Como obter hidrogênio com segurança em casa?

Métodos de produção de hidrogênio em condições industriais

Extração por conversão de metano

... Água em estado de vapor, pré-aquecida a 1000 graus Celsius, é misturada com metano sob pressão e na presença de um catalisador. Este método é interessante e comprovado, mas deve-se destacar que está em constante aperfeiçoamento: está em andamento a busca por novos catalisadores, mais baratos e eficazes.

Considere o método mais antigo de produção de hidrogênio - gaseificação de carvão

... Desde que não haja acesso de ar e uma temperatura de 1300 graus Celsius, o carvão e o vapor de água são aquecidos. Assim, o hidrogênio é deslocado da água e o dióxido de carbono é obtido (o hidrogênio estará no topo, o dióxido de carbono, também obtido como resultado da reação, estará no fundo). Essa vai ser a separação da mistura de gases, tudo é muito simples.

Obtenção de hidrogênio por eletrólise de água

é considerada a opção mais simples. Para sua implementação, é necessário colocar uma solução de refrigerante no recipiente, e também colocar dois elementos elétricos nele. Um será carregado positivamente (ânodo) e o outro negativamente (cátodo). Quando a corrente é aplicada, o hidrogênio irá para o cátodo e o oxigênio para o ânodo.

Obtenção de hidrogênio pelo método oxidação parcial

... Para isso, é utilizada uma liga de alumínio e gálio. É colocado em água, o que leva à formação de hidrogênio e alumina durante a reação. O gálio é necessário para que a reação ocorra por completo (este elemento impedirá que o alumínio se oxide prematuramente).

Relevância recentemente adquirida método de uso de biotecnologia

: na condição de falta de oxigênio e enxofre, as clamydomonas começam a liberar hidrogênio intensamente. Um efeito muito interessante que agora está sendo estudado ativamente.

Não se esqueça de outro método antigo e comprovado de produção de hidrogênio, que consiste em usar diferentes elementos alcalinos

e água. Em princípio, esta técnica é viável em um ambiente de laboratório com as medidas de segurança necessárias em vigor. Assim, no curso da reação (ela prossegue com aquecimento e com catalisadores), um óxido metálico e hidrogênio são formados. Resta apenas coletá-lo.

Obtenha hidrogênio por interação de água e monóxido de carbono

possível apenas em um ambiente industrial. Dióxido de carbono e hidrogênio são formados, o princípio de sua separação é descrito acima.

O escopo do gerador de hidrogênio

H2 é um transportador de energia moderno que é usado ativamente em muitas áreas industriais. Aqui estão apenas alguns:

• produção de cloreto de hidrogênio (HC) l;
• produção de combustível para lançadores de foguetes;
• produção de amônia;
• processamento e corte de metal;
• desenvolvimento de fertilizantes para casas de verão;
• síntese de ácido nítrico;
• a criação de álcool metílico;
• indústria alimentícia;
• produção de ácido clorídrico;
• criação de sistemas de piso quente.

Além disso, o HHO tornou-se muito útil na vida cotidiana, embora com reservas. Em primeiro lugar, é usado para sistemas de aquecimento autônomos. Além disso, o gás de Brown é adicionado à gasolina na tentativa de enganar o motor e economizar combustível.

Ambos os casos têm suas peculiaridades. Portanto, ao organizar o aquecimento doméstico, você precisa levar em consideração que a temperatura de combustão do HHO é uma ordem de magnitude maior do que a do metano. A este respeito, é necessário comprar uma caldeira especial e cara com um bico resistente ao calor. Caso contrário, o proprietário e sua casa estarão em perigo considerável.

A INVENÇÃO TEM AS SEGUINTES VANTAGENS

O calor obtido com a oxidação dos gases pode ser utilizado diretamente no local, e o hidrogênio e o oxigênio são obtidos com o descarte do vapor residual e da água do processo.

Baixo consumo de água na geração de eletricidade e calor.

A simplicidade do caminho.

Economia significativa de energia como é gasto apenas no aquecimento do motor de partida ao regime térmico estabelecido.

Alta produtividade do processo, porque a dissociação das moléculas de água dura décimos de segundo.

Explosão e segurança contra incêndio do método, porque em sua implantação, não há necessidade de recipientes para coleta de hidrogênio e oxigênio.

Durante o funcionamento da instalação, a água é purificada repetidamente, sendo convertida em água destilada. Isso elimina sedimentos e calcário, o que aumenta a vida útil da instalação.

A instalação é feita de aço comum; exceto para caldeiras de aços resistentes ao calor com forro e blindagem de suas paredes. Ou seja, nenhum material caro especial é necessário.

