Электролизер для авто своими руками: Чертежи электролизер для автомобиля

Содержание

пошаговая инструкция. Как собрать водородный генератор своими руками

Одним из самых удобных и практичных способов получения водорода, и его дальнейшего, разумного применения является водородный генератор, так называемая водородная горелка. Но получение водорода в домашних условиях довольно опасное занятие потому прислушайтесь к описанному совету.

Самодельный водородный генератор:

Основу водородной горелки составляет водородный генератор, который представляет собою своеобразную ёмкость с водой и пластинами из нержавеющей стали. Конструкция и подробное описание водородного генератора можно без особых усилий найти на других сайтах, потому я не стану тратить печатные символы на это. Я хочу передать весьма важные тонкости, которые будут вам очень полезны, если вы соберётесь делать водородную горелку своими руками.


Рисунок №1 – Структурная схема водородной горелки

Суть водородной горелки заключается в получении водорода путём электролиза воды. Вы должны понимать, что в электролизёр (емкость с водой и электродами) и потому, нельзя наливать туда что попало, я рекомендую использовать дистиллированную воду, однако читал, что для более эффективного электролиза добавляют ещё каустическую соду (пропорций не знаю).

Мой электролизёр собран из нержавеющих пластин, резиновых прокладок, и двух толстых пластин оргстекла, и внешне всё это выглядит так:


Рисунок №2 – Электролизёр

Электролизёр необходимо заполнять водою ровно наполовину для соблюдения техники безопасности, следите за уровнем жидкости, так как с его снижением меняются электрические параметры и интенсивность выделения водорода!

Но прежде чем потратить кучу времени и материалов на сборку электролизёра, позаботитесь о блоке питания к нему. Мой электролизёр, к примеру, потребляет ток около 6А, при напряжении 8В.

Металлические пластины (электроды) соединены при помощи припаянной к ним толстой медной проволоки, и толстых медных проводов (около 4мм сечение).


Рисунок №3 – Как подсоединить провода

Так же вы должны понимать, что всё должно быть герметично соединено и хорошо заизолировано, короткое замыкание пластин и искра недопустимо!!!


Рисунок №4 – Изоляция пластин

На самом деле есть масса разного рода конструкций электролизёра потому я не хочу на нем фокусировать ваше внимание, хотя он и является самой основной и трудоёмкой деталью для водородной горелки, само по себе он не очень важен (вам подойдёт любая его конструкция).

При работе с водородной горелкой следует:

Если вы собрались делать водородную горелку, то будьте осторожны! Водород очень взрывоопасен!!! При сборке и работе с водородной горелкой, есть много жизненно важных тонкостей. Обратите внимание на мои советы – я это реально проделывал и знаю что говорю.

В самодельной водородной горелке обязательно должно быть согласованно давление водорода, и защита от обратного взрыва, хорошая герметичность и изоляция!

Дело в том, что при работе водородной горелкой, для электролиза вы используете блок питания. И пока он включён, водород выделяется примерно с одинаковой интенсивностью (по мере работы она может падать, так как вода испаряется и меняется плотность тока между пластинами электродов), потому не приступайте к работе, не ознакомившись предварительно с устройством горелки.

Как правильно пользоваться водородной горелкой:

Во-первых прежде всего, всегда работайте в средствах индивидуальной защиты (обязательно наденьте на лицо защитный щиток или очки), во-вторых соблюдайте правила пожарной безопасности. В-третьих, следите за уровнем воды в электролизёре, и интенсивностью горения пламени.

Поджигать пламя нужно не сразу, дайте водороду вытеснить остатки кислорода (у меня это занимает около десяти минут, в зависимости от интенсивности выделения и объёма сосудов с водяным затвором и предохранителем А, Б рис.1)

Обязательно держите около себя ёмкость с водою – она вам понадобится, что бы потушить пламя горелки, когда закончите работу. Для этого, вам просто необходимо направить кончик иглы с пламенем под воду и тем самым перекрыть огню кислород. ВСЕГДА СНАЧАЛА ТУШИТЕ ПЛАМЯ А ПОТОМ ВЫКЛЮЧАЙТЕ ПИТАНИЕ ГЕНЕРАТОРА – ИНАЧЕ ВЗРЫВ НЕМЕНУЕМ.

Водяной затвор и предохранитель:

Обратите ваше внимание на рисунок №1 – там есть две ёмкости (Я обозначил их А и Б), ну и иголка от одноразового шприца (В), всё это соединено трубками от капельниц.

В первую емкость (А) необходимо наливать воду, это водяной затвор. Он необходим для того что бы взрыв не добрался до электролизёра (если он рванёт то это будет как осколочная граната).


Рисунок №5 – Водяной затвор

Обратите внимание, в крышке водяного затвора есть два соединителя (я всё это приспособил от медицинской капельницы), оба они герметично вклеены в крышку при помощи эпоксидного клея. Одна трубка длинная, по ней водород с генератора должен поступать под воду, булькать, и через второе отверстие идти по трубке к предохранителю (Б).


Рисунок №6 – Предохранитель

В ёмкость с предохранителем вы можете наливать как воду (для большей надёжности) так и спирт (пары спирта повышают температуру горения пламени).

Сам предохранитель делается так: Вам необходимо проделать в крышке отверстие диаметром 15 мм, и отверстия для винтиков.


Рисунок №7 – Как выглядят отверстия в крышке

Также вам понадобится две толстых шайбы (если потребуется, то надо расширить внутренний диаметр шайбы при помощи круглого напильника) две водопроводных прокладки и фольгу от шоколадки или обыкновенный воздушный шарик.


Рисунок №8 – Эскиз защитного клапана

Собирается он достаточно просто, вам необходимо просверлить четыре соосных отверстия в железных шайбах крышке и прокладках. Сначала необходимо припаять болты к верхней шайбе, это легко можно сделать при помощи мощного паяльника и активного флюса.


Рисунок №9 – Шайба с винтиками
Рисунок №10 – Припаянные к шайбе винтики

После того как вы припаяли винтики вам необходимо надеть на шайбу одну резиновую прокладку и непосредственно ваш клапан. Я использовал тонкую резинку от лопнувшего воздушного шарика (это гораздо удобнее чем надевать тонкую фольгу), хотя фольга, тоже подходит довольно удачно, по крайней мере, когда я испытывал свою водородную горелку на предмет взрывоопасности, то в клапане была именно фольга.


Рисунок №11 – Надеваем прокладку и защитную резинку

Потом надеваем вторую прокладку и можно вставлять защиту в отверстия, проделанные в крышке.


Рисунок № 12 – Готовый клапан
Рисунок №13 – Элементы защиты

Вторая шайба и гайки нужны, что бы герметично и крепко зафиксировать защиту, закручивая гайки (посмотрите на рисунок №6).

Поймите правильно и примите к сведенью, нельзя пренебрегать правилами техники безопасности, особенно когда работаете со взрывоопасными газами.

А такое нехитрое приспособление может спасти вас от неприятных неожиданностей. Работает защита по принципу «где тонко – там и рвётся», взрывом выбивает защитную плёнку (фольгу или резинку), и взрывная сила не идёт в электролизёр, к тому же этому препятствует ещё и водяной затвор. Поверьте на слово, если взорвётся электролизер, то мало вам не покажется:)!!!


Рисунок №14 – Взрыв

Следует понимать что аварийная ситуация обязательно неминуема. Дело в том, что пламя горит на выходе форсунки, (в качестве которой достаточно неплохо подходит иголка от одноразового шприца) только потому, что создается давление газа (давление согласовано).


Рисунок № 15 – Форсунка из шприца, на пьедестале

К примеру, вы работаете вашей горелкой и вот вырубило свет, поверьте! Вы не успеете отскочить от горелки, пламя моментально пойдёт обратно по трубке и прогремит взрыв защитного клапана (он и нужен что бы рванул он а не электролизёр) – это вполне нормально, когда горелка самодельная – будьте бдительны и осторожны, держитесь подальше от водородной горелки и надевайте средства индивидуальной защиты!

Лично я не в большом восторге от водородной горелки, я и попробовал её сделать только по тому, что у меня уже был готовый электролизёр. Во-первых, это очень опасно, во-вторых не очень эффективно (я говорю о своей водородной горелке а не о горелках в целом) расплавить ею то что я хотел не удалось. И потому если вам пришла в голову идея сделать такого типа горелку задайте себе вполне рациональный вопрос «а оно того стоит», так как собрать электролизёр с нуля это достаточно хлопотное дело, а ещё нужен мощный блок питания такой что бы хватало для согласования давления водорода и диаметра выходной форсунки. Потому, «лишь бы было» я вам её делать не рекомендую, а только если она вам действительно нужна.

Живую и мертвую воду получить довольно легко. Проще всего провести электролиз в стакане воды с помощью двух карандашей, проводков и трех батареек. Такой «домашний» электролиз прекрасно описывает О. Ольгин в своей книге «Опыты без взрывов».

«Возьмите чайный стакан, расширяющийся кверху. Приготовьте фанерный кружок и прижмите его к стенке стакана в 3–4 см выше дна. В кружке заранее просверлите два отверстия (или вырежьте в нем по диаметру прорезь), неподалеку шилом проколите два отверстия: через них будут проходить проводки.

В большие отверстия или в прорезь вставьте два карандаша длиной 5–6 см, очиненные с одного конца. Карандаши, точнее, их грифели, будут служить электродами.

На неочиненных концах карандашей сделайте зарубки, чтобы обнажились грифели, и примотайте к ним оголенные концы проводков. Проводки скрутите и тщательно обмотайте изоляционной лентой; чтобы изоляция была совсем надежной, лучше всего спрятать проводки в резиновых трубках. Все детали прибора готовы, остается только собрать его, то есть вставить кружок с электродами внутрь стакана.

Поставьте стакан на тарелку, налейте в него до краев воду и добавьте раствор соды Na 2 CO 3 из расчета 2–3 чайные ложки на стакан воды. Таким же раствором заполните две пробирки. Одну из них закройте большим пальцем, переверните вверх дном и погрузите в стакан так, чтобы в нее не попал ни один пузырек воздуха. Под водой наденьте пробирку на электрод-карандаш. Точно так же поступите со второй пробиркой.

Батарейки – числом не менее трех – нужно соединить последовательно, «плюс» одной к «минусу» другой, а к крайним батарейкам подсоединить проводки от карандашей. Сразу начнется электролиз раствора. Положительно заряженные ионы водорода Н+ направятся к отрицательно заряженному электроду – катоду, присоединят там электрон и превратятся в газ – водород. Когда у карандаша, подсоединенного к «минусу», соберется полная пробирка водорода, ее можно вынуть и, не переворачивая, поджечь газ. Он загорится с характерным звуком. У другого электрода, положительного (анода), выделится кислород. Наполненную им пробирку закройте пальцем под водой, выньте из стакана, переверните, внесите тлеющую лучинку – она загорится.

Итак, из воды Н 2 О получился и водород Н 2 , и кислород О 2 ; а для чего же сода? Для ускорения опыта. Чистая вода плохо проводит электрический ток, электрохимическая реакция идет в ней слишком медленно.

С тем же прибором можно поставить еще один опыт – электролиз насыщенного раствора поваренной соли NaCl . В этом случае одна пробирка наполнится бесцветным водородом, а другая – желто-зеленым газом. Это хлор, который образуется из поваренной соли. Хлор легко отдает свой заряд и первым выделяется на аноде.

Пробирку с хлором закройте пальцем под водой, переверните и встряхните, не отнимая пальца. В пробирке образуется раствор хлора – хлорная вода. У нее сильные отбеливающие свойства. Например, если добавить хлорную воду к бледно-синему раствору чернил, то он обесцветится».

Это описание простейшего бездиафрагменного электролизера и простейшего процесса электролиза. Нас же интересует не то, что выделится на аноде или катоде, а то, что произойдет в воде при электролизе, что в ней изменится и что сделает из обыкновенной воды лечебное средство, помогающее при многих заболеваниях.

Хотя аппарат для получения живой и мертвой воды довольно прост, не стоит его делать самим.

Вот авторитетное мнение специалиста по этому поводу: «Приготовление активированной воды в самодельных установках с электродами из нержавеющей стали чревато серьезной опасностью для здоровья тех, кто пытается такую воду пить. Нержавеющая сталь, подавляющее большинство металлов и сплавов не стойки к анодному растворению.

При пропускании электрического тока электроды, изготовленные из этих материалов, растворяются, и ионы никеля, хрома, ванадия, молибдена переходят в воду, отравляя ее. При изготовлении электроактиваторов, предназначенных для медицинских исследований, обычно используют стойкие материалы. В частности, для изготовления анодов – никель или титан, катодов – платину, сверхчистый графит. Для диафрагм берут пористый фторопласт или керамику».

Таким образом, вывод один: электролизер надо купить. Если вы захотите приобрести аппарат – загляните в конец книги, в приложение. Там представлены аппараты-электролизеры различных фирм – на любой вкус: от простых и дешевых до дорогих, с компьютерным управлением.

ВНИМАНИЕ! Все инструкции по применению активированных растворов рассчитаны на аппараты, описанные в конце книги, и не подходят для других аппаратов!

Раньше загородные дома можно было отапливать только одним способом – растапливали печь дровами или углем. Сегодня же для отопления частного дома используют разнообразное топливо: дизель, мазут, природный газ, электричество. Однако с ростом цен на топливо многие владельцы домов стараются найти более дешевый способ отопления. Одним из них является обычная вода, которую использует водородный генератор для образования такого топлива, как водород. Водород является неиссякаемым источником энергии. Его можно применять не только для обогрева помещений, но и для автомобиля.

Генератор водорода: устройство и его принцип работы

Использовать водород для обогрева жилых домов очень выгодно, так как он обладает высокой теплотворной способностью и при этом не происходит выделения вредных веществ. Однако в чистом виде добыча водорода невозможна, большое содержание его находится в реках, морях и океанах. Организм человека даже состоит из 63% водорода.

Чистый водород можно получать из многих различных химических соединений, например, водорода и кислорода. Самый известный способ получения водорода – это электролиз воды.

Чтобы получить чистый водород необходимо воду расщепить на два атома (НН) водорода и атом кислорода (О). Это и есть принцип работы водяного генератора: получение водорода с помощью электролиза. Газ, который выделяется при этом, назвали в честь великого физика Брауна и он имеет формулу ННО. Такой газ при сгорании не образует вредных веществ и является экологически чистым продуктом. Однако смесь водорода с кислородом образует в итоге горючий газ, который является взрывоопасным. Поэтому используя в домашних условиях электролизер, нужно соблюдать дополнительные меры безопасности.


Водяной двигатель имеет такое устройство:

  • Генератор водородного типа, где и происходит электролиз;
  • Горелка, она устанавливается в самой топке;
  • Котел, он выполняет функцию теплообменника.

На производство такого газа, как браун, используется в четыре раза меньше энергии, чем выделяется при его сгорании. Электричество при этом расходуется очень экономно, а топливо, которое ему необходимо – это обычная вода.

Водородный генератор: его достоинства и недостатки

Сегодня электролизёр является таким же привычным устройством, как например, плазменный резак или ацетиленовый электрогенератор. Такая электролизная установка, работающая на воде (печка), стала достаточно популярной, ее применяют для обогрева частных домов, а так же устанавливают на мотоцикл или авто для экономии топлива.

Водородный генератор является экологически чистым топливом, единственным отходом, который он вырабатывает, есть вода. Она выделяется в газообразном состоянии и известна нам, как водяной пар. А он, в свою очередь, никакого негативного влияния на окружающую среду не оказывает.

Такое устройство обладает и другими положительными достоинствами, но так же и недостатками. Самый важный недостаток – это его взрывоопасность. Однако соблюдая все предосторожности и правила безопасности, можно избежать негативных последствий.

Водородный реактор имеет свои преимущества:

  • Работает на воде;
  • Экономит электричество;
  • Является экологически чистым;
  • Высокий КПД;
  • Простота обслуживания.

Такой прибор HHO можно приобрести в готовом виде в специализированном магазине, стоит он будет, конечно совсем не дешево. Однако можно сделать его и своими руками из доступных деталей, сэкономив при этом приличную сумму. Однако ему нужна защита от воды и отдельный домик для хранения.

Самодельный водородный генератор: пошаговая инструкция

Изготовление водородного генератора можно осуществит в домашних условиях, но для этого будут нужны чертежи и пошаговая инструкция всего процесса. Схема электролизера очень проста (ее можно смотреть в интернете), поэтому каких-либо специфических материалов практически не понадобится.

Для создания самодельного генератора водорода нам понадобятся некоторые инструменты и материалы: пластиковый контейнер или полиэтиленовая канистра с крышкой, прозрачная трубка длиной 1м, с диаметром 8 мм, болты, гайки, силиконовый герметик, лист нержавейки, 3 штуцера, обратный клапан, фильтр, ножовка по металлу, гаечные ключи и нож.

Собрав все это, можно приступать к его изготовлению. Сборка осуществляется по чертежам, которые можно найти в интернете или же заказать у специалиста.

Инструкция изготовления:

  • Из листа нержавейки вырезаем 16 одинаковых пластин.
  • Сверлим отверстие в одном из углов. Угол должен быть одинаковым у всех 16.
  • Противоположный угол обязательно спиливаем.
  • Устанавливаем пластины поочередно на приготовленные болты, изолируя их шайбами и полиэтиленовыми трубками. Они не должны контактировать между собой.
  • Стягиваем всю конструкцию гайками, получается батарея.
  • Крепим данную конструкцию в пластиковую емкость, отверстия смазать герметиком.
  • Просверливаем отверстия в крышке, обрабатываем их так же силиконом, затем вставляем штуцера.


Самодельный кислородный гидролизер готов. Теперь его только нужно проверить на работоспособность. Для этого нужно заполнить емкость водой до болтов крепления и закрыть ее крышкой. Одеваем на один из трех штуцеров шланг из полиэтилена, а второй его коней опускаем в отдельную емкость, заполненную так же водой. К болтам нужно подключить электричество, если на поверхности появились пузырьки, значит, генератор работает и выделяет водород. После такого подключения и проверки, воду сливаем, а затем заливаем в емкость готовый щелочной электролит, чтобы получить больше выделяемого газа.

Электролизер для автомобиля: виды катализаторов

Водородный генератор, при установке, способен снизить расход топлива у легковых или грузовых машин, мотоциклов, а так же сократит выброс в атмосферу вредных веществ. На сегодняшний день, такой генератор для автомобиля приобретает популярность. Процесс электролиза в авто происходит благодаря применению специального катализатора. В конечном итоге получается оксиводород (ННО), который смешиваясь с топливом, что и способствует его полному сгоранию.

Благодаря такой установке можно сэкономить горючее на 50%. А так же, установив данную конструкцию в свой автомобиль, вы не только уменьшите токсичные выхлопы, но и: увеличите эксплуатационный срок двигателя, снизите температуру самого мотора и при этом повысите мощность всего силового агрегата.

Все процессы, которые происходят в водородном генераторе, происходят автоматически по специальной программе. Эта программа вшита в компьютер, который и управляет всем автомобилем. Машина без него попросту не будет работать.

Существует несколько видов катализаторов:

  • Цилиндрические;
  • С открытыми пластинами или их еще называют сухими;
  • С раздельными ячейками.

Самостоятельно водородный генератор можно изготовить, однако специалисты делать этого не рекомендуют, так как это устройство очень сложное по конструкции и при этом еще не безопасно. Если вы все же решили сделать его сами, тогда лучше всего подойдет для этих целей аккумулятор, вышедший из строя.

При котором жидкость или, иначе говоря, электролит, распадается на положительные и отрицательные ионы. Происходит это под воздействием электрического тока. Каким же образом протекает данный процесс?

