.