A invenção pode encontrar aplicação em

indústria, substituindo hidrocarbonetos e combustível nuclear em usinas de energia por água barata, generalizada e ecológica, mantendo a energia dessas usinas.

Hidrogênio em casa: há um benefício

Notamos de imediato: não é lucrativo usar um gerador de hidrogênio para aquecer uma casa. Você gastará mais eletricidade produzindo H2 puro do que receberá energia após queimá-lo. Assim, para 1 kW de calor, gasta-se 2 kW de eletricidade, ou seja, não há benefício. É mais fácil instalar qualquer uma das caldeiras elétricas em casa.

Para substituir 1 litro de gasolina por um carro, você precisará de 4.766 litros de hidrogênio puro ou 7150 litros de gás oxi-hidrogênio, 1/3 dos quais é oxigênio. Até agora, mesmo as melhores mentes do mundo não desenvolveram uma unidade capaz de oferecer tal desempenho.

REIVINDICAÇÃO

Método para produzir hidrogênio e oxigênio a partir do vapor de água

, incluindo a passagem deste vapor por um campo elétrico, caracterizado por utilizarem vapor de água superaquecido com uma temperatura
500 - 550 o C
, passou por um campo elétrico de corrente contínua de alta voltagem para dissociar o vapor e separá-lo em átomos de hidrogênio e oxigênio.

Há muito tempo queria fazer algo semelhante. Mas novos experimentos com uma bateria e um par de eletrodos não chegaram. Eu queria fazer um aparato completo para a produção de hidrogênio, em quantidades para encher um balão. Antes de fazer um aparelho completo para eletrólise de água em casa, decidi verificar tudo no modelo.

O esquema geral do eletrolisador é assim.

Este modelo não é adequado para uso diário completo. Mas conseguimos testar a ideia.

Então decidi usar grafite para os eletrodos. Uma excelente fonte de grafite para eletrodos é o coletor de trólebus. Há muitos deles espalhados nas paradas finais. Deve ser lembrado que um dos eletrodos entrará em colapso.

Vimos e finalizamos com um arquivo. A intensidade da eletrólise depende da força da corrente e da área dos eletrodos.

Os fios são presos aos eletrodos. Os fios devem ser cuidadosamente isolados.

Para o caso do modelo eletrolisador, as garrafas plásticas são bastante adequadas. Os furos são feitos na tampa para tubos e fios.

Tudo é totalmente revestido com selante.

Os gargalos de garrafa cortados são adequados para conectar dois recipientes.

Eles precisam ser unidos e a costura deve ser derretida.

As nozes são feitas de tampas de garrafa.

Os furos são feitos em duas garrafas na parte inferior. Tudo está conectado e cuidadosamente preenchido com selante.

Usaremos uma rede doméstica de 220 V como fonte de tensão. Quero avisar que este é um brinquedo bastante perigoso. Portanto, se você não tem habilidades suficientes ou há dúvidas, é melhor não repetir.Na rede doméstica, temos uma corrente alternada, para eletrólise ela deve ser endireitada. Uma ponte de diodos é perfeita para isso. O da foto não era poderoso o suficiente e rapidamente se apagou. A melhor opção foi a ponte de diodo chinês MB156 em um gabinete de alumínio.

A ponte de diodos fica muito quente. O resfriamento ativo será necessário. Um cooler para processador de computador é perfeito. Uma caixa de junção de tamanho adequado pode ser usada para o gabinete. Vendido em produtos elétricos.

Várias camadas de papelão devem ser colocadas sob a ponte de diodo.

Os furos necessários são feitos na tampa da caixa de junção.

É assim que a unidade montada se parece. O eletrolisador é alimentado pela rede elétrica, o ventilador é alimentado por uma fonte de alimentação universal. Uma solução de bicarbonato de sódio é usada como eletrólito. Aqui deve ser lembrado que quanto maior a concentração da solução, maior a taxa de reação. Mas, ao mesmo tempo, o aquecimento também é maior. Além disso, a reação de decomposição do sódio no cátodo contribuirá para o aquecimento. Esta reação é exotérmica. Como resultado, hidrogênio e hidróxido de sódio serão formados.

O aparelho da foto acima estava muito quente. Ele teve que ser desligado periodicamente e esperar até que esfrie. O problema de aquecimento foi parcialmente resolvido pelo resfriamento do eletrólito. Para isso, usei uma bomba de fonte de mesa. Um longo tubo vai de uma garrafa a outra por meio de uma bomba e um balde de água fria.