Электролиз воды происходит из-за того, что электрический ток, проходя через электролит, вызывает реакцию на электродах, на которых и оседают положительные и отрицательные ионы. На отрицательно заряженном электроде (катоде) оседают катионы, соответственно, на положительном (аноде) — анионы. Электролит может состоять из воды, в которую добавлена кислота или же представляет собой раствор солей. Распад солей на металл и кислотный остаток возникает после того, как через электролит пропускается электрический ток. Заряженный положительным электричеством металл подходит к катоду (отрицательно заряженному электроду), именно этот металл и называется катионом. Кислотный остаток, отрицательно заряженный, стремится к аноду (положительно заряженному электроду), и называется анионом. Электролиз дает возможность получения из солей хорошо очищенных элементов, благодаря чему находит широкое применение в разнообразных отраслях современной промышленности.

Электролиз воды жизненно необходим сегодня, когда тысячи предприятий применяют воду для отдельных этапов своего производства. Объясняется это тем, что после большинства процессов, которые выполняются на предприятиях, вода после использования превращается в опасную для людей и живой природы жидкость. Электролиз воды служит для очистки сточных вод, которые не должны попадать в землю или же в источники чистой воды. Эти сточные воды необходимо очищать для того, чтобы не допустить экологическую катастрофу, риск которой и так уже достаточно высокий во многих регионах России.

Сегодня существует несколько методов электролиза воды. К ним относится электроэкстракция, электрокоагуляция и электрофлотация. Электролиз воды, применяемый для очистки сточных вод, производится в электролизерах. Это специальные сооружения, в которых разлагаются на металлы, кислоты и другие вещества, относящиеся к категории неорганического происхождения. Особенно важно проводить очистку сточных вод на вредных производствах, таких как предприятия химической промышленности, там, где ведутся работы с медью и свинцом, а также на комбинатах, выпускающих краски, лаки, эмали. Безусловно, это далеко не дешевый способ очистки воды при помощи электролиза, но затраты, связанные с очисткой воды, не идут ни в какие сравнения со здоровьем человека и заботой об окружающей среде.

Интересный факт, но можно осуществить электролиз воды в домашних условиях. Этот процесс не займет много времени и средств и даст возможность для и водорода. В емкость с водой, в которой предварительно растворена соль, (соли необходимо взять не менее ¼ объема воды), опускаются два электрода. Их можно сделать из любого металла. Электроды подключаются к источнику питания с силой тока не менее 0,5 А. На одном из электродов образуются пузыри, что и говорит о том, что электролиз воды в домашних условиях проходит успешно. Данным способом можно получить едкий натрий, хлор и другие химические элементы, в зависимости от того, из чего состоит электролит. Плазменный электролиз воды применяют в плазмотеплолизерах. Это новейшее современное устройство, работающее в режимах плазменного электролиза воды и ее непосредственного нагрева до определенных температур. Плазменный электролиз воды дает возможность для получения новых видов энергии, в которой с каждым днем все больше нуждается человечество. Энергия, которую можно будет получать из воды, даст возможность для создания новых, безопасных и эффективных видов источников энергии. Явления плазменного электролиза воды еще не изучены до конца, но они имеют огромные перспективы и поэтому интенсивно изучаются современными учеными.

Электролиз широко используется в производственной сфере, например, для получения алюминия (аппараты с обожженными анодами РА-300, РА-400, РА-550 и т.д.) или хлора (промышленные установки Asahi Kasei). В быту этот электрохимический процесс применялся значительно реже, в качестве примера можно привести электролизер для бассейна Intellichlor или плазменный сварочный аппарат Star 7000. Увеличение стоимости топлива, тарифов на газ и отопление в корне поменяли ситуацию, сделав популярной идею электролиза воды в домашних условиях. Рассмотрим, что представляют собой устройства для расщепления воды (электролизеры), и какова их конструкция, а также, как сделать простой аппарат своими руками.

Что такое электролизер, его характеристики и применение

Так называют устройство для одноименного электрохимического процесса, которому требуется внешний источник питания. Конструктивно это аппарат представляет собой заполненную электролитом ванну, в которую помещены два или более электродов.

Основная характеристика подобных устройств – производительность, часто это параметр указывается в наименовании модели, например, в стационарных электролизных установках СЭУ-10, СЭУ-20, СЭУ-40, МБЭ-125 (мембранные блочные электролизеры) и т.д. В данных случаях цифры указывают на выработку водорода (м 3 /ч).

Что касается остальных характеристик, то они зависят от конкретного типа устройства и сферы применения, например, когда осуществляется электролиз воды, на КПД установки влияют следующие параметры:


Таким образом, подавая на выходы 14 вольт, мы получим 2 вольта на каждой ячейке, при этом на пластинах с каждой стороны будут разные потенциалы. Электролизеры, где используется подобная система подключения пластин, называются сухими.

  1. Расстояние между пластинами (между катодным и анодным пространством), чем оно меньше, тем меньше будет сопротивление и, следовательно, больший ток пройдет через раствор электролита, что приведет к увеличению выработки газа.
  2. Размеры пластины (имеется в виду площадь электродов), прямо пропорциональны току, идущему через электролит, а значит, также оказывают влияние на производительность.
  3. Концентрация электролита и его тепловой баланс.
  4. Характеристики материала, используемого для изготовления электродов (золото – идеальный материал, но слишком дорогой, поэтому в самодельных схемах используется нержавейка).
  5. Применение катализаторов процесса и т.д.

Как уже упоминалось выше, установки данного типа могут использоваться как генератор водорода, для получения хлора, алюминия или других веществ. Они также применяются в качестве устройств, при помощи которых осуществляется очистка и обеззараживание воды (УПЭВ, VGE), а также проводится сравнительный анализ ее качества (Tesp 001).


Нас, прежде всего, интересуют устройства, производящие газ Брауна (водород с кислородом), поскольку именно эта смесь имеет все перспективы для использования в качестве альтернативного энергоносителя или добавок к топливу. Их мы рассмотрим чуть позже, а пока перейдем к конструкции и принципу работы простейшего электролизера, расщепляющего воду на водород и кислород.

Устройство и подробный принцип работы

Аппараты для производства гремучего газа, в целях безопасности, не предполагают его накопление, то есть газовая смесь сжигается сразу после получения. Это несколько упрощает конструкцию. В предыдущем разделе мы рассмотрели основные критерии, влияющие на производительность аппарата и накладывающие определенные требования к исполнению.

Принцип работы устройства демонстрирует рисунок 4, источник постоянного напряжения подключен к погруженным в раствор электролита электродам. В результате через него начинает проходить ток, напряжение которого выше точки разложения молекул воды.

Рисунок 4. Конструкция простого электролизера

В результате этого электрохимического процесса катод выделяет водород, а анод – кислород, в соотношении 2 к 1.

Виды электролизеров

Кратко ознакомимся с конструктивными особенностями основных видов устройств для расщепления воды.

Сухие

Конструкция прибора данного типа была показана на рисунке 2, ее особенность заключается в том, что манипулируя количеством ячеек, можно запитать устройство от источника с напряжением, существенно превышающим минимальный электродный потенциал.

Проточные

С упрощенным устройством приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 5. Как видим, конструкция включает в себя ванну с электродами «A», полностью залитую раствором и бак «D».


Рис 5. Конструкция проточного электролизера

Принцип работы устройства следующий:

  • входе электрохимического процесса газ вместе с электролитом выдавливается в емкость «D» через трубу «В»;
  • в баке «D» происходит отделение от электролитного раствора газа, который выводится через выходной клапан «С»;
  • электролит возвращается в гидролизную ванну через трубу «Е».

Мембранные

Основная особенность устройств этого типа – использование твердого электролита (мембраны) на полимерной основе. С конструкцией приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 6.

Рис 6. Электролизер мембранного типа

Основная особенность таких устройств заключается в двойном назначении мембраны, она не только переносит протоны и ионы, а и на физическом уровне разделяет как электроды, так и продукты электрохимического процесса.

Диафрагменные

В тех случаях, когда не допустима диффузия продуктов электролиза между электродными камерами, используют пористую диафрагму (что и дало название таким приборам). Материалом для нее может служить керамика, асбест или стекло. В некоторых случаях для создания такой диафрагмы можно использовать полимерные волокна или стеклянную вату. На рисунке 7 показан простейший вариант диафрагменного прибора для электрохимических процессов.


Пояснение:

  1. Выход для кислорода.
  2. U-образная колба.
  3. Выход для водорода.
  4. Анод.
  5. Катод.
  6. Диафрагма.

Щелочные

Электрохимический процесс невозможен в дистиллированной воде, в качестве катализатора применяется концентрированный раствор щелочи (использование соли нежелательно, так как при этом выделяется хлор). Исходя из этого, щелочными можно назвать большую часть электрохимических устройств для расщепления воды.

На тематических форумах советуют использовать гидроксид натрия (NaOH), который, в отличие от пищевой соды (NaHCO 3), не разъедает электрод. Заметим, что у последней имеются два весомых преимущества:

  1. Можно использовать железные электроды.
  2. Не выделяются вредные вещества.

Но, один существенный недостаток сводит на нет все преимущества пищевой соды, как катализатора. Ее концентрация в воде не более 80 грамм на литр. Это снижает морозостойкость электролита и его проводимость тока. Если с первым еще можно смириться в теплое время года, то второе требует увеличения площади пластин электродов, что в свою очередь, увеличивает размер конструкции.

Электролизер для получения водорода: чертежи, схема

Рассмотрим, как можно сделать мощную газовую горелку, работающую от смеси водорода с кислородом. Схему такого устройства можно посмотреть на рисунке 8.


Рис. 8. Устройство водородной горелки

Пояснение:

  1. Сопло горелки.
  2. Резиновые трубки.
  3. Второй водяной затвор.
  4. Первый водяной затвор.
  5. Анод.
  6. Катод.
  7. Электроды.
  8. Ванна электролизера.

На рисунке 9 представлена принципиальная схема блока питания для электролизера нашей горелки.


Рис. 9. Блок питания электролизной горелки

На мощный выпрямитель нам понадобятся следующие детали:

  • Транзисторы: VT1 – МП26Б; VT2 – П308.
  • Тиристоры: VS1 – КУ202Н.
  • Диоды: VD1-VD4 – Д232; VD5 – Д226Б; VD6, VD7 – Д814Б.
  • Конденсаторы: 0,5 мкФ.
  • Переменные резисторы: R3 -22 кОм.
  • Резисторы: R1 – 30 кОм; R2 – 15 кОм; R4 – 800 Ом; R5 – 2,7 кОм; R6 – 3 кОм; R7 – 10 кОм.
  • PA1 – амперметр со шкалой измерения не менее 20 А.

Краткая инструкция по деталям к электролизеру.

Ванну можно сделать из старого аккумулятора. Пластины следует нарезать 150х150 мм из кровельного железа (толщина листа 0,5 мм). Для работы с вышеописанным блоком питания потребуется собрать электролизер на 81 ячейку. Чертеж, по которому выполняется монтаж, приведен на рисунке 10.

Рис. 10. Чертеж электролизера для водородной горелки

Заметим, что обслуживание такого устройства и управление им не вызывает трудностей.

Электролизер для автомобиля своими руками

В интернете можно найти много схем HHO систем, которые, если верить авторам, позволяют экономить от 30% до 50% топлива. Такие заявления слишком оптимистичны и, как правило, не подтверждаются никакими доказательствами. Упрощенная схема такой системы продемонстрирована на 11 рисунке.


Упрощенная схема электролизера для автомобиля

По идее, такое устройство должно снизить расход топлива за счет его полного выгорания. Для этого в воздушный фильтр топливной системы подается смесь Брауна. Это водород с кислородом, полученные из электролизера, запитанного от внутренней сети автомобиля, что повышает расход топлива. Замкнутый круг.

Безусловно, может быть задействована схема шим регулятора силы тока, использован более эффективный импульсный блок питания или другие хитрости, позволяющие снизить расход энергии. Иногда в интернете попадаются предложения приобрести низкоамперный БП для электролизера, что вообще является нонсенсом, поскольку производительность процесса напрямую зависит от силы тока.

Это как система Кузнецова, активатор воды которой утерян, а патент отсутствует и т.д. В приведенных видео, где рассказывают о неоспоримых преимуществах таких систем, практически нет аргументированных доводов. Это не значит, что идея не имеет прав на существование, но заявленная экономия «слегка» преувеличена.

Электролизер своими руками для отопления дома

Делать самодельный электролизер для отопления дома на данный момент не имеет смысла, поскольку стоимость водорода, полученного путем электролиза значительно дороже природного газа или других теплоносителей.

Также следует учитывать, что температуру горения водорода не выдержит никакой металл. Правда имеется решение, которое запатентовал Стен Мартин, позволяющее обойти эту проблему. Необходимо обратить внимание на ключевой момент, позволяющий отличить достойную идею от очевидного бреда. Разница между ними заключается в том, что на первый выдают патент, а второй находит своих сторонников в интернете.

На этом можно было бы и закончить статью о бытовых и промышленных электролизерах, но имеет смысл сделать небольшой обзор компаний, производящих эти устройства.

Обзор производителей электролизеров

Перечислим производителей, выпускающих топливные элементы на базе электролизеров, некоторые компании также выпускают и бытовые устройства: NEL Hydrogen (Норвегия, на рынке с 1927 года), Hydrogenics (Бельгия), Teledyne Inc (США), Уралхиммаш (Россия), РусАл (Россия, существенно усовершенствовали технологию Содерберга), РутТех (Россия).

Рекомендуем также

Газогенератор (электролизер) своими руками. на портале Сделай сам

Газогенератор (электролизер)своими руками (эксперимент).

Решил сделать газогенератор по разложению воды на кислород и водород, чтобы можно было паять твердыми припоями и установить в авто для полного сгорания бензина. В интернете много отчетов по уже изготовленным генераторам, якобы даже работающим.

Нашел нержавейку, нарезал болгаркой 11 пластин 15х15 мм., собрал. Из них потом сделал восьмиугольники. Прокладки резал из авто камеры. Когда вырезал пластины три штуки оставил с одним углом, чтобы было удобнее подключать питание, 8-восьмиугольные. Затем пластины я прошел бруском, чтобы лучше образовывались пузырьки газа. Перед сборкой наклеил с одной стороны на пластины прокладки и во время сборки использовал клей на прокладках. Так собирать удобнее и герметичнее. Ну раз готов генератор, значит можно его испытывать. Залил в полторашку воды, подключил выпрямитель на 14 вольт, 7 ампер, а в результате НИЧЕГО.

Залез опять в интернет, оказалось, что не только у меня, но и ни у кого на воде генератор не работает. А чтобы его расшевелить нужно залить в него электролит. Предложений по приготовлению тоже много- Мистер Мускул, Крот, каустическая сода, пищевая сода, главное, чтобы в его составе был NaOH. На чистой воде генератор работать не хочет. Правда кто-то сделал генератор на воде, но после этого его никто больше не видел, а описание и чертеж не сохранились. Решил сделать электролит из пищевой соды. Налил кипяченой воды,  насыпал соды и мешал, пока она не растворилась полностью (насыщенный раствор). Подключил по временной схеме полторашку с содой, на выходе трубку с иглой от шприца, подал напряжение и стал ждать результата, который не заставил себя ждать. Генератор заработал.

Подключение делал по разному и как в журнале Моделист-конструктор первая и последняя пластины (так хуже работает) и минус на 1 и последнюю пластины, а плюс в середине ( так газа вырабатывается больше). Пробовал подключать другой блок питания 18 вольт 13 ампер, с ним генератор работает веселее. В итоге пришел к выводу, что чем больше площадь пластин и ампер, тем больше газа выделяется.

Эксперимент удался, теперь буду делать газогенератор из 50 пластин размером 20х20 мм. Чтобы уйти от применения гидро затвора на выходе, хочу использовать бачок омывателя от ВАЗ, то есть подача и обратка внизу бачка, ниже бачка генератор, а выход газа сверху. Будет постоянное пополнение электролитом самого генератора, а так же электролит будет дополнительно выполнять роль гидрозатвора, а сверху бачка-омывателя выход газа на горелку. Делать буду генератор мобильным, чтобы можно было его установить на авто и в любое время можно было его снять и использовать в качестве горелки для пайки.

Рисовать ничего не стал, так как в интернете очень много работ, можете посмотреть там. Думаю, что достаточно фотоотчета.


Прислал в редакцию: Николай Евдокимов.

 

практические советы по изготовлению и монтажу Печь на водороде своими руками чертежи

С экранов телевизоров нам заявляют, что количество нефти стремительно уменьшается, и вскоре бензиновые машины отойдут в далёкое прошлое. Вот только это не совсем верно.

Действительно, количество разведанных запасов нефти не очень велико. В зависимости от степени потребления их может хватить на период от 50 до 200 лет. Но в этой статистике не учитываются до сих пор неразведанные места нефтедобычи.

В действительности нефти на нашей планете более чем достаточно. Другой вопрос, что сложность её добычи постоянно возрастает, а значит, растёт и цена. К тому же нельзя списывать со счетов экологический фактор. Выхлопные газы сильно загрязняют среду и с этим нужно что-то делать.

Современная наука создала множество альтернативных источников энергии вплоть до двигателя ядерного распада в ваших машинах. Но большинство из этих технологий пока что представляют собой концепты без возможности реального применения. По крайней мере, так было до недавнего времени.

С каждым годом машиностроительные компании выпускают всё больше машин, работающих на альтернативных источниках питания. Одним из самых эффективных решений в данном контексте является водородный двигатель от бренда «Тойота». Он позволяет полностью забыть про бензин, делая автомобиль экологичным и дешёвым транспортом.

Водородные двигатели

Типы водородных двигателей и их описание

Наука непрерывно развивается. Каждый день придумываются новые концепты. Но только лучшие из них воплощаются в жизнь. Сейчас существует всего два типа водородных двигателей, которые могут быть рентабельными и производительными.

Первый тип водородного двигателя работает на топливных элементах. К сожалению, водородные двигатели данного типа до сих пор имеют высокую стоимость. Дело в том, что в конструкции содержаться дорогие материалы вроде платины.

Ко второму типу относятся водородные двигатели внутреннего сгорания. Принцип работы таких устройств сильно напоминает пропановые модели. Именно поэтому их часто перенастраивают для работы под водород. К сожалению, КПД подобных устройств на порядок ниже тех, что функционируют на топливных элементах.

На данный момент тяжело сказать, какая из двух технологий по созданию водородных двигателей победит. У каждой есть свои плюсы и минусы. В любом случае работы в данном направлении не прекращаются. Поэтому, вполне возможно, что к 2030 году машину с водородным двигателем можно будет купить в любом автосалоне.

Принцип работы

Водородный двигатель работает на основе принципа электролиза. Данный процесс происходит в воде под воздействием специального катализатора. В результате выделяется гидроген. Его химическая формула следующая — ННО. Газ не обладает взрывоопасными качествами.

Важно! Внутри специальных ёмкостей газ смешивается с топливно-воздушной смесью.

В состав генератора входит электролизер и резервуар. За процесс генерации газа отвечает модулятор тока. Для обеспечения наилучших результатов в инжекторных водородных двигателях устанавливается оптимизатор. Это устройство отвечает за регулирование соотношения топливно-воздушной смеси и газа Брауна.

Характеристики катализаторов

Катализаторы, используемые для создания нужной реакции в водородном двигателе, могут быть трёх видов:

  1. Цилиндрические банки. Это самая простая конструкция, работающая на довольно примитивной системе управления. Производительность водородного двигателя, работающего с данным катализатором, не превышает 0,7 литра газа в минуту. Такие системы могут использоваться на машинах с водородным двигателем объёмом до полутора литра. Увеличение числа банок позволяет превысить данный лимит.
  2. Раздельные ячейки. Считается, что именно такой тип катализатора является наиболее эффективным. Производительность системы составляет более двух литров газа в минуту, КПД — максимальный.
  3. Открытые пластины или сухой катализатор. Данная система рассчитана на длительный срок работы. Производительность колеблется в диапазоне от одного до двух литров газа в минуту. Открытое расположение обеспечивает максимально эффективное охлаждение.

