Водоник је најзаступљенији хемијски елемент у природи, јер чини око 90% укупне масе свих елемената у свемиру. Штавише, у свом чистом облику се практично не јавља. 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 начина добијања водоника.
Добијање чистог водоника
Електролиза воде
Водоник се може добити на разне начине. Ево само 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 доступна посебна опрема која 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. Нарочито цена треба да буде 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. Будући да 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, горивих ћелија, 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
Често на Интернету можете пронаћи референце на постројења за биогас. Поента њиховог рада је да се стајско ђубриво напуни 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 затим пролази цевима за потребе 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 рукама 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.
Разлике између конвенционалне електролизе и модерних полимерних мембрана
Модерне полимерне мембране СПЕ / ПМЕ саме су по себи електролит, тако да им није потребна вода која садржи минерале за вођење струје, и стога имају огромну технолошку предност, дуг радни век и способне су да произведу високе концентрације чистог Х2.
Због мањег електричног отпора између аноде и катоде у полимерној мембрани долази до мањег пада напона и ефикаснијег електролитског Х2 излаза. Повећање животног века мембране је због чињенице да се пХ воде за пиће практично не мења, стога на електродама нема стварања минералних наслага.
Зашто је важно да уређај има мембрану за размену протона / чврсти полимерни електролит?
Вода у уређају није електролит, електролиза се одвија унутар мембране, вода је засићена само чистим водоником. Препоручује се дестилована вода или вода реверзне осмозе. Ово омогућава мембрани да ради дуго, без потребе за испирањем.
Постоје ли уређаји који раздвајају водоник и кисеоник током електролизе, али без мембране за размену протона?
Да, чак и најранији уређаји за електролизу У-цеви производили су водоник и кисеоник одвојено. Али електролит у њима је раствор соли у води, а поред водоника и кисеоника, ослободиће се и друга једињења. Постоје и уређаји са мембраном која раздваја водоник, али мембрана није чврсти полимерни електролит.Ови уређаји захтевају употребу воде са солима, па се мембрана зачепљује и захтева често испирање. Проверите да ли инструмент може да ради са дестилованом водом да бисте видели да ли користи СПЕ / ПЕМ мембрану.
Израда електролизера с властитим рукама
Уради сам електролизатор
Цене скупе стране опреме често плаше 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 самостално направе кућни генератор водоника. Генерално, задатак је изводљив под условом да се поседују одређена знања и вештине.
Да бисте направили сопствени 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, коначна калкулација ће показати да самостална 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.
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 ниједан од метода за производњу водоника као горива не може надокнадити у потпуности. На крају, чак и ако купите најјефтинију и истовремено најефикаснију инсталацију, чак и ако не узмете у обзир њене високе трошкове, за производњу водоника и даље је потребна електрична енергија. Коришћена електрична енергија се генерише у локалним станицама и преноси жицама. У овом случају настају неизбежни губици енергије.
Негативне стране грејања зграда водоникног типа
[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 два пута више енергије од његовог сагоревања.
- Опасност од експлозије: људи су се уверили у способност водоника да лако експлодира приликом пада ваздушног брода Хинденбург, чији је цилиндар напуњен 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 се одложити, што захтева употребу одвлаживача.
Прилично је лако сами направити инсталацију 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 моћи да изађу. 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 са полом катоде, 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: Које филтере одабрати за пречишћавање воде
Контејнер
Узимајући у обзир ризик од експлозије, кућиште генератора треба да буде 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-електронику, па препоручујемо коришћење 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 режим „празног хода“ и „максималног оптерећења“, 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 сваку плочу 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 на њима морате прво направити рупе на четири стране за затезање вијака М8.
Уради сам водоник генератор
Да бисте спречили повратак гаса у гасни генератор, потребно је на путу од генератора до горионика 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 до горионика 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, када се примени напон, гас почиње да се развија. 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 намењена 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. Због тога уређај ни у ком случају не сме да се користи без водених заптивача!
Генератор за заваривање је тренутно једина практична примена за електролитско цепање воде. Непрактично је користити га 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 пуно 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.
Има ли користи
Да ли је исплативо?
Постоји заблуда да грејање куће на водоник гориво кошта готово 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 и 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. И ово узимајући 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.
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. У воду додајте КОХ или НаОХ. Вода би требала бити дестилована или отопљена у крајњем случају. Концентрација алкалног раствора од 10% је довољна за рад уређаја.
Прочитајте још: Повезивање оуза и дифавомата: принцип и дијаграми
После тога, ЛАТР са диодним мостом је повезан са електродама према шеми. У круг су уграђени амперметар и волтметар за праћење рада. Они 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.