A relevância desta questão hoje é bastante elevada devido ao fato de que a esfera de utilização do hidrogênio é extremamente extensa, e em sua forma pura praticamente não é encontrada em nenhum lugar da natureza. Por isso, várias técnicas foram desenvolvidas que permitem a extração desse gás de outros compostos por meio de reações químicas e físicas. Isso é discutido no artigo acima.

Obtenção de hidrogênio e verificação de pureza

O hidrogênio pode ser obtido pela reação de zinco e ácido clorídrico.

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ↑

O zinco desloca o hidrogênio dos ácidos, como todos os metais situados na série de voltagens à esquerda do hidrogênio.

Para coletar o hidrogênio em um tubo de ensaio, você precisa virá-lo de cabeça para baixo, porque o hidrogênio é mais leve que o ar e tende para cima. Este método de coleta de hidrogênio é chamado de "método de deslocamento de ar".

FIG. 1. Obtenção de hidrogênio e coleta por deslocamento de ar

O tubo de ensaio acumula hidrogênio, mas também contém ar e, portanto, oxigênio. Hidrogênio e oxigênio são misturas explosivas. Acendemos o hidrogênio coletado com uma lasca. O tubo de ensaio é pequeno e a explosão de hidrogênio e oxigênio é apenas um estrondo agudo. Quanto menos oxigênio na mistura, mais silencioso será o algodão.

Se o hidrogênio coletado no tubo de ensaio for puro, ouviremos um estalo surdo. Esse hidrogênio pode ser inflamado.

Produção doméstica de hidrogênio

Seleção de eletrolisador

Para obter um elemento da casa, você precisa de um aparelho especial - um eletrolisador. Existem muitas opções para esses equipamentos no mercado, os dispositivos são oferecidos por empresas de tecnologia bem conhecidas e pequenos fabricantes. As unidades com marca são mais caras, mas a qualidade de construção é superior.

O eletrodoméstico é pequeno e fácil de usar. Seus principais detalhes são:

Electrolyzer - o que é

• reformador;
• sistema de limpeza;
• células de combustível;
• equipamento compressor;
• um recipiente para armazenar hidrogênio.

A água da torneira é tida como matéria-prima e a eletricidade vem de uma tomada comum. Unidades movidas a energia solar economizam eletricidade.

O hidrogênio doméstico é usado em sistemas de aquecimento ou cozinha. E também enriquecem a mistura ar-combustível para aumentar a potência dos motores do carro.

Fazendo um aparelho com suas próprias mãos

É ainda mais barato fazer você mesmo o aparelho em casa.Uma célula seca parece um recipiente selado, que consiste em duas placas de eletrodos em um recipiente com uma solução eletrolítica. A World Wide Web oferece uma variedade de esquemas de montagem para dispositivos de diferentes modelos:

• com dois filtros;
• com disposição superior ou inferior do recipiente;
• com duas ou três válvulas;
• com placa galvanizada;
• nos eletrodos.

Diagrama do dispositivo de eletrólise
Não é difícil criar um dispositivo simples para produzir hidrogênio. Isso exigirá:

• chapa de aço inoxidável;
• tubo transparente;
• acessórios;
• recipiente de plástico (1,5 l);
• filtro de água e válvula de retenção.

O dispositivo de um dispositivo simples para produzir hidrogênio
Além disso, várias ferramentas serão necessárias: porcas, arruelas, parafusos. O primeiro passo é cortar a folha em 16 compartimentos quadrados, cortar um canto de cada um deles. No canto oposto, é necessário fazer um orifício para aparafusar as placas. Para garantir corrente constante, as placas devem ser conectadas de acordo com o esquema mais - menos - mais - menos. Essas peças são isoladas umas das outras com um tubo, e na conexão com um parafuso e arruelas (três peças entre as placas). 8 placas são colocadas em mais e menos.

Quando devidamente montadas, as costelas das placas não tocarão nos eletrodos. As peças montadas são baixadas para um recipiente de plástico. No ponto em que as paredes se tocam, dois furos de montagem são feitos com parafusos. Instale uma válvula de segurança para remover o excesso de gás. As conexões são montadas na tampa do recipiente e as costuras são seladas com silicone.

Testando o aparelho

Para testar o dispositivo, execute várias ações:

Esquema de produção de hidrogênio

1. Encha com líquido.
2. Cobrindo com uma tampa, conecte uma extremidade do tubo à conexão.
3. O segundo é imerso em água.
4. Conecte a uma fonte de alimentação.

Após conectar o dispositivo a uma tomada, após alguns segundos, o processo de eletrólise e a precipitação serão perceptíveis.