Эффективность водородных двигателей с каждым годом растёт. Сейчас начинают вводиться в эксплуатации гибридные устройства, функционирующие на водороде и бензине. В свою очередь, конструкторы не прекращают искать наиболее эффективной модели катализатора, обеспечивающей ещё большую производительность.

Водородный двигатель своими руками

Генератор

Чтобы создать эффективный водородный двигатель для автомобиля своими руками, нужно начать с генератора. Самый простой самодельный генератор — это герметичная ёмкость с жидкостью, в которую погружаются электроды. Для такого устройства достаточно источника питания в 12 В.

Штуцер устанавливается на крышке конструкции. Он отводит смесь водорода с кислородом. Собственно, это и есть основа генератора для водородного двигателя, которая подключается к ДВС.

Чтобы создать полноценную систему также понадобится дополнительный накопитель и аккумулятор. В качестве корпуса лучше всего использовать водопроводный фильтр или же можно купить специальную установку. В последней применяются цилиндрические электроды повышенной производительности.

Как видите, выделить нужный газ для реакции не так-то уж и сложно. Намного сложнее произвести его в нужном для водородного двигателя количестве. Чтоб повысить эффективность необходимо использовать электроды из меди. В крайнем случае подойдёт и нержавейка.

В ходе реакции ток должен подаваться с разной силой. Поэтому без электронного блока не обойтись. К тому же в резервуаре всегда должно быть определённое количество воды, чтобы реакция проходила в нормальных условиях. Система автоматической подпитки в водородном двигателе решает эту проблему. Интенсивность электролиза обеспечивает достаточное количество соли.

Важно! Если вода дистиллированная, электролиза не будет вовсе.

Чтобы сделать воду для водородного двигателя необходимо взять 10 литров жидкости и добавить столовую ложку гидроксида.

Устройство водородного двигателя

В первую очередь нужно позаботиться о дополнительных резервуарах и трубопроводе. Водородный двигатель нуждается в датчике уровня воды, который устанавливается в середине крышки. Это предотвратит ложное срабатывание при движении вверх-вниз. Именно он будет давать команду системе автоматической подпитки, когда это понадобится.

Особую роль играет датчик давления. Он включается на показателе в 40 psi. Как только внутреннее давление достигнет показателя в 45 psi, подкачка отключается. При превышении 50 psi сработает предохранитель.

Предохранитель водородного двигателя должен состоять из двух частей: вентиля аварийного сброса и разрывного диска. Разрывной диск активируется, когда давление достигает 60 psi, не нанося никакого вреда системе.

Для отвода тепла нужно использовать самую холодную свечу. Не подходят свечи с платиновыми наконечниками. Платина — отличный катализатор для реакции водорода и кислорода.

Важно! Уделите особое внимание созданию вентиляции картера водородного двигателя.

Электрическая часть

Важную роль в электрической схеме водородного двигателя играет таймер 555. Он выполняет роль импульсного генератора. Мало того, с его помощью можно регулировать частоту и ширину импульса.

Важно! Таймер имеет три частотных диапазона. Сопротивление резисторов в пределах 100 Ом. Подключение происходит параллельно.

В плате водородного двигателя должно быть два импульсных таймера 555. При этом первый должен иметь конденсаторы большей ёмкости. Выход с ноги 3 поступает на второй генератор. Он его собственно и включает.

Третий выход второго таймера импульсного водородного генератора подключается к резисторам на 220 и 820 Ом. Транзистор усиливает ток до нужной величины. За его защиту отвечает диод 1N4007. Это обеспечивает нормальную работу всей системы.

Итоги

Сейчас водородный двигатель уже не плод фантазии учёных, а вполне реальная разработка, которую можно сделать самостоятельно. Конечно, по характеристикам подобный агрегат будет уступать заводской модели. Но экономия для ДВС всё равно будет заметной.

Водородные двигатели не просто помогают сократить потребление бензина, но и являются полностью безопасными для окружающей среды. Именно поэтому уже в первом квартале продажи водородного автомобиля марки «Тойота» побили все рекорды в Японии.

Использование водорода в качестве энергоносителя для обогрева дома – идея весьма заманчивая, ведь его теплотворная способность (33.2 кВт / м3) превышает более чем в 3 раза показатель природного газа (9.3 кВт / м3). Теоретически, чтобы извлечь горючий газ из воды с последующим сжиганием его в котле, можно использовать водородный генератор для отопления. О том, что из этого может получиться и как сделать такое устройство своими руками, будет рассказано в данной статье.

Принцип работы генератора

Как энергоноситель водород действительно не имеет себе равных, а запасы его практически неисчерпаемы. Как мы уже сказали, при сжигании он выделяет огромное количество тепловой энергии, несравнимо большее, нежели любое углеводородное топливо. Вместо вредных соединений, выбрасываемых в атмосферу при использовании природного газа, при горении водорода образуется обычная вода в виде пара. Одна беда: данный химический элемент не встречается в природе в свободном виде, только в соединении с другими веществами.

Одно из таких соединений – обычная вода, представляющая собой полностью окисленный водород. Над ее расщеплением на составные элементы работали многие ученые в течение долгих лет. Нельзя сказать, что безрезультатно, ведь техническое решение по разделению воды все же было найдено. Его суть – в химической реакции электролиза, в результате которой происходит расщепление воды на кислород и водород, полученную смесь назвали гремучим газом или газом Брауна. Ниже показана схема водородного генератора (электролизера), работающего на электричестве:

Электролизеры производятся серийно и предназначены для газопламенных (сварочных) работ. Ток определенной силы и частоты подается на группы металлических пластин, погруженных в воду. В результате протекающей реакции электролиза выделяются кислород и водород вперемешку с водяным паром. Для его отделения газы пропускаются через сепаратор, после чего подаются на горелку. Дабы избежать обратного удара и взрыва, на подаче устанавливается клапан, пропускающий горючее только в одну сторону.

Для контроля за уровнем воды и своевременной подпитки конструкцией предусмотрен специальный датчик, по сигналу которого производится ее впрыск в рабочее пространство электролизера. За превышением давления внутри сосуда следит аварийный выключатель и сбросной клапан. Обслуживание водородного генератора заключается в периодическом добавлении воды, и на этом все.

Водородное отопление: миф или реальность?

Генератор для сварочных работ – это на данный момент единственное практическое применение электролитическому расщеплению воды. Использовать его для отопления дома нецелесообразно и вот почему. Затраты энергоносителей при газопламенных работах не так важны, главное, что сварщику не нужно таскать тяжеленные баллоны и возиться со шлангами. Другое дело – отопление жилища, где каждая копейка на счету. И тут водород проигрывает всем существующим ныне видам топлива.

Важно. Затраты электроэнергии на выделение горючего из воды методом электролиза будут гораздо выше, нежели гремучий газ сможет выделить при сжигании.

Серийные сварочные генераторы стоят немалых денег, поскольку в них используются катализаторы процесса электролиза, в состав которых входит платина. Можно сделать водородный генератор своими руками, но его эффективность будет еще ниже, чем у заводского. Получить горючий газ вам точно удастся, но вряд ли его хватит на обогрев хотя бы одной большой комнаты, не то что целого дома. А если и хватит, то придется оплачивать баснословные счета за электричество.

Чем тратить время и усилия на получение бесплатного топлива, которого не существует априори, проще смастерить своими руками простой электродный котел. Можете быть уверены, что так вы израсходуете гораздо меньше энергии с большей пользой. Впрочем, домашние мастера – энтузиасты всегда могут попробовать свои силы и собрать дома электролизер, с целью провести эксперименты и убедиться во всем самолично. Один из подобных экспериментов показан на видео:

Как изготовить генератор

Масса интернет-ресурсов публикуют самые разные схемы и чертежи генератора для получения водорода, но все они действуют по одному принципу. Мы предложим вашему вниманию чертеж простого устройства, взятый из научно-популярной литературы:

Здесь электролизер представляет собой группу металлических пластин, стянутых между собой болтами. Между ними установлены изоляционные прокладки, крайние толстые обкладки тоже изготовлены из диэлектрика. От штуцера, вмонтированного в одну из обкладок, идет трубка для подачи газа в сосуд с водой, а из него – во второй. Задача емкостей – отделять паровую составляющую и накапливать смесь водорода с кислородом, чтобы подавать его под давлением.

Совет. Электролитические пластины для генератора надо делать из нержавеющей стали, легированной титаном. Он послужит дополнительным катализатором реакции расщепления.

Пластины, что служат электродами, могут быть произвольного размера. Но надо понимать, что производительность аппарата зависит от их площади поверхности. Чем большее число электродов удастся задействовать в процессе, тем лучше. Но при этом и потребляемый ток будет выше, это следует учитывать. К концам пластин припаиваются провода, ведущие к источнику электричества. Здесь тоже есть поле для экспериментов: можно подавать на электролизер разное напряжение с помощью регулируемого блока питания.

В качестве электролизера можно применить пластиковый контейнер от водяного фильтра, поместив в него электроды из нержавеющих трубок. Изделие удобно тем, что его легко герметизировать от окружающей среды, выводя трубку и провода через отверстия в крышке. Другое дело, что этот самодельный водородный генератор обладает невысокой производительностью из-за малой площади электродов.

Заключение

На данный момент не существует надежной и эффективной технологии, позволяющей реализовать водородное отопление частного дома. Те генераторы, что имеются в продаже, могут успешно применяться для обработки металлов, но не для производства горючего для котла. Попытки организовать подобный обогрев приведут к перерасходу электроэнергии, не считая затрат на оборудование.

Раньше загородные дома можно было отапливать только одним способом – растапливали печь дровами или углем. Сегодня же для отопления частного дома используют разнообразное топливо: дизель, мазут, природный газ, электричество. Однако с ростом цен на топливо многие владельцы домов стараются найти более дешевый способ отопления. Одним из них является обычная вода, которую использует водородный генератор для образования такого топлива, как водород. Водород является неиссякаемым источником энергии. Его можно применять не только для обогрева помещений, но и для автомобиля.

Генератор водорода: устройство и его принцип работы

Использовать водород для обогрева жилых домов очень выгодно, так как он обладает высокой теплотворной способностью и при этом не происходит выделения вредных веществ. Однако в чистом виде добыча водорода невозможна, большое содержание его находится в реках, морях и океанах. Организм человека даже состоит из 63% водорода.

Чистый водород можно получать из многих различных химических соединений, например, водорода и кислорода. Самый известный способ получения водорода – это электролиз воды.

Чтобы получить чистый водород необходимо воду расщепить на два атома (НН) водорода и атом кислорода (О). Это и есть принцип работы водяного генератора: получение водорода с помощью электролиза. Газ, который выделяется при этом, назвали в честь великого физика Брауна и он имеет формулу ННО. Такой газ при сгорании не образует вредных веществ и является экологически чистым продуктом. Однако смесь водорода с кислородом образует в итоге горючий газ, который является взрывоопасным. Поэтому используя в домашних условиях электролизер, нужно соблюдать дополнительные меры безопасности.


Водяной двигатель имеет такое устройство:

  • Генератор водородного типа, где и происходит электролиз;
  • Горелка, она устанавливается в самой топке;
  • Котел, он выполняет функцию теплообменника.

На производство такого газа, как браун, используется в четыре раза меньше энергии, чем выделяется при его сгорании. Электричество при этом расходуется очень экономно, а топливо, которое ему необходимо – это обычная вода.

Водородный генератор: его достоинства и недостатки

Сегодня электролизёр является таким же привычным устройством, как например, плазменный резак или ацетиленовый электрогенератор. Такая электролизная установка, работающая на воде (печка), стала достаточно популярной, ее применяют для обогрева частных домов, а так же устанавливают на мотоцикл или авто для экономии топлива.

Водородный генератор является экологически чистым топливом, единственным отходом, который он вырабатывает, есть вода. Она выделяется в газообразном состоянии и известна нам, как водяной пар. А он, в свою очередь, никакого негативного влияния на окружающую среду не оказывает.

Такое устройство обладает и другими положительными достоинствами, но так же и недостатками. Самый важный недостаток – это его взрывоопасность. Однако соблюдая все предосторожности и правила безопасности, можно избежать негативных последствий.

Водородный реактор имеет свои преимущества:

  • Работает на воде;
  • Экономит электричество;
  • Является экологически чистым;
  • Высокий КПД;
  • Простота обслуживания.

Такой прибор HHO можно приобрести в готовом виде в специализированном магазине, стоит он будет, конечно совсем не дешево. Однако можно сделать его и своими руками из доступных деталей, сэкономив при этом приличную сумму. Однако ему нужна защита от воды и отдельный домик для хранения.

Самодельный водородный генератор: пошаговая инструкция

Изготовление водородного генератора можно осуществит в домашних условиях, но для этого будут нужны чертежи и пошаговая инструкция всего процесса. Схема электролизера очень проста (ее можно смотреть в интернете), поэтому каких-либо специфических материалов практически не понадобится.

Для создания самодельного генератора водорода нам понадобятся некоторые инструменты и материалы: пластиковый контейнер или полиэтиленовая канистра с крышкой, прозрачная трубка длиной 1м, с диаметром 8 мм, болты, гайки, силиконовый герметик, лист нержавейки, 3 штуцера, обратный клапан, фильтр, ножовка по металлу, гаечные ключи и нож.

Собрав все это, можно приступать к его изготовлению. Сборка осуществляется по чертежам, которые можно найти в интернете или же заказать у специалиста.

Инструкция изготовления:

  • Из листа нержавейки вырезаем 16 одинаковых пластин.
  • Сверлим отверстие в одном из углов. Угол должен быть одинаковым у всех 16.
  • Противоположный угол обязательно спиливаем.
  • Устанавливаем пластины поочередно на приготовленные болты, изолируя их шайбами и полиэтиленовыми трубками. Они не должны контактировать между собой.
  • Стягиваем всю конструкцию гайками, получается батарея.
  • Крепим данную конструкцию в пластиковую емкость, отверстия смазать герметиком.
  • Просверливаем отверстия в крышке, обрабатываем их так же силиконом, затем вставляем штуцера.


Самодельный кислородный гидролизер готов. Теперь его только нужно проверить на работоспособность. Для этого нужно заполнить емкость водой до болтов крепления и закрыть ее крышкой. Одеваем на один из трех штуцеров шланг из полиэтилена, а второй его коней опускаем в отдельную емкость, заполненную так же водой. К болтам нужно подключить электричество, если на поверхности появились пузырьки, значит, генератор работает и выделяет водород. После такого подключения и проверки, воду сливаем, а затем заливаем в емкость готовый щелочной электролит, чтобы получить больше выделяемого газа.

Электролизер для автомобиля: виды катализаторов

Водородный генератор, при установке, способен снизить расход топлива у легковых или грузовых машин, мотоциклов, а так же сократит выброс в атмосферу вредных веществ. На сегодняшний день, такой генератор для автомобиля приобретает популярность. Процесс электролиза в авто происходит благодаря применению специального катализатора. В конечном итоге получается оксиводород (ННО), который смешиваясь с топливом, что и способствует его полному сгоранию.

Благодаря такой установке можно сэкономить горючее на 50%. А так же, установив данную конструкцию в свой автомобиль, вы не только уменьшите токсичные выхлопы, но и: увеличите эксплуатационный срок двигателя, снизите температуру самого мотора и при этом повысите мощность всего силового агрегата.

Все процессы, которые происходят в водородном генераторе, происходят автоматически по специальной программе. Эта программа вшита в компьютер, который и управляет всем автомобилем. Машина без него попросту не будет работать.

Существует несколько видов катализаторов:

  • Цилиндрические;
  • С открытыми пластинами или их еще называют сухими;
  • С раздельными ячейками.

Самостоятельно водородный генератор можно изготовить, однако специалисты делать этого не рекомендуют, так как это устройство очень сложное по конструкции и при этом еще не безопасно. Если вы все же решили сделать его сами, тогда лучше всего подойдет для этих целей аккумулятор, вышедший из строя.

Электролиз широко используется в производственной сфере, например, для получения алюминия (аппараты с обожженными анодами РА-300, РА-400, РА-550 и т.д.) или хлора (промышленные установки Asahi Kasei). В быту этот электрохимический процесс применялся значительно реже, в качестве примера можно привести электролизер для бассейна Intellichlor или плазменный сварочный аппарат Star 7000. Увеличение стоимости топлива, тарифов на газ и отопление в корне поменяли ситуацию, сделав популярной идею электролиза воды в домашних условиях. Рассмотрим, что представляют собой устройства для расщепления воды (электролизеры), и какова их конструкция, а также, как сделать простой аппарат своими руками.

Что такое электролизер, его характеристики и применение

Так называют устройство для одноименного электрохимического процесса, которому требуется внешний источник питания. Конструктивно это аппарат представляет собой заполненную электролитом ванну, в которую помещены два или более электродов.

Основная характеристика подобных устройств – производительность, часто это параметр указывается в наименовании модели, например, в стационарных электролизных установках СЭУ-10, СЭУ-20, СЭУ-40, МБЭ-125 (мембранные блочные электролизеры) и т.д. В данных случаях цифры указывают на выработку водорода (м 3 /ч).

Что касается остальных характеристик, то они зависят от конкретного типа устройства и сферы применения, например, когда осуществляется электролиз воды, на КПД установки влияют следующие параметры:


Таким образом, подавая на выходы 14 вольт, мы получим 2 вольта на каждой ячейке, при этом на пластинах с каждой стороны будут разные потенциалы. Электролизеры, где используется подобная система подключения пластин, называются сухими.

  1. Расстояние между пластинами (между катодным и анодным пространством), чем оно меньше, тем меньше будет сопротивление и, следовательно, больший ток пройдет через раствор электролита, что приведет к увеличению выработки газа.
  2. Размеры пластины (имеется в виду площадь электродов), прямо пропорциональны току, идущему через электролит, а значит, также оказывают влияние на производительность.
  3. Концентрация электролита и его тепловой баланс.
  4. Характеристики материала, используемого для изготовления электродов (золото – идеальный материал, но слишком дорогой, поэтому в самодельных схемах используется нержавейка).
  5. Применение катализаторов процесса и т.д.

Как уже упоминалось выше, установки данного типа могут использоваться как генератор водорода, для получения хлора, алюминия или других веществ. Они также применяются в качестве устройств, при помощи которых осуществляется очистка и обеззараживание воды (УПЭВ, VGE), а также проводится сравнительный анализ ее качества (Tesp 001).


Нас, прежде всего, интересуют устройства, производящие газ Брауна (водород с кислородом), поскольку именно эта смесь имеет все перспективы для использования в качестве альтернативного энергоносителя или добавок к топливу. Их мы рассмотрим чуть позже, а пока перейдем к конструкции и принципу работы простейшего электролизера, расщепляющего воду на водород и кислород.

Устройство и подробный принцип работы

Аппараты для производства гремучего газа, в целях безопасности, не предполагают его накопление, то есть газовая смесь сжигается сразу после получения. Это несколько упрощает конструкцию. В предыдущем разделе мы рассмотрели основные критерии, влияющие на производительность аппарата и накладывающие определенные требования к исполнению.

Принцип работы устройства демонстрирует рисунок 4, источник постоянного напряжения подключен к погруженным в раствор электролита электродам. В результате через него начинает проходить ток, напряжение которого выше точки разложения молекул воды.

Рисунок 4. Конструкция простого электролизера

В результате этого электрохимического процесса катод выделяет водород, а анод – кислород, в соотношении 2 к 1.

Виды электролизеров

Кратко ознакомимся с конструктивными особенностями основных видов устройств для расщепления воды.

Сухие

Конструкция прибора данного типа была показана на рисунке 2, ее особенность заключается в том, что манипулируя количеством ячеек, можно запитать устройство от источника с напряжением, существенно превышающим минимальный электродный потенциал.

Проточные

С упрощенным устройством приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 5. Как видим, конструкция включает в себя ванну с электродами «A», полностью залитую раствором и бак «D».


Рис 5. Конструкция проточного электролизера

Принцип работы устройства следующий:

  • входе электрохимического процесса газ вместе с электролитом выдавливается в емкость «D» через трубу «В»;
  • в баке «D» происходит отделение от электролитного раствора газа, который выводится через выходной клапан «С»;
  • электролит возвращается в гидролизную ванну через трубу «Е».

Мембранные

Основная особенность устройств этого типа – использование твердого электролита (мембраны) на полимерной основе. С конструкцией приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 6.

Рис 6. Электролизер мембранного типа

Основная особенность таких устройств заключается в двойном назначении мембраны, она не только переносит протоны и ионы, а и на физическом уровне разделяет как электроды, так и продукты электрохимического процесса.

Диафрагменные

В тех случаях, когда не допустима диффузия продуктов электролиза между электродными камерами, используют пористую диафрагму (что и дало название таким приборам). Материалом для нее может служить керамика, асбест или стекло. В некоторых случаях для создания такой диафрагмы можно использовать полимерные волокна или стеклянную вату. На рисунке 7 показан простейший вариант диафрагменного прибора для электрохимических процессов.


Пояснение:

  1. Выход для кислорода.
  2. U-образная колба.
  3. Выход для водорода.
  4. Анод.
  5. Катод.
  6. Диафрагма.

Щелочные

Электрохимический процесс невозможен в дистиллированной воде, в качестве катализатора применяется концентрированный раствор щелочи (использование соли нежелательно, так как при этом выделяется хлор). Исходя из этого, щелочными можно назвать большую часть электрохимических устройств для расщепления воды.

На тематических форумах советуют использовать гидроксид натрия (NaOH), который, в отличие от пищевой соды (NaHCO 3), не разъедает электрод. Заметим, что у последней имеются два весомых преимущества:

  1. Можно использовать железные электроды.
  2. Не выделяются вредные вещества.

Но, один существенный недостаток сводит на нет все преимущества пищевой соды, как катализатора. Ее концентрация в воде не более 80 грамм на литр. Это снижает морозостойкость электролита и его проводимость тока. Если с первым еще можно смириться в теплое время года, то второе требует увеличения площади пластин электродов, что в свою очередь, увеличивает размер конструкции.

Электролизер для получения водорода: чертежи, схема

Рассмотрим, как можно сделать мощную газовую горелку, работающую от смеси водорода с кислородом. Схему такого устройства можно посмотреть на рисунке 8.


Рис. 8. Устройство водородной горелки

Пояснение:

  1. Сопло горелки.
  2. Резиновые трубки.
  3. Второй водяной затвор.
  4. Первый водяной затвор.
  5. Анод.
  6. Катод.
  7. Электроды.
  8. Ванна электролизера.

На рисунке 9 представлена принципиальная схема блока питания для электролизера нашей горелки.


Рис. 9. Блок питания электролизной горелки

На мощный выпрямитель нам понадобятся следующие детали:

  • Транзисторы: VT1 – МП26Б; VT2 – П308.
  • Тиристоры: VS1 – КУ202Н.
  • Диоды: VD1-VD4 – Д232; VD5 – Д226Б; VD6, VD7 – Д814Б.
  • Конденсаторы: 0,5 мкФ.
  • Переменные резисторы: R3 -22 кОм.
  • Резисторы: R1 – 30 кОм; R2 – 15 кОм; R4 – 800 Ом; R5 – 2,7 кОм; R6 – 3 кОм; R7 – 10 кОм.
  • PA1 – амперметр со шкалой измерения не менее 20 А.

Краткая инструкция по деталям к электролизеру.

Ванну можно сделать из старого аккумулятора. Пластины следует нарезать 150х150 мм из кровельного железа (толщина листа 0,5 мм). Для работы с вышеописанным блоком питания потребуется собрать электролизер на 81 ячейку. Чертеж, по которому выполняется монтаж, приведен на рисунке 10.

Рис. 10. Чертеж электролизера для водородной горелки

Заметим, что обслуживание такого устройства и управление им не вызывает трудностей.

Электролизер для автомобиля своими руками

В интернете можно найти много схем HHO систем, которые, если верить авторам, позволяют экономить от 30% до 50% топлива. Такие заявления слишком оптимистичны и, как правило, не подтверждаются никакими доказательствами. Упрощенная схема такой системы продемонстрирована на 11 рисунке.


Упрощенная схема электролизера для автомобиля

По идее, такое устройство должно снизить расход топлива за счет его полного выгорания. Для этого в воздушный фильтр топливной системы подается смесь Брауна. Это водород с кислородом, полученные из электролизера, запитанного от внутренней сети автомобиля, что повышает расход топлива. Замкнутый круг.

Безусловно, может быть задействована схема шим регулятора силы тока, использован более эффективный импульсный блок питания или другие хитрости, позволяющие снизить расход энергии. Иногда в интернете попадаются предложения приобрести низкоамперный БП для электролизера, что вообще является нонсенсом, поскольку производительность процесса напрямую зависит от силы тока.

Это как система Кузнецова, активатор воды которой утерян, а патент отсутствует и т.д. В приведенных видео, где рассказывают о неоспоримых преимуществах таких систем, практически нет аргументированных доводов. Это не значит, что идея не имеет прав на существование, но заявленная экономия «слегка» преувеличена.

Электролизер своими руками для отопления дома

Делать самодельный электролизер для отопления дома на данный момент не имеет смысла, поскольку стоимость водорода, полученного путем электролиза значительно дороже природного газа или других теплоносителей.

Также следует учитывать, что температуру горения водорода не выдержит никакой металл. Правда имеется решение, которое запатентовал Стен Мартин, позволяющее обойти эту проблему. Необходимо обратить внимание на ключевой момент, позволяющий отличить достойную идею от очевидного бреда. Разница между ними заключается в том, что на первый выдают патент, а второй находит своих сторонников в интернете.

На этом можно было бы и закончить статью о бытовых и промышленных электролизерах, но имеет смысл сделать небольшой обзор компаний, производящих эти устройства.

Обзор производителей электролизеров

Перечислим производителей, выпускающих топливные элементы на базе электролизеров, некоторые компании также выпускают и бытовые устройства: NEL Hydrogen (Норвегия, на рынке с 1927 года), Hydrogenics (Бельгия), Teledyne Inc (США), Уралхиммаш (Россия), РусАл (Россия, существенно усовершенствовали технологию Содерберга), РутТех (Россия).

Устройство, которое позволяет получать водород из воды – это водородный генератор. Зачастую их применяют в автомобилях. Применение подобного устройства в авто оправдано. Выработанный водород поступает во впускной коллектор движка. Это позволяет сэкономить топливо и иногда увеличить его мощность. В США такие генераторы выпускают на заводах. Стоят они не дешево — от 300 до 800 долларов. В нашей стране предпочтительно сделать генератор самостоятельно.

Принцип работы водородного генератора

Молекула воды — это соединение из водорода и кислорода. Атомы имеют возможность создавать ионы. Если вы наблюдали за экспериментами, в которых используется катушка Теслы, то должны знать, что атомы ионизуются под воздействием электрического поля. При этом водород будет образовывать положительные, а кислород отрицательные ионы. В водородных генераторах электрическое поле используется для отсоединения молекул воды друг от друга.

Итак, расположив два электрода в воде нам нужно создать электрическое поле среди них. Для этого их необходимо подключить к клеммам аккумулятора или любого другого источника питания. Анод является положительным, а катод отрицательным электродами. Ионы, которые образовались в воде, будут подтянуты к электроду, чья полярность противоположна. Когда ионы соприкасаются с электродами, то их заряд нейтрализуется из-за добавления или удаления электронов. Когда появившийся между электродами газ выходит на поверхность, то его нужно обязательно послать в двигатель.

Водородные ячейки для авто включают в себя сосуд с водой, который располагается под капотом. Обычная водопроводная вода наливается в сосуд и туда добавляют чайную ложку катализатора и соды. Внутрь погружены пластины, подключенные к аккумулятору. При включении в авто зажигания, конструкция (водородный генератор) производит выработку газа.

Какие электроды лучше использовать?

Первые в мире электроды были изготовлены из меди, но выяснилось, что они далеки от идеала. К тому же медь дает сильную реакцию при контакте с водой. Происходит выделение большого числа загрязнителей, поэтому использование меди далеко не лучший вариант. Мы рекомендуем вам использовать электроды, которые выполнены из нержавеющей стали. Для сокращения вероятности коррозии нужно выбирать нержавеющую сталь высокого качества . Толщина листов должна быть около 2 мм, для уменьшения сопротивления.

Описание процесса сборки генератора водорода

Разобравшись в тонкостях действия водородного генератора, перейдем к его созданию. Для того чтобы собрать водородный генератор своими руками нам будет нужно:

  • канистра из полиэтилена;
  • провода для соединения;
  • резина из силикона;
  • специальный герметик;
  • шланги с хомутами.

Подобрав все необходимое, приступим к изготовлению генератора своими руками.

Рекомендуем также

Электролизер для отопления дома — Система отопления

Система отопления имеет терморегуляторы, механизм управления тепла, крепежную систему, фиттинги, автоматические развоздушиватели, радиаторы, расширительный бачок, циркуляционные насосы котел отопления, провода или трубы. Любой элемент большою роль. Посему выбор частей монтажа нужно осуществлять технически правильно. Монтаж обогрева квартиры имеет различные элементы. На этой странице ресурса мы сможем определить для нужной дачи нужные части отопления.

Электролизер для отопления дома

Водород – один из источников отопления дома

В средневековье известным ученым Парацельсом в ходе опытов был замечен такой процесс, как выделение пузырьков воздуха при взаимодействии железа и серной кислоты. Однако это был не воздух, а водород. Это легкий газ, который не имеет ни цвета, ни запаха. А если он смешивается с кислородом, то газ является взрывоопасным. Сегодня отопление на водороде своими руками – это распространенное явление. Ведь водород можно получить в любом количестве, где есть вода и электричество.

Под действием электролиза молекулы воды делятся на кислород и водород. Последний обладает массой уникальных свойств. В жидком состоянии при температуре -250 градусов Цельсия это наиболее легкая жидкость, а в твердом состоянии – самое легкое вещество. Атомы водорода являются самыми маленькими. А при смешивании с атмосферным воздухом водород превращается в смесь, которая способна взорваться от даже самой маленькой искры.

В век технологий существует множество вариантов отопить свой дом. Однако любители самостоятельно создавать разные технические приспособления могут сделать отопление дома водородом своими руками. Это экологически чистый, в то же время, очень мощный источник тепла, благодаря которому можно отопить большое помещение.

Котел отопления на водороде итальянского производства

Водородное отопление дома было разработано одной из компаний в Италии. Когда такая установка работает, она не производит никаких вредных выбросов. Таким образом, это экологически чистое, эффективное, бесшумное отопление дома.

Ученые разработали способ сжигать водород для отопления дома при такой температуре, как 300 градусов по Цельсию. Благодаря этому появилась возможность производить котлы для отопления из традиционных материалов. Такого типа котлы для функционирования не требуют специальной системы отвода продуктов сгорания в атмосферу, так как здесь таковых продуктов нет. В данном случае выделяется только пар, не вредный для окружающей среды. А получить водород – это доступный процесс. Все, на что будут идти расходы, – это только электроэнергия. А если вы будете, используя водородный генератор для отопления, задействовать еще и солнечные панели, то и затраты на электричество можно минимизировать.

Чаще всего котел на водороде применяется для того чтобы обогревать полы. И такие системы на сегодняшний день можно найти с самой разной мощностью. Монтируются они собственноручно.

Водородная установка для отопления дома состоит из следующих компонентов: котел и трубы, имеющие диаметр 25-32 мм (1-1,25 дюймов). Трубы других размеров используются редко. Трубы можно смонтировать самостоятельно, но здесь следует выполнять одно условие – после каждого разветвления диаметр должен быть меньшим. И порядок уменьшения диаметра следующий – труба D32, труба D25. После разветвления – труба D20, последняя – труба D16. Когда такое правило соблюдается, то водородная горелка для отопления будет работать эффективно и качественно.

Водородное отопление имеет несколько важных достоинств, которые обусловливают распространенность системы:

  • Это экологически чистые системы. И здесь единственным побочным продуктом, выбрасывающимся в атмосферу при работе, является вода в состоянии пара. Этот пар никоим образом не наносит вред окружающей среде.
  • Водород в системе отопления функционирует без применения пламени. Тепло создается в результате каталитической реакции. Когда водород соединяется с кислородом, получается вода. При этом выделяется много тепловой энергии. Поток тепла температуры примерно 40 градусов идет в теплообменник. Для теплых полов – это идеальный температурный режим.
  • Очень скоро водородное отопление своими руками сможет заменить традиционные системы, таким образом, освободив общество от добывания разного топлива – нефти, газа, угля и дров.

КПД, который вырабатывает отопление частного дома водородом, может достигнуть 96%.

Еще одним способом, в настоящее время довольно спорным, является применение газа Брауна для отопления. Газ брауна для отопления дома является химическим соединением, состоящим из двух атомов водорода и одного атома кислорода. При сгорании такого газа создается практически в 4 раза больше энергии.

Установка для получения газа Брауна

Источник: http://otoplenie-doma.org/otoplenie-na-vodorode.html

Электролизер для отопления дома

Прошли те времена, когда частный дом можно было обогреть одним-единственным способом — русской печью. Благо, в нашем современном мире, цивилизация добралась и до загородных домов. Теперь любой человек желает иметь свой дом, со всеми удобствами и комфортом. Усовершенствованные технологии и материалы дают возможность оборудовать отопление частного дома различными способами, а в качестве теплоносителя можно использовать — воду, пар, антифриз, а также газообразное вещество. Как видите, выбор очень большой. И изучив все плюсы и минусы данных систем, можно выбрать для себя наиболее подходящий вариант. Сейчас мы здесь обсудим, как можно использовать газ Брауна в системе отопления. В народе его еще обзывают: коричневым или зеленым газом, оксигидрогеном.

Немного углубимся в теорию, чтобы вам было понятно, что собой представляет — это газообразное вещество. Газ Брауна — это «гремучий» газ без цвета и запаха, состоящий из двух частей газообразного водорода и одной части кислорода. Химическая формула газа Брауна (ННО).

На сегодняшний день — отапливание дома водородом, это ноу-хау, которое хоть и не имеет масштабного использования, но уже успело завоевать и привлечь к себе пристальное внимание потребителей. В интернет сообществе активно дискутируют на тему, целесообразно ли использовать газ Брауна для систем отопления.

Дискуссии идут в нескольких направлениях:

  1. С точки зрения безопасности — можно ли газ «гремучку» использовать и при этом не произойдет никакого взрыва, так как водород славится своей взрывоопасностью.
  2. Экономичность получения этого продукта — стоит ли он тех затрат, которые будут затрачены на получения этого газа.

Давайте разберемся, откуда этот газ появляется. Есть устройство обзываемое генератором газа Брауна — предназначен он для получения того самого газа, о котором так активно рассуждает интернет сообщество. Данное изобретение позволило снизить затраты на производство водорода и значительно уменьшить количество вредных выбросов. Под действием переменного тока, вода расщепляется на самостоятельные составляющие, на два атома водорода НН и атом О (кислорода). Если выражаться научным языком, то этот метод называется — электролизом воды, в результате чего получается газ с химической формулой ННО.

Для того чтобы расщепить воду методом электролиза необходимо затратить 442,4 килокалории на Моль. В итоге из одного литра воды получится — 1866,6 литров гремучего газа. При сгорании водорода, вступившим в реакцию с кислородом, энергии возвращается в 3,8 раза больше, чем было затрачено на его получение. Добывая водород таким способом, можно использовать его для энергообеспечения зданий и сооружений.

У многих сограждан наслышавшись о такой системе, возникают вопросы:

  1. Возможно ли «гремучку» применить для отапливание дома?
  2. Сколько выделяется при электролизе — газа Брауна?
  3. Как будет происходить процесс горения?
  4. Есть ли на Российском и Зарубежном рынке — готовое запатентованное устройство, которое будет преобразовывать воду в «гремучку»?
  5. Конечно же, еще многих волнует вопрос — экономичность и безопасность такой системы.

Отопление домов газом Брауна на сегодняшний момент, в силу своей новизны, еще не приобрело широкого применения. Производители водородных котлов, только начинают набирать свои обороты в изготовлении и поставках их на Российский и Западный рынки.

На сегодняшний момент, генераторы газа Брауна, активно используются на рынке автолюбителей. Все мы знаем, что топливо в двигателе внутреннего сгорания сгорает не эффективно. В двигателе авто сгорает лишь 40% топлива, а остальные 60%, можно сказать, улетают в воздух. Эта система дает сильный прирост мощности двигателя, что позволяет экономить бензин, а также снижает количество вредных выбросов в атмосферу, что благоприятно сказывается на нашей экологии. К сожалению, на сегодняшний день водородные генераторы, практически, можно использовать только для автомобилей. Для системы отопления, промышленные выпускаемые генераторы, использовать нельзя. Они для этого еще плохо приспособлены и не до конца разработаны. Да еще выбор в магазинах очень скуден и невелик.

Но откуда тогда пошел слух, что газ Брауна можно использовать для отопления. А это непросто слух, а уже доказанный факт, как многие наши сограждане устанавливают самодельные генераторы газа Брауна, у себя в частных домах, в гаражных кооперативах.

Всеобщий интерес к генераторам газа Брауна, продолжает набирать обороты. Существует большое количество людей, которые планируют или уже собирают своими руками водородные генераторы для котла. Цена на них, мягко говоря, слегка завышена, коэффициент полезного действия (КПД) редко превышает 50% и никогда не превышает даже 90%. На сегодняшний день есть только одно верное решение. Этот генератор необходимо будет сделать самому, для того, чтобы он работал эффективно. с КПД более единицы.

Потребители, которые уже опробовали такую систему для отапливания своих домов. отмечают положительную динамику при использовании данной системы.

Генератор газа Брауна можно собрать несколькими способами. Для того чтобы собрать такую установку в домашних условиях, необходимо приобрести некоторые комплектующие.

Емкость для дистиллированной воды. Вода будет подаваться в герметичную конструкцию с диэлектриком, где располагается комплект собранных нержавеющих пластин, примыкающих друг к другу через изолятор. На нержавеющие пластины должно поступать напряжение 12 Вольт, при таком напряжении происходит распад воды на газы. Но наиболее результативный способ — это подача переменного тока с определенной частотой от ШИМ генератора, где вместо постоянного тока используется переменный или импульсный ток, при этом эффективность установки резко возрастет.

Комплектующие приобретены, теперь начинаем все это собирать.

Для этого нам понадобятся: ​​

  • нержавеющие трубки разных диаметров или листовой нержавеющий металл;
  • шим регулятор с мощностью не меньше 30 А;
  • емкость для размещения этой конструкции;
  • для питания, необходим источник — 12 Вольт.

На Шим подается напряжение, регулятор образует напряжение с необходимой частотой. От того какая будет частота, зависит плодотворность выработки газа. Затем напряжение подается на нержавеющие трубки или пластины, в которых находится вода. В них, под действием тока, выделяется «гремучка». Далее она поступает по гибким трубкам в емкость осушителя. А уже из осушителя, газ подается в контур подачи воздуха.

Такую установку можно применять для отапливания: гаражных кооперативов, загородных домов, все зависит от полета вашей фантазии. Чтобы применить данную установку для отапливания дома, нужно переделать твердотопливный котел или газовый, под газ Брауна. Если вы все-таки надумаете собирать и активно использовать данную самодельную установку, то вы получите дешевое топливо. И экологически чистый продукт, который не загрязняет воздух. При сборке генератора газа Брауна, у вас будут возникать вопросы. Здесь мы ответим на наиболее часто задаваемые вопросы.