Água pura não tem boa condutividade elétrica. Para melhorar este indicador, você precisa criar uma solução eletrolítica adicionando um álcali - hidróxido de sódio. É encontrado em compostos de limpeza de tubos como o Mole.

Métodos para produzir hidrogênio

O hidrogênio é um elemento gasoso incolor e inodoro com densidade de 1/14 em relação ao ar. Em um estado livre, é raro. Normalmente o hidrogênio é combinado com outros elementos químicos: oxigênio, carbono.

A produção de hidrogênio para necessidades industriais e engenharia de energia é realizada por vários métodos. Os mais populares são:

• eletrólise da água;
• método de concentração;
• condensação de baixa temperatura;
• adsorção.

O hidrogênio pode ser isolado não apenas de compostos gasosos ou aquosos. O hidrogênio é produzido pela exposição da madeira e do carvão a altas temperaturas, bem como pelo processamento de resíduos biológicos.

O hidrogênio atômico para a engenharia de energia é obtido usando o método de dissociação térmica de uma substância molecular em um fio feito de platina, tungstênio ou paládio. É aquecido em atmosfera de hidrogênio sob pressão inferior a 1,33 Pa. E também elementos radioativos são usados ​​para produzir hidrogênio.

Dissociação térmica

Método de eletrólise

O método mais simples e popular de evolução do hidrogênio é a eletrólise da água. Permite a produção de hidrogênio praticamente puro. Outras vantagens deste método são:

O princípio de operação do gerador de eletrólise de hidrogênio

• disponibilidade de matérias-primas;
• receber um elemento sob pressão;
• a capacidade de automatizar o processo devido à falta de peças móveis.

O procedimento para dividir um líquido por eletrólise é o inverso da combustão do hidrogênio. Sua essência é que sob a influência da corrente contínua, oxigênio e hidrogênio são liberados nos eletrodos mergulhados em uma solução eletrolítica aquosa.

Uma vantagem adicional é considerada a produção de subprodutos com valor industrial.Assim, uma grande quantidade de oxigênio é necessária para catalisar processos tecnológicos no setor de energia, limpar o solo e corpos d'água e descartar o lixo doméstico. A água pesada obtida durante a eletrólise é usada na engenharia de energia em reatores nucleares.

Produção de hidrogênio por concentração

Este método é baseado na separação de um elemento das misturas de gases que o contêm. Assim, a maior parte da substância produzida industrialmente é extraída por reforma a vapor do metano. O hidrogênio extraído nesse processo é usado nas indústrias de energia, refino de petróleo, construção de foguetes e também na produção de fertilizantes nitrogenados. O processo de obtenção de H2 é realizado de diferentes maneiras:

• ciclo curto;
• criogênica;
• membrana.

O último método é considerado o mais eficaz e menos oneroso.

Condensação de baixa temperatura

Este método de obtenção de H2 consiste no forte resfriamento de compostos gasosos sob pressão. Como resultado, eles são transformados em um sistema bifásico, que é posteriormente separado por um separador em um componente líquido e um gás. Meios líquidos são usados ​​para resfriamento:

• agua;
• etano ou propano liquefeito;
• amônia líquida.

Este procedimento não é tão fácil quanto parece. Não será possível separar os gases de hidrocarbonetos de uma só vez. Alguns componentes sairão com gás retirado do compartimento de separação, o que não é econômico. O problema pode ser resolvido por meio do resfriamento profundo da matéria-prima antes da separação. Mas isso requer muita energia.

Em sistemas condensadores modernos de baixa temperatura, colunas de desmetanização ou desetanização são fornecidas adicionalmente. A fase gasosa é retirada da última etapa de separação, e o líquido é enviado para a coluna de destilação com uma corrente de gás bruto após a troca de calor.

Método de adsorção

Durante a adsorção, para liberar o hidrogênio, são usados ​​adsorventes - sólidos que absorvem os componentes necessários da mistura de gases. Carvão ativado, gel de silicato e zeólitas são usados ​​como adsorventes. Para realizar este processo, são utilizados dispositivos especiais - adsorventes cíclicos ou peneiras moleculares. Quando implementado sob pressão, este método pode recuperar 85% de hidrogênio.

Se compararmos a adsorção com a condensação a baixa temperatura, podemos notar um menor custo material e operacional do processo - em média, 30 por cento. O hidrogênio é produzido por adsorção para engenharia de energia e com o uso de solventes. Este método permite a extração de 90% de H2 da mistura de gases e a obtenção do produto final com concentração de hidrogênio de até 99,9%.