Какую воду использовать, обычную водопроводную или дистиллированную?

Можно использовать водопроводную воду, если в ней нет тяжелых металлов или дистиллированную. Но лучший эффект достигается при использовании раствора гидроксида натрия, добавленного в дистиллированную воду. Необходимо соблюсти пропорцию, на десять литров воды нужно добавить одну столовую ложку гидроксида натрия и тщательно размешать.

Какой металл использовать?

В разных пособиях и руководствах, пишут о том, что необходимо использовать только редкие металлы.

Вас вводят в заблуждение. Можно использовать любую нержавеющую сталь. Самые хорошие результаты при работе со сталью, показала ферромагнитная сталь, которая не притягивает частицы ненужного мусора. Еще один важный момент, главное, при выборе металла, отдать предпочтение нержавеющей стали, и чтобы она не была подвержена окислению.

Насколько долговечны пластины электродов?

Менять пластины на новые нет надобности, так как при работе они совсем не разрушаются.

Что нужно сделать, чтобы подготовить пластины для электродов? И как правильно это сделать?

В первую очередь, перед сборкой пластин их необходимо очень тщательно промыть в мыльном растворе, а потом обработать их поверхность спиртосодержащим веществом (водкой или спиртом). Электролизер некоторое время необходимо «погонять», периодически заменяя грязную воду, на чистую. Продолжаем до тех пор, пока вода не вымоет всю грязь. Если вода будет достаточно чистая, то установка нагреваться не будет.

Если вы собрали электролизер правильно, то при его использовании вода и пластины нагреваться не будут. Важно не перегревать электролизер выше 65 градусов. Если температура поднимется выше указанной температуры, то к пластинам пристанет грязь, металлы с минералами. И их придется удалять при помощи наждачной бумаги или заменять их на новые.

Источник: http://teplo.guru/sistemy/otoplenie-gazom-brauna.html

Так же интересуются
11 октября 2021 года

Газогенератор (электролизер) своими руками (эксперимент)

Решил сделать газогенератор по разложению воды на кислород и водород, чтобы можно было паять твердыми припоями и установить в авто для полного сгорания бензина. В интернете много отчетов по уже изготовленным генераторам, якобы даже работающим.

Нашел нержавейку, нарезал болгаркой 11 пластин 15х15 мм, собрал. Из них потом сделал восьмиугольники.

Прокладки резал из авто камеры.

Когда вырезал пластины три штуки оставил с одним углом, чтобы было удобнее подключать питание, 8 – восьмиугольные. Затем пластины я прошел бруском, чтобы лучше образовывались пузырьки газа.

Перед сборкой наклеил с одной стороны на пластины прокладки и во время сборки использовал клей на прокладках. Так собирать удобнее и герметичнее.

Ну раз готов генератор, значит можно его испытывать.

Залил в полторашку воды, подключил выпрямитель на 14 вольт, 7 ампер, а в результате НИЧЕГО.

Залез опять в интернет, оказалось, что не только у меня, но и ни у кого на воде генератор не работает. А чтобы его расшевелить нужно залить в него электролит. Предложений по приготовлению тоже много – Мистер Мускул, Крот, каустическая сода, пищевая сода, главное, чтобы в его составе был NaOH.

На чистой воде генератор работать не хочет. Правда кто-то сделал генератор на воде, но после этого его никто больше не видел, а описание и чертеж не сохранились.

Решил сделать электролит из пищевой соды. Налил кипяченой воды, насыпал соды и мешал, пока она не растворилась полностью (насыщенный раствор).

Подключил по временной схеме полторашку с содой, на выходе трубку с иглой от шприца, подал напряжение и стал ждать результата, который не заставил себя ждать.

Генератор заработал.

Подключение делал по разному и как в журнале Моделист-конструктор первая и последняя пластины (так хуже работает) и минус на 1 и последнюю пластины, а плюс в середине (так газа вырабатывается больше).

Пробовал подключать другой блок питания 18 вольт 13 ампер, с ним генератор работает веселее.

В итоге пришел к выводу, что чем больше площадь пластин и ампер, тем больше газа выделяется.

Эксперимент удался, теперь буду делать газогенератор из 50 пластин размером 20х20 мм. Чтобы уйти от применения гидрозатвора на выходе, хочу использовать бачок омывателя от ВАЗ, то есть подача и обратка внизу бачка, ниже бачка генератор, а выход газа сверху. Будет постоянное пополнение электролитом самого генератора, а так же электролит будет дополнительно выполнять роль гидрозатвора, а сверху бачка-омывателя выход газа на горелку. Делать буду генератор мобильным, чтобы можно было его установить на авто и в любое время можно было его снять и использовать в качестве горелки для пайки.

Рисовать ничего не стал, так как в интернете очень много работ, можете посмотреть там. Думаю, что достаточно фотоотчета.

Николай Евдокимов.

Генератор газа Брауна

Сгорание топлива в двигателях внутреннего сгорания происходит не эффективно. В лучшем случае, в двигателе автомобиля сгорает лишь 40% топлива, остальные 60% – догорают в выхлопной трубе.

Генератор газа Брауна (этот газ еще называют: гремучий газ, коричневый газ, HHO газ, водяной газ, гидроген, ди-гидроксид, гидроксид, зеленый газ, клейн газа, оксигидроген) предназначен для выработки газа, который используется для интенсификации процесса горения в двигателях внутреннего сгорания. За счет явлений интенсификации горения достигается существенная экономия топлива и прирост мощности двигателя. Еще одним преимуществом этой системы является снижение вредных выбросов двигателем, способствует улучшению экологии.

Экономия бензина происходит из за лучшего горения бензина. Обычно, только около 15% доступной энергии бензина, преобразуется в механическую энергию в двигателе внутреннего сгорания. Дополнение газом Брауна приводит к лучшему сгоранию топлива и позволяет извлечь доступную энергию из бензина, преобразовать в механическую энергию, что не нарушает законы термодинамики.

Комплект состоит из электролизера (HHO generator), нового процессорного оптимизатора (EFIE) SD-04, модулятора тока М1-02 (PWM), колбы и фильтра.
1л газа в минуту. 9В 9A

Теория Газа Брауна заключается в том, что Газ Брауна – смесь двухатомных и атомарных молекул водорода и кислорода. Самый простой способ получить Газ Брауна состоит в том, чтобы использовать электролизер, который использует электричество, чтобы расщепить воду на ее элементы водород и кислород. В момент расчепления воды водород и кислород находятся в атомарном состоянии, это – H для водорода и O для кислорода.
При нормальном электролизе водород и кислород с атомарного состояния переходят в бинарное. Бинарное означает, что водород сформировал валентные связи и образовал молекулу h3, а кислород – O2. Двухатомное состояние обладает более низким энергетическим состоянием молекул.

Чтобы расщепить воду путем электролиза необходимо 442,4 килокалории на Моль. Это эндотермическая реакция (поглощение энергии). Если уменьшить образование бинарных молекул, тогда наш электролит не нагрелся бы, потому что не происходила бы экзотермическая реакция, которая вызывала бы повышение температуры.
Также произошло бы увеличение объема газа, произведенного при электролизе за счет того что молекулы были бы атомарными. С одного литра воды выходит 1866,6 литров Газа Брауна. При нормальном двухатомном состоянии h3:O2 выходит 933,3 литра. Если предположить, что нам удалось добыть достаточное количество атомарной смеси H и O для сжигания в газовой горелке, то температура пламени была бы существенно выше чем при обычном сжигании водорода. 

Таким образом мы бы получили «горячее» пламя, потому что не расходовалась бы энергия на раскол h3 и O2.

Если бы H и O непосредственно участвовали в синтезе воды, то у нас были бы (для четырех молей H и двух молей O) 442,4 килокалории доступной энергии, вместо 115,7 килокалорий доступными при 2h3:O2.
Эта дополнительная энергия может объяснить некоторые странные эффекты Газа Брауна, такие как плавление вольфрама, образование чистых как будто проделанных лазером отверстий в дереве, металле и керамике. Температура моно-атомного Газа Брауна выше в 3.8 раза традиционной смеси h3 и O2.

  1. Полная автоматизация процесса;
  2. Автоматическая стабилизация параметров;
  3. Автоматическое управление выработкой газа под потребности двигателя;
  4. Быстродействующая самовосстанавливающаяся защита;
  5. Простая и понятная сигнализация о плотности электролита и работоспособности;
  6. Очистка газа от нежелательных примесей;
  7. Все необходимое для монтажа в комплекте;
  8. Плавный пуск и автоматическое отключение на неработающем двигателе;
  9. Для инжекторных автомобилей система комплектуется модулем, способным точно поддерживать заданный состав топливной смеси;

Принцип работы Генератора газа Брауна

Генератор газа Брауна  Е-HIBRIDCAR состоит из электролизера (электроды изготовлены из специальной марочной кислотостойкой нержавеющей стали, прошедшую электрохимическую обработку), циркуляционного резервуара, системы управления (модулятора), оптимизатора топливной смеси (для инжекторных авто). Способ выделения газа основан на явлении электролиза воды. Циркуляционный резервуар предназначен для отделения газа от воды, а так же снабжения газогенератора электролитом.

В электролизере протекает химическая реакция электролиза с выделением водорода и кислорода (газ Брауна) из специального электролита, состоящего из дисциллированой воды и катализатора. Химическая формула нашего катализатора такова, что он не выделяется с газом, а остаётся в воде, что исключает вероятность попадания его в двигатель. Образовавшийся газ выходит по трубке из верхнего штуцера электролизёра и направляется в отдельную ёмкость — «водяной затвор», заходя с нижней её части, там очищается от пены и поднимается над уровнем воды в виде газа, откуда следует через влагоулавливающий фильтр и через обратный клапан в воздушный коллектор и далее в камеру сгорания. Так же из «водяного затвора» вода поступает по второй трубке через нижний штуцер обратно в электролизёр, таким образом происходит циркуляция жидкости по системе. 

В результате сгорания газа образуется сухой водяной пар, который в свою очередь, очищает клапанно-поршневую группу от нагара, улучшает теплообен между седлом и клапаном,  что способствует увеличению ресурса двигателя. Так же уменьшается загрязнение масла в двигателе и увеличивается межсервисный пробег.

Управление выработкой газа производится модулятором (PWM), в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и температуры электролизера. Модулятор представляет собой интеллектуальное электронное устройство, которое позволяет ипользовать резонансные явления в электролизере.

Благодаря особому способу модуляции тока достигается максимальная производительность системы. Так же предусмотрено снижение энергопотребления и выработки газа при снижении оборотов коленчатого вала, эта функция предотвращает разряд аккумулятора и разгружает электрогенератор автомобиля. На современных автомобилях снижение энергопотребления на холостых оборотах так же влечет некоторое 
снижение расхода топлива так как выработке электоэнергии сопутствует увеличение подачи топлива в двигатель, которое используется для поддержания номинальной частоты вращения коленчатого вала.

Так как процесс сгорания топлива с газом Брауна улучшается, для максимальной экономии топлива в двигатель желательно корректировать топливную смесь в сравнении с обычным режимом без ущерба мощности. В связи с этим нами был разработан оптимизатор соотношения топливной смеси. Оптимизатор способствует выводу двигателя в наиболее оптимальный режим при работе с газом Брауна, благодаря чему может быть достигнута максимально возможная экономичность. Для коррекции топливной смеси можно применять и ЧИП тюнинг.

Каждый литр воды расширяется на 1866 литров горючего газа. Вам не нужно будет возить с собой баллон с газом, а всего литр воды в емкости под капотом! Одного литра воды хватает на 30 — 40 часов езды.

Система  Е-HIBRIDCAR может дополнительно комплектоваться и другими системами экономии топлива, увеличивающими результат.


Номинальный выход газа *-2 л/мин
Максимальный ограничиваемый потребляемый ток *- 25 А
Диапазон автоматического регулирования потребляемой мощности и выхода газа — 10 … 100%
Рабочая частота модулятора- 0,5 … 3 КГц
Диапазон автоматического регулирования потребляемой мощности при превышении максимальной рабочей температуры- 0 … 100%
Диапазон автоматического регулирования потребляемой мощности при превышении максимальной рабочей температуры электролизёра- 0 …. 100%
Максимальная рабочая ограничиваемая температура электролизёра- 80 оС
Защита от короткого замыкания в электролизере- есть (50 или 90А)
Плавный пуск- 10 секунд
Стабилизация тока электролизёра- есть

* – Параметры устанавливается при настройке в зависимости от типа двигателя

Генератор газа Брауна ЭХО-450

  1. Применение: генератор водорода (HHO генератор), пригодных для автомобилей с двигателями до 2000 куб
  2. Рабочее напряжение: 12 В — 14 В
  3. Потребляемая мощность: 20 — 40 А
  4. Добыча газа Браун: 72-90 литров в час.
  5. Экономия топлива: 15% — 30%
  6. Производство Болгария. Гарантия: 24 месяцев (в зависимости от условий эксплуатации).

Генератор газа Брауна ЭХО-750

  1. Применение: генератор водорода (HHO генератор), пригодных для автомобилей с двигателями от 2000 до 3000 куб.см
  2. Рабочее напряжение: 12 В — 14 В
  3. Потребляемая мощность: 20 — 40 А
  4. Добыча газа Браун: 90-120 литров в час.
  5. Экономия топлива: 15% — 30%
  6. Производство Болгария. Гарантия: 24 месяцев (в зависимости от условий эксплуатации).

Генератор газа Брауна ЭХО-1000

  1. Применение: генератор водорода (HHO генератор), пригодных для автомобилей с двигателями более 3000 куб.см
  2. Рабочее напряжение: 12 В — 14 В
  3. Потребляемая мощность: 20 — 40A
  4. Добыча газа в Браун: 120-200 литров в час.
  5. Экономия топлива: 15% — 30%
  6. Замораживание электролитом: -25 градусов по Цельсию
  7. Производство Болгария. Гарантия: 24 месяцев (в зависимости от условий эксплуатации).

HHOгенератор HC12V-PRO-4E

  1. HHO генератор HC12V-PRO-4E является универсальным — для автомобилей с 1000 до 4000 куб.
  2. Подходит для автомобилей, микроавтобусов, грузовых автомобилей, сельскохозяйственной и строительной техники
  3. Исключительная электрическая эффективность водородной ячейки.
  4. Высокая надежность и долговечность — для транспортных средств, проходящих более 200 километров в день в городах и вне городов.
  5. Генератор Газа Брауна управляется очень точным „Процессорнным контролером с PWM”.
  6. Ток которой потребляет водородная ячейка регулируется в зависимости от оборотов автомобиля.
  7. Защита от перегрузки генератора тока – вьключает водородную ячейку, если одновременно работают многиеэлектрические приборы в автомобиле.
  8. Водородный генератор включается после запуска двигателя и достиженияоборотов, при которых начинаетсязарядка аккумулятора.
  9. Тепловая защита на двух уровнях — первое включение принудительного охлаждения электроники при перегрев,второе полное отключение водородную ячейку при перегрева.
  10. Продления срока службы генератора HHO по крайней мере в три раза благодаря работе процесса управления.
  11. Автоматический долив воды в генератор водорода для автомобилей с большими двигателями (бак загружается только один раз в 3000 км).
  12. Во время работы, поддерживать низкой концентрации электролита и, следовательно, продливает жизнь водородной ячейки.

Это наш Процессорнный контролер PWM.Он будетуправлять работой водородной ячейки. Положительный полюс кконтроллеру прервается черезреле, которое замыкает сеть только тогда, когда двигатель работает. Процессорнныйконтролер PWM контролирует обороты двигателя и в зависимость от оборотов подаетса различный по величине ток кводородной ячейке и таким образом регулирует производство газа Брауна и разгружает генератор тока.На холостых потребляетса ток 5-8А а при увеличение оборотов примерно 2000 об. Подается ток 20А к водородной ячейке.

Это самой нижний класс из професионалной серии генераторы водорода.Он предназначен для автомобилей,микроавтобусов и небольших грузовиков с двигателями до 4000 куб. Для больших двигателей предлагаем комплект, который может питать двигатель с более чем 20000 литров.

Производство Болгария. Гарантия: 24 месяцев (в зависимости от условий эксплуатации).


Электролизер для получения водорода – дешевое отопление дома

Обустройство загородного дома не может считаться полноценным, если вопрос с отоплением в нем остается нерешенным. В настоящее время устроить отопительную систему в частном доме несложно, главное – правильно подобрать вариант обогрева, который будет отвечать назначению сооружения, его функциональности и находиться в рамках бюджета. Так, к одному из самых современных вариантов обогрева можно отнести отопление дома водородом.

Заводской генератор водорода

И, невзирая на то, что этот способ создания комфортных температурных условий в помещения не так популярен, как более традиционные варианты, есть те, которые даже предпочитают делать водородный генератор своими руками. Что это такое и в чем особенности этого оригинального способа – в нашей статье.

Общая информация

Еще несколько веков тому назад Парацельс во время проведения экспериментов, заметил один очень интересный процесс: при взаимодействии металла и серной кислоты образуются пузырьки воздуха. Чуть позже было установлено, что это выделялся не воздух, а водород – бесцветный газ, не имеющий запаха.

Отопление на водороде – хотя и не новый, но относительно непопулярный способ отопления жилья именно по причине приверженности традиций. И если ранее отопление водородом считалось опасным для человека, поскольку слишком высокая температура требуется для сжигания водорода, то сегодня стали применять альтернативные методики. Усовершенствованная система водородного отопления дала возможность сжигать водород при более низкой температуре, что в принципе безопасно.

Как это работает

Для получения одной воды требуется окисление водорода кислородом (экскурс в школьную программу физики 6 класса). При такой химической реакции выделяется объем тепла, троекратно превышающий тот, который выделяется при сгорании газа. При этом водород, в отличие от газа – неисчерпаемый источник энергии. Если проводить аналогию с другим известным химическим элементом гелием, водород является главным и основным строительным материалом на Земле. Как отмечают специалисты, именно за водородным отоплением будущее, тем более, что сейчас не требуется колоссальной энергии для расщепления атомов воды на кислород и водород. На поиск такого простого способа ушло более двух столетий, в конечном итоге именно метод электролиза оказался самым выгодным и оправданным.

ВИДЕО: Водородный генератор – ячейка Стенли Мейера

Стенли Мейер предложил уникальное решение, которое было способно полностью избавить мир от нефтяной «иглы», за что, собственно и был убит, а труды его бесследно пропали. Были найдены лишь отдельные фрагменты, записки и очерки ученого, на основании которых частично была восстановлена технология, впоследствии названная ячейкой Мейера.

Метод электролиза

Для получения водорода были использованы металлические пластины на небольшом удалении друг от друга, находящиеся под высоким напряжением. При подаче энергии на пластины молекулы воды (Н2О) буквально разрываются на части, высвобождая 2 молекулы водорода и 1 одну молекулу кислорода. В этот момент происходит выделение тепла, равное 121 МДж на 1 кг. Этот газ носит название Брауна, что означает гремучий (Browns Gas), и главная его особенность заключается в том, что газ одноатомный, то есть на одну молекулу приходится один атом. Вместе с тем, газ не случайно назван гремучим, так как соединение водорода с кислородом требуется отдельных мер осторожности.

Схема установки для расщепления воды и получения газа Брауна

Применение водорода в системах отопления

В век технического прогресса существует огромное количество способов обустройства отопительной системы в частном доме. И, вне зависимости от того, что любой из нас имеет огромный выбор обогревательных блоков, некоторые все же умудряются собственноручно собирать тепловые установки, экономя тем самым на этом немало финансовых ресурсов. Так, отопление водородом своими руками может собрать сегодня практически каждый, кто хочет обустроить свое жилье экономно выгодным источником теплоэнергии.

Схема работы электролизера – агрегата для расщепления атомов воды

Водородное отопление частного дома – это экологичный, и вместе с тем, достаточно мощный теплоисточник, позволяющий обогреть здание с большой площадью.

Что же касается покупных обогревательных блоков, то самый первый водородный котел отопления был разработан итальянской компанией. Тогда эти блоки, равно как и сейчас, работали практически бесшумно и не выделяли абсолютно никаких токсичных веществ. Именно по этой причине водородное отопление дома, цена которого во многом зависит от марки оборудования, признано экологически чистым, эффективным и бесшумным способом обогрева жилья.

В силу того, что ученые смогли разработать такой метод сжигания водорода, когда температура внутри котла достигает 300°С, появилась возможность изготавливать тепловое оборудование из привычных жаропрочных металлов.

Водородный генератор для отопления частного дома, купить который можно на заводах производителях, не нуждается в обустройстве специального механизма вывода отходов горения. Дело в том, что они попросту отсутствуют. А это в очередной раз подтверждает, что подобные установки являются экологически чистыми. Во время эксплуатации такие тепловые блоки выделяют только пар, которые никоим образом не может нанести вред, как человеческому организму, так и окружающей среде.

Чтобы получить водород своими руками, потребуется, как было казано выше, только вода и свет. И если в вашем доме проведена вода из колодца или любого другого источника, за который не нужно платить, то расходы только пойдут на оплату электроэнергии.

Генератор водорода (электролизер), изготовленный своими руками

Если воспользоваться для электролиза этого газа энергией, полученной из солнечных панелей, то по конечному итогу вы получите практически бесплатное отопление дома своими руками.

В большинстве случаев водородные котлы используются для обогрева напольных поверхностей. Сегодня таких систем очень много, остается только определиться с типом и мощностью, которая зависит от площади обогреваемого помещения.

Современные водородные отопительные установки комплектуются двумя функциональными элементами:

  • нагревательный блок;
  • трубопроводная система, диаметр которой может колебаться от 25 до 32 мм.

Трубопровода других диаметральных размеров крайне редко применяются в таких системах.

Выполнять разводку тепловых контуров можно собственноручно, главное – придерживаться одного важного условия: на каждое последующее разветвление берутся трубы меньшего диаметра.

Примерный порядок подбора диаметров – труба Ø32 мм, труба Ø25 мм. После того, как будет выполнено разветвление – труба Ø20 мм, завершающая труба Ø16 мм. И если следовать этой рекомендации, то водородная отопительная горелка будет функционировать на должном уровне.

С этой статьей читают: Как сделать геотермальное отопление дома своими руками

Преимущества водородных обогревательных систем

Несмотря на незначительную популярность этого оборудования в наших регионов, оно все-таки завоевало доверие тех, кто уже успел оборудовать свой загородный дом подобным отопительным блоком. А все потом, что водородные тепловые узлы имеют несколько очень важных преимуществ:

  1. Экологичная чистота системы. В этом случае при работе оборудования происходит выброс всего одного побочного продукта – воды в виде пара. Паровые массы не способны нанести вред ни человеческому организму, ни окружающей среде.
  2. Функционирование этого газа в системе осуществляется без участия огня. Тепловая энергия производится за счет каталитической реакции. При смешивании кислорода и водорода получается вода, во время чего происходит выделение огромного объем теплоэнергии. Дальше осуществляется переход теплового потока в теплообменник. Как правило, температура в системе колеблется в рамках 35-45°С, что вполне приемлемо для устройства систем «теплый пол».

В скором времени водородные обогревательные установки смогут стать отличной и, что немаловажно, экономически выгодной заменой твердотопливных, электрически и газовых котлов.

  1. Высокий коэффициент полезного действия – порядком 96%, что в сравнении с другими методами обогрева очень выгодно.
  2. Возможность собственноручного сбора и монтажа отопительного блока. При наличии всех необходимых комплектующих и подробной инструкции, любой человек, не имеющий специальных навыков и знаний, сможет без особого труда собрать и оборудовать свой дом водородным отопительным блоком.
  3. Минимальное количество исходного сырья для производства топлива. Понадобится электричество и вода. Если же у вас свой источник воды, то от вас потребуется только электроэнергия. А при обустройстве солнечных панелей на участке, можно и вовсе сократить потребление электричества.

Что же касается недостатков, то среди них можно выделить только один – необходимость специального оборудования для гидролиза этого газа. Кроме указанного, минусов у этого оборудования до сегодняшнего дня не обнаружено.

Вот, собственно, и все тонкости устройства водородных отопительных систем. При грамотном подходе затраты на обогрев помещения с помощью таких установок будут минимальными.

ВИДЕО: Отопление дома водородом


Заправьте свой автомобиль водородом дома? Только если ты злодей из Бонда

Поскольку дети могут вырабатывать водород для научных выставок, используя девятивольтовые батареи, взрослым должно быть легко вырабатывать его для заправки автомобилей на топливных элементах дома, верно? Не так быстро. Для очень богатых людей, склонных к излишне запутанным решениям, это могло иметь смысл, но не для кого-либо еще.

Давайте разберемся с этим.

Можно ли производить водород дома? Да, можно получить водород научным способом путем электролиза воды.Из литра воды можно получить около 111 граммов водорода, если вы сумеете уловить его весь. Вам, вероятно, понадобится одна из этих промышленных электролизных установок, чтобы получить достаточно чистого водорода для вашего автомобиля. Это одно парковочное место в вашем гараже пропало.

Килограмм водорода — это автомобиль на топливных элементах, эквивалентный галлону газа. Mirai вмещает пять килограммов. Для получения достаточного количества водорода потребуется электролиз 45 литров или около 12 галлонов воды, чтобы получить достаточно водорода для заполнения резервуара.Это очень разумно. Для базового электролиза потребуется около 167 кВтч электроэнергии, поэтому он будет стоить около 20 долларов США по цене 12 центов за кВтч (в среднем по США).

Пока все хорошо.

Но проблема с громкостью. Эти пять килограммов водорода в виде газа комнатной температуры будут иметь объем 6 175 литров. Это примерно 6 кубических метров или около 212 кубических футов. Вам понадобится большой резервуар для хранения водорода, прикрепленный к вашему проекту научной выставки. Есть еще одно место для парковки.

Тогда вам нужно будет сесть в машину. Это требует как его сжатия, так и охлаждения. Это целый процесс сам по себе со своим собственным набором механизмов и автоматизированных средств управления.

Для заполнения бака Toyota Mirai для достижения полного диапазона требуется сжатие H70, которое составляет 700 бар или 70 МПа. Бар — это единица измерения давления, которая соответствует давлению воздуха на уровне моря, поэтому вы смотрите на давление в 700 атмосфер, что намного выше, чем у большинства домашних компрессоров. Они имеют тенденцию отводить около 14 атмосфер.

Есть небольшая пара проблем, заключающихся в том, что молекулы водорода невероятно крошечные и легковоспламеняющиеся. Первая часть означает, что вы должны производить все это оборудование с невероятно жесткими допусками. В домашних компрессорах нет необходимости, потому что они работают с невероятно густым веществом, которое мы называем воздухом. Второе означает, что вам необходимо, чтобы в систему были встроены резервные устройства отрицательного давления и выхлопы наружу, иначе в вашем гараже будет достаточно много горючего газа.

Toyota Mirai необходимо точно знать, какое давление и температуру водорода он получает, чтобы безопасно получать нужное количество водорода. Для этого требуются компьютерные блокировки, иначе у вас были бы проблемы, вплоть до выдувания прокладки при давлении 700 атмосфер и заполнения вашего гаража горючим водородом. У вас получится что-то вроде этого. В вашем гараже есть третье парковочное место.

Насос, охлаждение и компьютерные компоненты всего этого — вот почему водородные заправочные станции H70 стоят минимум 500 000 долларов США.И они не производят водород, они его доставляют.

Так можно ли вырабатывать водород дома для заправки автомобиля?

Конечно. Если у вас есть около миллиона долларов, чтобы потратить на это, гараж на три машины только для установок по переработке водорода, и это достаточно далеко от дома и соседей, чтобы звук насосов, способных создавать давление в 700 атмосфер, не создавал проблем. . Если вы достаточно богаты, чтобы подумать об этом, вы, вероятно, можете позволить себе несколько акров земли. Может быть, вы даже не против прогуляться пару минут по территории, чтобы добраться до своего изолированного гаража.

Или вы можете просто получить электромобиль с аккумулятором и потратить пару сотен долларов на установку розетки, к которой он будет подключаться. А поскольку самая большая из доступных аккумуляторных батарей для электромобилей составляет 100 кВт / ч с примерно таким же диапазоном, как у Mirai (и гораздо более высокой производительностью), ее заправка будет стоить всего около 12 долларов.

Цените оригинальность CleanTechnica? Подумайте о том, чтобы стать участником, сторонником, техническим специалистом или представителем CleanTechnica — или покровителем Patreon.


Реклама
У вас есть совет для CleanTechnica, вы хотите разместить рекламу или предложить гостя для нашего подкаста CleanTech Talk? Свяжитесь с нами здесь.

Water Car Test — HHO показывает, почему нельзя запускать машины на воде

Автомобили с водным двигателем продолжают оставаться самой большой отдельной темой, занимающей мой почтовый ящик и раздел комментариев на этом веб-сайте. И это не просто моя недавняя колонка, посвященная правде о протяжных прототипах. Эта тенденция стала навязчивой идеей для многих изобретателей на заднем дворе, и некоторые из них стали довольно резкими, настаивая на том, что если бы я хоть что-нибудь знал об автомобилях, я бы принял эту технологию.Они говорят, что это может помочь изменить мир, каким мы его знаем. Они даже говорят, что это могло бы полностью устранить энергетический кризис. За это чувство я им аплодирую. И, честно говоря, я надеюсь, что все это правда.

К сожалению, я должен предъявить обвинение их физике. Вся концепция движения вашего автомобиля по воде основана на плохих научных данных. Идея состоит в том, чтобы использовать электричество от автомобильного генератора для электролиза воды в HHO, смесь чистого водорода и кислорода. Эта смесь поступает во всасываемый воздух, где сжигается вместе с бензином, тем самым увеличивая экономию топлива от 15 до 100 процентов — в зависимости от того, какой веб-сайт вы посещаете.Поверьте, эти 1-2 литра HHO, попавшие в двигатель, удвоят экономию топлива, очистят двигатель и, возможно, даже отрастут волосы. Многие из этих бюджетных сайтов даже заявляют, что их устройства достаточно эффективны для версии, которая будет управлять автомобилем полностью на воде — без бензина вообще.

Если это звучит так, как будто это слишком хорошо, чтобы быть правдой, это так. И я обсуждал это в этой колонке слишком много раз, чтобы повторяться снова, поэтому не буду. Я испытал слишком много фальшивых газосберегающих устройств и чудо-устройств для экономии топлива за эти годы, чтобы купить эту.Так что пора мириться или замолчать и делать то, что у нас получается лучше всего здесь — тест-драйв, генерировать реальные цифры и давать реалистичные ответы.

Итак, в прошлом месяце я получил электролизер, изготовленный моим старым партнером по Monster Garage, Стивом Румором из Avalanche Engineering в Колорадо. Стив умело сконструировал устройство в виде стального ящика для инструментов, сделав его портативным — просто билет для тех, кто возится с HHO / водой / водородом / газовыми транспортными средствами Брауна. Стив не помешан на гаджетах — его компания производит внедорожники для чемпионатов.Но один из его клиентов уговорил его сделать пару единиц HHO. И почему бы нет? Планы есть по всему Интернету, и технология не очень сложная. Агрегат состоит из восьми пластиковых бутылок с электродами из нержавеющей стали, соединенных последовательно — параллельно аккумуляторной батарее автомобиля. Ячейки заполнены простой водой и небольшим количеством электролита гидроксида калия для проведения электричества. Шланг передает выходную мощность HHO к двигателю.

Мне потребовалось несколько дней возиться в магазине, чтобы привести электролизер в рабочее состояние.Я использую бортовой компьютер HKS Camp 2, подключенный к ЖК-монитору, прикрепленному к ветровому стеклу, для проверки таких вещей, как массовый расход воздуха, длительность импульса топливной форсунки, напряжение батареи и, конечно же, экономия топлива. Camp 2 потребовал небольшой отладки, но теперь я установил весь научно-фантастический беспорядок в одной из наших долгосрочных тестовых машин, в комплекте с проводами и шлангами повсюду, а также с ловушкой / расходомером с обратным светом, пузырящейся наверху. как кальян доктора Франкенштейна. Это дьявольское устройство предотвращает распространение любого обратного взрыва в линии HHO обратно в электролизер.Это также обеспечивает мгновенную визуальную обратную связь по доставке HHO к водозабору, поскольку пузырьки снуют снизу вверх по толщине воды. Да, он у меня установлен в машине.

Но знаете что? Моя экономия топлива точно такая же, независимо от того, включен ли генератор HHO или нет. И это именно то, что я ожидал. Это не анекдотические свидетельства нескольких заправок бензина. Это стабильное тестирование на ровной дороге, и я даже не претендую на то, чтобы у меня были реальные показатели экономии. Я использую ширину импульса топливной форсунки непосредственно из порта OBD II.Это означает, что я измеряю фактическое время открытия форсунок и подачи топлива. Когда генератор HHO включен, изменений нет. И когда он снова выключен, нет никаких изменений. Что ж, системное напряжение компьютера проседает на пару десятых вольта, указывая на потребление тока для работы электролизера.

Перед вами, сторонники HHO начинают бомбардировать меня письмами ненависти, успокойтесь. У вас могут быть удивительные анекдотические свидетельства того, что эти системы работают. Но меня не соблазняет бездорожье, если только условия не постоянны — переменные тоже, ну, переменные.И это включает в себя мое собственное тестирование. Статистически говоря, в сборе данных слишком много шума и довольно много места для предвзятости экспериментатора. Благодаря значительному опыту работы с другими специалистами по экономии бензина я знаю, что даже малейшее изменение в привычках вождения может повлиять на результаты. Я не буду уверен в экономии топлива, пока не увижу результаты на динамометре, где я могу контролировать все, кроме HHO.

Вчера я провел хороший час по телефону с Фрэн Жиру с сайта Hydro-Boost.com.Он говорит мне, что инъекция HHO только способствует другим устройствам и изменениям. Экономия топлива происходит не за счет энергии, содержащейся в водороде во время его сгорания, что, как я утверждал, было неправдоподобным. Giroux продает систему модификаций, которая отключает компьютер управления двигателем и заставляет двигатель работать очень экономно — до 20: 1. Это далеко от нормальных 14,7: 1. По его словам, водород необходим для полного сгорания сверхчистой смеси. Также есть нагреватель для топлива, чтобы способствовать полному испарению, и некоторые присадки для топлива и масла, чтобы завершить его систему.

Интересно? Почему да. Но есть загвоздка.

Эти модификации подпадают под категорию несанкционированного доступа к системе контроля выбросов, установленной федеральным законодательством, что делает невозможным прохождение компонента визуального осмотра под капотом во многих государственных инспекциях по борьбе с дымом. Чтобы пройти эту проверку под капотом, никакая часть системы контроля выбросов не должна быть изменена или отключена. Добавьте пропуск OBD II к проверке смога, и есть шанс, что эти модификации не позволят вам получить наклейку с смогом.Это означает, что вам, возможно, придется отключить — и, возможно, удалить — систему, чтобы пройти ежегодную проверку. Только не попадитесь между ними.

Вчера у меня был еще один долгий разговор со Стивом Румором, моим приятелем по бездорожью, ставшим донатором HHO. Он экспериментирует с несколькими автомобилями и на самом деле получает стабильные результаты — снижение расхода топлива на 10–12 процентов на дизельных грузовиках с прицепами. Он возится с некоторыми из тех вещей, которые предлагает Жиру. Мы ищем способы улучшить как его, так и мои экспериментальные методы.Но я убежден, что есть много эффекта плацебо. Я также думаю, что эти модификации могут увеличивать экономию топлива независимо от впрыска HHO. Так что следите за обновлениями, потому что мы все еще тестируем. Как только мы получим больше данных, мы проведем динамометрическое тестирование.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на пианино.io

NextEra Energy построит свой первый завод по производству экологически чистого водорода во Флориде

NextEra Energy закрывает свой последний энергоблок, работающий на угле, и инвестирует в свой первый завод по производству экологически чистого водорода.

Через свою энергетическую компанию Florida Power & Light NextEra предложит пилотный проект стоимостью 65 миллионов долларов в Саншайн-Стейт, который будет использовать 20-мегаваттный электролизер для производства 100-процентного зеленого водорода из солнечной энергии, сообщила компания в пятницу.

Этот проект, который может быть запущен к 2023 году, если он получит одобрение от государственных регулирующих органов, станет первым шагом к экологически чистому водороду для NextEra Energy, крупнейшего разработчика и оператора ветряных, солнечных и аккумуляторных электростанций в Северной Америке.

«Мы действительно воодушевлены водородом, особенно когда мы думаем о том, чтобы перейти не к профилю чистых выбросов с нулевым выбросом, а к профилю с нулевым выбросом углерода», — заявила финансовый директор NextEra Energy Ребекка Куджава в пятницу во время телеконференции.

«Когда мы смотрели на это пять или 10 лет назад и думали о том, что нужно сделать, чтобы достичь истинного нулевого уровня выбросов, мы волновались, что это было чрезвычайно дорого для клиентов», — сказал Куджава.

«Что действительно вдохновляет нас в связи с водородом — особенно в 2030 году и в последующий период — это возможность дополнить значительное внедрение возобновляемых источников энергии [и хранения энергии].Последний объем выбросов, который вы сократите до нуля, может быть наиболее экономично покрыт водородом ».

Экологически чистый водород набирает обороты во всем мире

Хотя рынок зеленого водорода еще только зарождается, он быстро завоевывает популярность во всем мире как потенциально жизнеспособный способ полной декарбонизации энергетических систем, выходящий за рамки простого производства возобновляемой энергии. в одиночку может идти даже при очень высоких проникновениях.

Зеленый водород, производимый электролизерами Florida Power & Light, будет использоваться для замены части природного газа, потребляемого турбинами на существующей 1 FPL.По словам Куджава, газовая установка Okeechobee мощностью 75 гигаватт. Электричество будет поступать от солнечной энергии, которая в противном случае была бы отключена или не использовалась.

Если водородная экономика расширится и зеленый водород станет экономичным, Florida Power & Light, вероятно, модернизирует некоторые из своих газовых объектов, чтобы полностью или частично работать на водороде, сказал Куджава.

В большинстве огромных объемов водорода, производимого сегодня во всем мире, в качестве сырья используется ископаемое топливо, что приводит к значительным выбросам в процессе.Напротив, зеленый водород производится с использованием возобновляемых источников энергии для электролиза воды, не выделяя выбросов CO2.

Каким бы способом он ни производился, водород можно использовать для различных целей, от замены природного газа на тепловых электростанциях до питания топливных элементов, используемых для передвижения автомобилей и кораблей. (Для получения дополнительной информации прочтите объяснение зеленого водорода GTM.)

ЕС недавно поставил цель установить 40 гигаватт электролизеров на своих границах к 2030 году для производства зеленого водорода, поскольку он намечает путь к нулевому показателю.

Air Products, ведущий мировой производитель водорода, недавно объявила о строительстве в Саудовской Аравии крупномасштабного завода по производству экологически чистого водорода, работающего на ветровой и солнечной энергии мощностью 4 гигаватта. А на прошлой неделе калифорнийский производитель топливных элементов Bloom Energy поднял свои акции, объявив о выходе на коммерческий рынок водорода.

Для NextEra водород представляет собой не только возможность обезуглерожить предприятие FPL, но и потенциальный новый рынок для ветровой и солнечной энергии, которую он генерирует в Северной Америке.

NextEra будет начинать с того же подхода, который использовался в отношении солнечных батарей и батарей, — сказал Куджава. «Хотя ожидается, что инвестиции будут небольшими в контексте нашей общей программы капиталовложений, мы воодушевлены долгосрочным потенциалом технологии, которая должна в дальнейшем поддерживать будущий спрос на недорогие возобновляемые источники энергии, а также ускорять декарбонизацию транспортного топлива и промышленное сырье ».

Толчок Florida Power & Light к экологически чистому водороду произошел всего через несколько недель после того, как коммунальное предприятие объявило о планах выхода из своей 847-мегаваттной части завода Scherer в Джорджии, крупнейшей действующей угольной электростанции в США.S. — и последняя оставшаяся угольная единица в портфеле NextEra.

Мнения генерального директора Робо о выборах

Главного исполнительного директора NextEra Джима Робо спросили на телеконференции о доходах, какое влияние могут оказать ноябрьские выборы, при этом Джо Байден пообещал проводить политику, направленную на полную декарбонизацию энергоснабжения США к 2035 году, а Демократическая платформа обещает краткосрочный всплеск возобновляемых источников энергии.

NextEra будет «позиционироваться очень хорошо, независимо от того, кто победит в ноябре», — сказал Робо.

«Вы можете вспомнить почти четыре года назад…. когда был избран президент Трамп, вокруг наших акций возникла суматоха. Нам удалось полностью справиться с этой администрацией с точки зрения возможности продолжать развивать наш бизнес по возобновляемым источникам энергии, потому что вы знаете: все дело в экономике ».

« Время для возобновляемых источников энергии настало, и такого рода выход за рамки политики, откровенно говоря, — сказал Робо. — Очевидно, мы внимательно следим за [политическими результатами]. Мы считаем, что хорошая политика в области чистой энергии важна и правильная политика для Америки в будущем ».

В водороде есть что полюбить, если вы его найдете

Иллюстрация Хорхе Куадаля CalleCar and Driver

Из майского выпуска журнала Car and Driver за 2021 год.

В апреле 2004 года город Сан-Франциско приобрел два автомобиля Honda FCX с водородными топливными элементами. Мэр Гэвин Ньюсом провел пресс-конференцию, и, чтобы продемонстрировать, насколько чистыми будут выбросы транспортных средств, он собрал конденсат из выхлопной трубы в бумажный стаканчик и сделал глоток. «Вы буквально смотрите в будущее», — сказал он.

Прошлой осенью Ньюсом, ныне губернатор Калифорнии, подписал исполнительное постановление, требующее, чтобы все новые автомобили и малотоннажные грузовики, продаваемые в штате, были с нулевым уровнем выбросов, начиная с 2035 года, его амбиции подкреплялись растущим списком электромобилей и растущим спросом. .Если вы хотите заняться электричеством, Golden State — прекрасное место для этого. По данным Калифорнийской энергетической комиссии (CEC), по всему штату насчитывается более 70 000 общественных и общих частных розеток для зарядки автомобилей. Tesla Model 3 была самым продаваемым автомобилем в штате в первом квартале 2020 года, что свидетельствует о том, что калифорнийцы стремятся к более экологически чистым автомобилям. Это делает его отличным испытательным рынком для водородных автомобилей, которые должны решить проблемы с пробегом и зарядкой сегодняшних электромобилей за счет увеличения количества энергии и более быстрой дозаправки.

Тем не менее, даже в Калифорнии будущее водорода туманно. В 2015 году, когда Toyota представила в США седан Mirai на водородных топливных элементах, автопроизводитель стал называть клиентов первопроходцами. Однако проблема с прокладыванием тропы в том, что вы не всегда знаете, во что ввязываетесь. Сделок и стимулов предостаточно, но если вы управляете любым из более чем 9000 электромобилей на топливных элементах (FCEV), которые называют Калифорнию своим домом, вам лучше хорошо разбираться в логистике. В штате, который охватывает более 163000 квадратных миль, в настоящее время существует всего 45 водородных станций, и у них не всегда достаточно топлива для всех, кто в нем нуждается.

Спустя почти 17 лет после того, как Ньюсом сделал глоток завтрашнего дня, клиенты FCEV обнаруживают, что трудно заправить и почти невозможно разгрузить свои машины, когда наступает реальность. «Волнение от того, что быть первопроходцем, давно исчезло, — говорит Патрик Перес, водитель Mirai в районе Лос-Анджелеса. В Facebook группа Mirai, в которой Перес участвует в схватке между восторженным и подавленным. Некоторые члены превозносят почти святые добродетели вождения автомобиля без выбросов и спасения земли; другие считают минуты до окончания срока аренды Mirai.«Автомобиль делает то, что должен, — говорит Перес. «Проблемы возникают только из-за водородной инфраструктуры».

Безусловно, наиболее серьезной проблемой является наличие топлива, поскольку владельцы FCEV не могут рассчитывать на то, что станции действительно будут иметь водород. Чтобы смягчить проблему, владелец Mirai Дуг Думитру создал h3-CA.com, веб-сайт, на котором люди могут легко «узнать, будет ли на станции водород, когда они туда доберутся», — говорит он. Сайт, который каждые 60 секунд получает информацию от California Fuel Cell Partnership, получает около 2000 посещений в день, когда не хватает водорода.

Никогда не видели Мирай в дикой природе? Для этого есть причина. С момента дебюта автомобиля в 2015 году Toyota продала в США менее 7000 таких автомобилей. Прошлый год был худшим полным годом для продаж — 499 автомобилей, что на 73 процента ниже максимума, установленного в 2017 году.

Эта проблема началась в июне 2019 года, когда загорелся завод по производству водорода в Санта-Кларе, что привело к перебоям в снабжении в районе залива и Южной Калифорнии. Совсем недавно из-за сильного замораживания в Техасе, откуда поступает много водорода, многие станции в Калифорнии остались без крова.У FirstElement 23 из них на западном побережье. Из-за того, что в Техасе были перекрыты дороги для грузовиков, утром 23 февраля только шесть его станций показали пропускную способность более 25%, которая, вероятно, уменьшилась, поскольку на них наезжали автомобили, не работающие на водороде.

Топливо тоже дорогое: отчет Калифорнийского совета по воздушным ресурсам и ЦИК показал, что в 2019 году средняя цена за килограмм водорода составляла 16,51 доллара. Судя по нескольким телефонным станциям, по которым мы звонили, тариф не сильно изменился. Чтобы представить это в перспективе, рассмотрим базовую модель Hyundai Nexo.Он может вмещать 6,3 килограмма водорода и, по методологии EPA, видит 60 миль на килограмм. Это означает, что владелец Nexo может проехать около 380 миль без необходимости заправлять бак, что стоит около 100 долларов.

Учитывая, что Hyundai Tucson (который стоит от 24 885 долларов) будет стоить еще меньше, чем вдвое меньше, вы можете задаться вопросом, почему кто-то выбрал бы FCEV. Но большинство владельцев топливных элементов не платят за бензин: Toyota, Honda и Hyundai выдают топливную карту на 15000 долларов, действующую на 36 месяцев при каждой покупке или аренде.

Это лишь одна из мер, которые производители делают для привлечения покупателей. Со своим Nexo за 60 120 долларов Hyundai также предлагает техническое обслуживание в течение трех лет или 36 000 миль, 10-летнюю / 100 000-мильную гарантию на аккумулятор и бесплатную аренду автомобиля одну неделю в год, на случай, если вам действительно нужно поехать куда-нибудь на улицу. район заправочной станции водородом, или вы просто хотите немного загрязнить окружающую среду. Вдобавок ко всему, покупатели FCEV могут ездить в одиночку по полосам HOV, получить 4500 долларов (или 7000 долларов, если они находятся в группе с низким доходом) от Калифорнийского проекта скидок на чистые транспортные средства и воспользоваться федеральной налоговой льготой до 8000 долларов. .Но, учитывая нехватку топлива, осмотрительные покупатели будут основывать свое решение о покупке FCEV на том, живут ли они поблизости от нескольких надежных заправочных станций, что в значительной степени ограничивает их Лос-Анджелес или Район залива. Однако не все задумываются об этом, прежде чем подписать документы.

Вот где Кирк Нейсон сделал свою ошибку. В 2018 году отставной инженер Microsoft доставил Mirai для своей дочери, которая доставляла ее туда и обратно по межштатной автомагистрали 605. Нет водородных станций за пределами регулярно загруженной автострады, но некоторые из них должны были открыться; пока они этого не сделали, Насон решил, что она может пополнить «Мирай» где-нибудь поблизости.По крайней мере, однажды ей пришлось буксировать его после того, как закончилось топливо, когда она искала еще. Никаких скачков батарейки, никаких пятигаллонных канистр с бензином от AAA. Когда тебя нет, значит, тебя нет.

Это стало уже слишком, говорит Насон, и его дочь купила внедорожник с бензиновым двигателем. Ее Мираи поселилась в его гараже, ожидая окончания аренды за 543 доллара в месяц в июне, чтобы он мог вернуть его Toyota. «Мне не терпится выбраться из этого кошмара», — говорит Нейсон. Он пытался вернуть его пораньше, и ни Toyota, ни его представительства не заинтересованы.

Это не удивительно. Подержанный Mirai ужасающе дешев: новый автомобиль, стоимость которого в 2018 году стоил около 60 000 долларов (цена на 2021 год начинается с 50 495 долларов), теперь продается примерно за 15 000 долларов, а многие из них доступны по более низкой цене. Мы нашли приличный Mirai 2017 года за 8500 долларов. Сертифицированные подержанные автомобили в дилерских центрах Toyota стоят немного дороже, но есть причина: купите один, и вы получите топливную карту на 15 000 долларов. Если у вас есть Mirai и вы пытаетесь продать его самостоятельно, это то, с чем вы столкнетесь. Даже если на вашей топливной карте остались деньги и время, это очень плохо.«Он не подлежит передаче, поэтому неиспользованная часть не перейдет к новому владельцу», — говорит Пол Хогард, старший аналитик Toyota.

Хогард признает нехватку водорода в Калифорнии, говоря, что Toyota следит за ситуацией, но не производит и не распределяет топливо. Он говорит, что компания работает «от случая к случаю», чтобы клиенты оставались «мобильными», одновременно пытаясь улучшить инфраструктуру.

Джек Брауэр, профессор механической и аэрокосмической техники и заместитель директора Национального исследовательского центра топливных элементов Калифорнийского университета в Ирвине, говорит, что «очень жаль, что инфраструктуры недостаточно для многих людей», которые водят автомобиль. автомобили на водороде.Конечно, говорит он, она не росла так быстро, как инфраструктура зарядки электромобилей, на эти станции было потрачено «гораздо больше миллионов». В декабре Калифорния пообещала 115 миллионов долларов, чтобы добавить еще 111 водородных заправочных станций к 2027 году. «Я бы сказал, что это слишком медленно, но это происходит», — говорит Брауэр.

В настоящее время Брауэр отдает предпочтение подключаемым к электросети электромобилям, ссылаясь на объем инфраструктуры подзарядки и усовершенствования в технологии аккумуляторов. Но он утверждает, что любое будущее без углеводородов должно включать водород.Одна причина: он работает намного лучше, чем аккумуляторная батарея для тяжелых транспортных средств, потому что плотность энергии водорода намного выше, чем у аккумулятора, а заправка происходит значительно быстрее, чем зарядка аккумулятора. Брауэр также с нетерпением ожидает того дня, когда Калифорния будет насыщена автомобилями с нулевым уровнем загрязнения окружающей среды. Представьте себе, говорит он, многоэтажку, где почти у каждого жителя есть электромобиль; зарядку нужно было бы распространить на каждое парковочное место, а электрическую сеть нужно было бы переоборудовать, чтобы справиться со стоком.

«Но если бы на углу была водородная станция», — говорит он, — это могло бы существенно снизить потребление электроэнергии и необходимость радикального обновления электрической инфраструктуры. Брауэр предсказывает, что так или иначе будущее автомобильной промышленности будет включать в себя гораздо больше автомобилей FCEV, чем в настоящее время находится на дорогах Калифорнии (или находится в гаражах Калифорнии). Но пока он водит Tesla.

Скоро, кислородные наборы своими руками из готовых материалов

Поскольку из-за острой нехватки медицинского кислорода больницы по всей стране задыхаются, ученые из нескольких лабораторий пытаются собрать комплект, который может помочь доставить жизненно важный газ для критических пациентов дома или в больницах.

Исследователи во главе с Т. Прадипом, профессором химии Индийского технологического института (ИИТ) Мадрас, например, изготовили грубый прототип кислородного комплекта для самостоятельного изготовления, который можно использовать для выработки кислорода, достаточного для пациента в больнице. домашний уход. В наборе используются материалы, которые можно купить прямо на полке.

DIY kit

«Производство кислорода путем электролиза — это часть школьной науки. На YouTube доступно множество видеороликов, в которых объясняется, как это сделать.Единственное, что это должно быть сделано с использованием легкодоступных материалов и по не очень высокой цене », — сказал Прадип.

Использование 25-литрового пластикового контейнера, медных проводов, постоянного источника питания постоянного тока (например, автомобильного аккумулятора или сварочной системы постоянного тока), полдюжины гаек и болтов из нержавеющей стали, которые действуют как электроды (или сетки из нержавеющей стали), футбольный пузырь для сбора кислорода и трубки для переноса газа к пациенту и маска, команда Прадипа фактически продемонстрировала, что это может работать.Для подготовки к электролизу воды они использовали общедоступный очиститель канализации, представляющий собой не что иное, как гидроксид натрия. «Подачу кислорода можно регулировать с помощью регуляторов того же типа, что и для регулирования внутривенного введения жидкостей», — сказал Прадип.

Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы правильно утилизировать водород, который легко воспламеняется. Это можно сделать, установив трубку с водородом за окном на высоте, значительно превышающей уровень комнаты. Прадип, который планирует опубликовать видео прототипа, сказал, что идея состоит в том, чтобы рассказать людям, что такие генераторы кислорода могут быть сделаны человеком с базовым пониманием науки.

Электролизер CECRI

В Центральном институте электрохимических исследований (CECRI) в Караикуди, лаборатории Совета научных и промышленных исследований, исследователи разрабатывают систему электролизера, которая может производить 250 литров кислорода и 500 литров водорода в час. В то время как кислород может быть доставлен тяжелобольным пациентам, водород можно использовать для производства перекиси водорода, которая является дезинфицирующим средством, используемым в больницах. «Такие системы, которые, как ожидается, будут стоить около 3 лакхов, могут быть очень полезны для больниц», — сказал BusinessLine директор CECRI Наллатамби Калаисельви.По ее словам, такие системы могут работать месяцами без перебоев, и требуется замена только мембраны. Каласельви также планирует поощрять исследователей института к разработке и разработке более дешевых и эффективных мембран.

Она сказала, что крупная фирма, интересующаяся медицинскими продуктами, обратилась в институт с просьбой о помощи в разработке таких медицинских кислородных систем.

Одновременно ИИТ Бомбей обратился к своим профессорам за вкладом в разработку систем генерации кислорода.«Мы запросили приложения для разработки систем в течение одного месяца, — сказал Милинд Атри, декан отдела исследований IIT Bombay.

Зеленый водород набирает обороты, но он должен преодолеть большие препятствия

Человечество столкнулось с трудной битвой, когда дело доходит до сохранения нашей планеты. Согласно Межправительственной группе экспертов по изменению климата, чтобы предотвратить некоторые из наихудших последствий изменения климата, нам необходимо остановить повышение глобальной температуры на 1,5 градуса Цельсия по сравнению с доиндустриальным уровнем.

Еще один инструмент, который может помочь — зеленый водород.

Зеленый водород получают в процессе, известном как электролиз. Здесь устройство, известное как электролизер, с помощью электрического тока расщепляет соединение на составляющие элементы. Чаще всего этим соединением является вода, которая делится на водород и кислород. Если используемое электричество поступает из возобновляемых источников, таких как ветер и солнце, последующий водород известен как «зеленый».

По данным Международного энергетического агентства, менее 0.1% водорода сегодня производится путем электролиза воды, но вскоре ситуация может измениться.

«Мы действительно видим полное снижение стоимости производства водорода», — говорит Хаим Исраэль, глобальный стратег и глава отдела тематических инвестиций BofA Securities. Он сказал, что цены на электролизеры упали на 50% по сравнению с пятилетней давностью, а затраты на возобновляемые источники энергии упали на 50% -60%. «Мы считаем, что до конца десятилетия они оба упадут еще на 60–70%», — сказал он.

Большая часть водорода сегодня используется в промышленности, включая нефтепереработку и производство аммиака, метанола и стали.Но недавние достижения в области экологически чистой водородной технологии делают ее более привлекательной для ряда различных отраслей.

На транспорте водородное топливо может служить прямой заменой газа и дизельного топлива. В отличие от электромобилей, для зарядки которых может потребоваться около 30 минут с помощью самых быстрых зарядных станций, автомобили на водородных топливных элементах могут быть готовы к работе за считанные минуты. Но топливные элементы, которые преобразуют водородное топливо в энергию, полезную для автомобилей, по-прежнему дороги. Инфраструктура водородных станций, необходимая для заправки автомобилей на водородных топливных элементах, по-прежнему развита недостаточно.Тем не менее, эксперты считают, что водород может быть особенно эффективным, когда речь идет о дальних грузовых перевозках и других секторах, таких как грузовые перевозки и дальние авиаперевозки, где использование тяжелых аккумуляторов было бы неэффективным.

Еще одно возможное использование водорода — это хранение возобновляемой энергии, которая в противном случае была бы потрачена впустую. Mitsubishi Power и компания по хранению топлива Magnum Development работают над проектом в Юте по строительству хранилища на 1000 мегаватт чистой энергии, частично за счет хранения водорода в соляных пещерах.Проект Advanced Clean Energy Storage, запуск которого запланирован на 2025 год, станет крупнейшей системой хранения чистой энергии в мире.

«Мы собираемся построить очень большую систему электролиза, которая сможет преобразовывать возобновляемую энергию в водород», — сказал Пол Браунинг, президент и генеральный директор Mitsubishi Power Americas. «Мы собираемся хранить этот водород в соляном куполе в течение длительных периодов времени, чтобы его можно было использовать, когда энергосистеме требуется электричество, а не тогда, когда оно производится.«

Водород можно также использовать для обогрева наших домов и обезуглероживания ряда секторов, которые трудно было очистить в прошлом. Это включает химическую, сталелитейную и металлургическую промышленность.

Фактически, аналитики BofA Securities считают что к 2050 году чистый водород может составлять примерно 22% наших потребностей в энергии по сравнению с 4% энергии, которую водород поставляет сегодня. Но для этого потребуются огромные объемы дополнительной выработки электроэнергии из возобновляемых источников. зеленый водород для удовлетворения четверти наших потребностей в энергии потребует больше электроэнергии, чем сегодня вырабатывается в мире из всех источников вместе взятых, а также инвестиции в размере 11 триллионов долларов в инфраструктуру производства, хранения и транспортировки.

«Я верю, что через 50 лет водород станет неотъемлемой частью нашей жизни», — сказал Израиль. «Если мы серьезно относимся к декарбонизации, у нас просто нет выбора, кроме как масштабировать водород».

Возобновляемое накопление электроэнергии с использованием электролиза

Реферат

Электролиз преобразует электрическую энергию в химическую, сохраняя электроны в виде стабильных химических связей. Химическая энергия может быть использована в качестве топлива или при необходимости преобразована обратно в электричество.Электролиз воды до водорода и кислорода — это хорошо зарекомендовавшая себя технология, в то время как фундаментальные достижения в области электролиза CO 2 все еще необходимы для обеспечения краткосрочного и сезонного накопления энергии в виде жидкого топлива. В этой статье обсуждаются электролитические реакции, которые потенциально могут сделать возможным накопление возобновляемой энергии, включая воду, электролиз CO 2 и N 2 . Рассмотрены последние достижения и основные препятствия, связанные с электрокатализом и управлением массопереносом на системном уровне.Мы пришли к выводу, что знания и стратегии могут передаваться между этими различными электрохимическими технологиями, хотя есть также уникальные сложности, которые возникают из-за специфики вовлеченных реакций.

Построение устойчивых, чистых энергетических систем — одна из самых серьезных проблем, с которыми мир сталкивается в этом столетии. Рост населения и экономическое развитие в ближайшие десятилетия неизбежно приведут к значительному увеличению глобального потребления энергии (1, 2). Традиционные ископаемые источники энергии являются углеродно-положительными и вносят существенный вклад в изменение климата.Существуют различные альтернативные источники энергии с нулевым выбросом углерода, включая ядерное деление, биотопливо и производство электроэнергии из возобновляемых источников, таких как энергия ветра и солнца (1). Прогнозируется, что возобновляемая электроэнергия может обеспечить резкое снижение интенсивности выбросов двуокиси углерода, определяемой как выбросы двуокиси углерода на единицу выработанной энергии, несмотря на прогнозируемое увеличение общего энергопотребления (3).

Электроэнергия из возобновляемых источников, таких как ветер и солнечная энергия, стала экономически конкурентоспособной из-за многолетнего снижения затрат и достижений в области технологий.Глобально усредненная приведенная стоимость электроэнергии (LCOE) для солнечной фотоэлектрической (PV) энергии в коммунальном масштабе упала на 73% с 2010 года, в то время как LCOE от берегового ветра в некоторых частях мира достигла 0,03 кВт · ч (4). Согласно прогнозам, цена на возобновляемую электроэнергию из всех коммерческих источников в настоящее время будет сопоставима или ниже цены на электроэнергию, полученную из ископаемого топлива, к 2020 году (4). Одним из основных факторов падения LCOE для солнечной и ветровой энергии является резкое снижение затрат на установку.Глобальная средневзвешенная общая стоимость установки новых фотоэлектрических проектов, вводимых в эксплуатацию, снизилась с 2010 года на 68% до примерно 1600 долл. США / кВт. Затраты на строительство новых атомных и угольных электростанций очень неопределенны и зависят от различные факторы; однако были предложены общие затраты от 5 500 до 8 100 долларов за кВт и 3 500 долларов за кВт, соответственно, и ожидается, что они увеличатся в будущем (5, 6).

Несмотря на быстрый рост возобновляемой электроэнергии, текущая доля электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников, в структуре электроэнергетики остается низкой, при этом гораздо большая часть электроэнергии производится из газа, нефти и угля.Однако, основываясь на прогнозе эталонного случая, ожидается, что электроэнергия из возобновляемых источников вырастет с 18% до примерно 31% в период с 2018 по 2050 год (3). Одной из проблем с солнечной электроэнергией является прерывистый характер суточного солнечного цикла, который не соответствует спросу и, следовательно, требует избыточных генерирующих мощностей на уровне сети или резервного питания на стороне потребителей. Например, на рис. 1 показано колебание чистой электрической нагрузки в зависимости от времени для весеннего дня в Калифорнии.Начиная примерно с 16:00, для восполнения дефицита электроэнергии солнечной энергии требуется подача дополнительных 13000 МВт электроэнергии из несолнечных источников, таких как природный газ и ядерная энергия, в течение 3 часов (7).

Рис. 1.

Устойчивое использование энергии. Схема накопления и использования энергии на основе электролиза. Избыточная электрическая энергия из возобновляемых источников может храниться посредством электролиза в качестве химического топлива. Энергия извлекается для выравнивания спроса в краткосрочной перспективе и для удовлетворения потребности в топливе в те сезоны, когда возобновляемые источники энергии менее доступны.График перемежаемости (, нижний левый угол, ), данные из исх. 7.

Таким образом, колеблющаяся мощность от солнца и ветра требует значительного накопления энергии, как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе. Существует несколько способов хранения электрической энергии, включая физические подходы, такие как аккумулирование энергии гидроэлектростанциями и сжатым воздухом; крупногабаритные батареи, такие как свинцово-кислотные, литиевые, натриево-серные батареи и проточные батареи; и электролиз, при этом гидроэлектростанция с насосом является ведущей технологией в секторе накопления энергии (8).Большинство этих методов страдают тем, что подходят только для кратковременного хранения или ограничены конкретными географическими требованиями. Электролиз выделяется как средство хранения электрической энергии в виде стабильных химических связей. Потенциально огромная энергоемкость, незначительная скорость саморазряда, существующая инфраструктура и низкие капитальные затраты на содержание возобновляемого углеродного топлива делают их идеальными для сезонного хранения, что очень желательно с учетом сезонности возобновляемых источников энергии.Потребность в такой технологии будет становиться все более острой с ожидаемым более широким проникновением недорогой возобновляемой электроэнергии в энергосистему, как показано на рис. 1.

Хотя электролиз воды до водорода и кислорода является хорошо зарекомендовавшей себя технологией, эффективных и экономичных средств хранения электроэнергии в виде жидкого топлива пока не существует. Чтобы такая технология стала экономически конкурентоспособной с обильными ископаемыми видами топлива, нужно начинать с очень дешевой электроэнергии.Технико-экономический анализ электролиза CO 2 показывает, что для обеспечения конкурентоспособности топлива, полученного путем электролиза, по сравнению с ископаемым топливом, потребуется цена на возобновляемую электроэнергию ниже 0,04 доллара США / кВтч (9). Согласно базе данных Международного агентства по возобновляемым источникам энергии по затратам на возобновляемые источники энергии (4), эта цель находится на пути к достижению.

На рис. 1 мы проиллюстрировали, как можно достичь устойчивого энергетического цикла, сочетая электролиз с электричеством, вырабатываемым из солнца и ветра, среди других возобновляемых источников.Электролиз может производить как товарные химикаты, так и водород, уменьшая непостоянство возобновляемой энергии. В этом сценарии водородно-воздушные топливные элементы могут использоваться для преобразования энергии, которая хранится в виде водорода, обратно в электричество. Жидкое топливо с высокой плотностью энергии является предпочтительной формой для сезонного хранения и может образовывать экологически чистый энергетический цикл, если CO 2 в воздухе может быть сконцентрирован для обеспечения эффективного электролиза. Активизируются исследования по улавливанию углерода из атмосферы (10), и несколько компаний работают над коммерциализацией технологии улавливания углерода.Электролиз CO 2 в CO и водород (синтез-газ) был осуществлен с использованием множества различных электрокатализаторов и обеспечивает сырье для углеводородного топлива посредством процесса Фишера-Тропша. В качестве альтернативы продукты, связанные с C – C, включая этилен и этанол, могут быть получены непосредственно путем электролиза на медьсодержащих катализаторах, но эффективность, селективность и производительность этих реакций необходимо повысить. На рисунке не показано электрохимическое восстановление N 2 до аммиака для производства удобрений.В этом случае электролиз использует неограниченное количество химического сырья, поскольку атмосфера Земли обеспечивает азот и воду, необходимые для реакции. Помимо производства топлива и удобрений с помощью электролиза, термохимический катализ обеспечивает известный метод гидрогенизации CO 2 , CO и N 2 . Двумя примерами являются процессы Фишера-Тропша и Габера-Боша, которые уже хорошо развиты в масштабах для производства жидких углеводородов и аммиака, соответственно.Следует отметить, что почти 80% энергии, потребляемой при синтезе аммиака, приходится на производство водорода посредством парового риформинга и реакции конверсии воды в газ (11). Электролиз воды обеспечивает потенциальную углеродно-нейтральную альтернативу обеспечению водорода для этих реакций.

Электролитический процесс ограничен тремя факторами, которые эффективно действуют как последовательные импедансы: кинетикой переноса электронов на электрифицированной границе раздела, массопереносом реагентов и продуктов и последовательным сопротивлением, включая перенос ионов.Перенос электронов через наэлектризованную границу раздела определяет кинетику окисления и восстановления, а перенос массы контролирует доступность реагента и скорость, с которой продукт может быть удален, как показано на рис. 2 A . Скорость переноса электронов и поток массопереноса связаны, поскольку они оба пропорциональны току. Активные катализаторы необходимы для снижения активационного барьера путем связывания и стабилизации определенных переходных состояний, рис. 2 B . Увеличение перенапряжения для одного или обоих электродных процессов ускоряет кинетику реакции за счет эффективного снижения активационного барьера, но дополнительные затраты на энергию снижают эффективность преобразования энергии, как показано на рис.2 Д . Когда кинетика переноса электрона достаточно быстрая, максимальная плотность тока достигается за счет ускорения подачи реагента. В случае электролиза CO 2 это может быть достигнуто путем подачи реагента и удаления продуктов в газовой фазе, используя преимущество более быстрого коэффициента диффузии газов и избегая низкой растворимости CO 2 в жидкой воде, как показано на рис.2 C .

Рис. 2.

Схема электролиза.( A ) Реагенты переносятся на поверхность электрода, где происходит катодная реакция. ( B ) Сравнение путей реакции HER с катализатором и без него. Катализатор стабилизирует промежуточное соединение и снижает энергию активации. ( C ) Электролизеры с подачей газа. Электролиз с подачей газа использует быструю диффузию газообразных молекул, что обеспечивает высокую плотность тока. Мембранные электролиты обычно требуются для управления ионами и разделения газов.( D ) Кинетика электрохимической HER. Энергия переходного состояния уменьшается по мере увеличения перенапряжения.

Электролиз воды

Электролиз воды имеет долгую историю, первая опубликованная демонстрация датируется 1789 годом, и теперь это хорошо зарекомендовавшая себя коммерческая технология. Например, большая установка щелочных электролизеров Norsk Hydro (1948–1990) на гидроэлектростанции была способна производить около 70 000 кг H 2 / сут (8). Крупнейшая ветро-водородная установка была установлена ​​в Норвегии в 2004 году компаниями Norsk Hydro и Enercon, в которых ветряная турбина мощностью 600 кВт была соединена с электролизером мощностью 48 кВт (12).

За последние два десятилетия интерес к электролизу воды возрос из-за его потенциальной роли в водородной экономии энергии, связанной с электролитическим производством, хранением, транспортировкой и использованием водорода в качестве топлива (2). Текущие исследования сосредоточены на водных электролизерах, которые можно разделить на категории в соответствии с их электролитами: щелочные электролиты, протонообменные мембраны (PEM) и твердотельные протонные или оксидные ионные проводники. Коммерческие электролизеры из ПЭМ достигают наилучших характеристик (энергоэффективность ∼70% при плотности тока 1.7 А / см 2 , Giner Inc.) (13), но большое перенапряжение реакции анодного окисления водой и коррозионно-кислотная среда требуют использования катализаторов из драгоценных металлов. Мембранный электролит и изготовление биполярных пластин также значительно увеличивают стоимость. Щелочные электролизеры — это самая старая технология с несколько более низким КПД системы (КПД ~ 64% при плотностях тока 1 А / см 2 , ГВт) и более низкой стоимостью (800 долларов США / кВт) (13). Щелочные электролиты позволяют использовать катализаторы из неблагородных металлов, таких как Ni и Fe.

В последнее время проявился интерес к разработке лучших катализаторов для снижения стоимости и повышения эффективности электролиза воды. В кислых электролизерах PEM график вулкана коррелирует скорость катодной реакции выделения водорода (HER) с прочностью связи металл-водород на различных металлических катализаторах (рис. 3 A ) (14). Простое объяснение формы вулкана состоит в том, что металлы, которые слишком слабо связывают водород, не могут стабилизировать промежуточное соединение M – H, тогда как те, которые образуют очень сильные связи M – H, заполняют большую часть участков связывания, оставляя мало места для нового акта адсорбции.Хотя прочность связи M – H является хорошим показателем для большинства катализаторов, некоторые металлы с определенными гранями, такие как Pt (111), демонстрируют в 20-200 раз более высокую плотность тока обмена HER в кислоте, чем в основании, даже несмотря на то, что H-связывание энергия похожа. Механистические исследования указывают на роль адсорбции гидроксида (15) или реорганизации воды под действием межфазного электрического поля во время процесса HER (16). Драгоценные металлы (Pd и Pt) являются лучшими катализаторами, но их стоимость и низкое естественное содержание представляют собой препятствия для использования этой технологии в очень больших масштабах.Таким образом, привлекательной стратегией является замена чистой Pt структурами ядро-оболочка, над- и подслой, легированными и поддерживаемыми структурами. Дальнейшее снижение содержания благородных металлов возможно за счет использования одноатомных катализаторов, появившихся в последние несколько лет. Высокая поверхностная энергия отдельных атомов способствует их слиянию и требует опор, которые могут прочно их закрепить. Электрокатализаторы могут также стабилизировать каталитические атомы металлов и модулировать их реакционную способность, отдавая или принимая электроны.Например, есть доказательства переноса d-электронов между поздним переходным металлом (оксидом) и слоистыми носителями раннего переходного металла в сильном взаимодействии металл-носитель (17). Аналогичные соображения могут быть применимы к сплавам, содержащим металлы с различной электронной отрицательностью.

Рис. 3.

Электролиз воды. ( A ) График вулкана HER для каталитических элементов. Данные из исх. 14. ( B ) Диаграмма свободной энергии для ООР. Черная кривая относится к идеальному катализатору OER, тогда как красная кривая представляет реальный катализатор (22).( C ) Сравнение низкотемпературного электролизера PEM и высокотемпературного электролизера SOEC. Данные из исх. 43. ( D ) Характеристики SOEC в режиме электролизера и топливного элемента с использованием протонного проводника при промежуточных температурах. Повышение температуры на 150 ° C резко улучшило плотность тока ячейки. Данные из исх. 44.

Одним из важных факторов электрокатализа является каталитически активная площадь поверхности. Плотность тока, нормированная на активную площадь поверхности, часто показывает скорость смены узлов и энергии активации, аналогичные планарным аналогам, даже если ток может отличаться на порядки величины (18).Однако при измерении площади поверхности могут возникать неточности из-за экспериментальных условий, включая проводимость электролита, покрытие поверхности и временные масштабы (19). Кроме того, поскольку кинетика переноса электрона является быстрой в кислых водных электролитах, активность HER обычно ограничена массопереносом и требует принудительной конвекции или методов ультрамикроэлектрода для измерения его внутренней активности.

Недавно был открыт ряд катализаторов HER на основе неблагородных металлов. Вдохновленный кофактором MoFe нитрогеназы, который имеет энергию связи водорода, близкую к энергии связи Pt, было показано, что краевые центры MoS 2 , а также несколько металлофосфидных катализаторов проявляют активность по отношению к HER (20).Недавние исследования показали, что вакансии S и инженерия деформации также являются эффективными способами улучшения характеристик HER (21).

Реакция выделения 4-электронного и 4-протонного кислорода (OER) более сложна с механической точки зрения и неизменно включает значительные (от 250 до 300 мВ) перенапряжения в кислой среде. Считается, что реакция протекает через адсорбированные частицы M – OH с последующей стадией депротонирования. Газообразный кислород образуется либо из поверхностного гидроперокси-интермедиата, M – OOH, либо в результате бимолекулярной рекомбинации M – O.Для катализаторов ООР на основе оксидов со структурами каменной соли, рутила, шпинели и перовскита графики вулканов были построены из теоретических соображений (22). Идеальный OER с оптимальной энергией связи имеет разность свободной энергии между M – OOH и M – OH (ΔGOH – ΔGOOH) 2,46 эВ, требуя начального потенциала 1,23 В (рис. 3 B ). Потенциалы начала действия реальных катализаторов, однако, значительно выше, потому что (ΔGOH-ΔGOOH) отклоняется от идеального случая и, как предполагается, регулируется свободной энергией связывания M – O.Универсальное среднее значение (ΔGOH-ΔGOOH), равное 3,2 эВ, согласуется с несколькими группами катализаторов, поскольку сила связывания ОН линейно зависит от силы связывания ООН (22). Хотя масштабное соотношение является полезным понятием для понимания каталитической активности, экспериментальная количественная оценка осложняется тем фактом, что свойства поверхности катализатора могут изменяться во время электрохимической операции, особенно в анодных условиях. Например, степень окисления металла зависит от приложенного потенциала, и этот эффект может привести к резким изменениям каталитической активности, проводимости и стабильности.Переход от Ni 2+ к Ni 3+ обычно является предпосылкой для высокой активности OER в щелочных катализаторах на основе никеля, поскольку первые являются изоляционными. Предварительная обработка поверхности катализатора перед испытанием важна для содержательной оценки и сравнения. Оксиды металлов с высокой растворимостью в более высоких степенях окисления часто нестабильны в кислой среде, и наблюдается компромисс между стабильностью и активностью Pt, Pd, Au и Ru (23). В настоящее время оксид иридия является единственным известным стабильным катализатором выделения кислорода в кислой среде, и он используется только в чистом виде в слое катализатора.

Проводящие опоры могут использоваться для снижения содержания драгоценных металлов, что приводит к снижению затрат и лучшему использованию катализаторов. Однако, хотя углерод можно использовать в качестве проводящей подложки для обеих полуреакций в топливном элементе, его можно использовать только на стороне водорода в электролизере PEM; со стороны кислорода быстро разъедает. Оксидные носители, такие как мезопористый оксид олова, легированный индием, показали высокую проводимость (0,3 См / см) и многообещающую электрохимическую стабильность при анодных потенциалах (24).Таким образом, двумя ключевыми темами исследований кислотного электролиза являются поиск более распространенного и недорогого альтернативного оксиду иридия катализатора для выделения кислорода и / или открытие проводящего носителя, который также имеет долгосрочную стабильность в условиях выделения кислорода в кислой среде.

CO

2 Электролиз

Электрохимическое восстановление CO 2 до жидкого топлива и химикатов с добавленной стоимостью представляет собой возможное решение для сезонного хранения возобновляемой электроэнергии с нулевым выбросом углерода.CO 2 может быть восстановлен до различных продуктов C1, включая монооксид углерода (CO), формиат, метан, метанол и продукты C2 +, включая этилен и этанол (25). Восстановление CO 2 с высокой селективностью по CO и формиату уже реализовано, поскольку эти реакции представляют собой процесс передачи 2-х электронов (26). Более сложно получить продукт C2 + с высокой селективностью, так как процесс требует переноса более 2 электронов и нескольких протонов, что требует нескольких промежуточных продуктов реакции, некоторые из которых используются совместно с различными возможными продуктами.Высокое перенапряжение, необходимое для большинства катализаторов восстановления CO 2 , также подразумевает низкую эффективность преобразования энергии, <50% (по сравнению с 60-70% для водных электролизеров) (9).

Как обсуждалось для OER, эффективность восстановления CO 2 на металлических катализаторах ограничена линейными масштабными соотношениями. Например, на рис. 4 A показана корреляция свободной энергии (рассчитанной с помощью теории функционала плотности, DFT) 2 промежуточных соединений при восстановлении CO 2 до CO, E (COOH) и E (CO).Желательна более низкая свободная энергия и более стабильная связь M – COOH, тогда как более слабое связывание с CO необходимо для оптимизации десорбции продукта (27). Это сложно для одиночного металлического катализатора, если промежуточные соединения связываются с одним и тем же сайтом, потому что сила связи M – C линейно масштабируется. Мультиметаллические катализаторы вдохновлены активным центром фермента CO-дегидрогеназы CODH, в котором совместное связывание с 2 атомами металла стабилизирует переходное состояние CO 2 (28, 29).Cu является уникальным катализатором восстановления CO 2 , потому что он поддерживает продукты C2 +, в том числе такие, как этанол, которые идеально подходят для сезонного хранения. Cu имеет умеренно прочную связь с CO, но не настолько сильную, чтобы отравить поверхность, обеспечивая достаточное покрытие для этапов взаимодействия C – C или протонирования (30, 31). Каталитические пути, ведущие к углеводородам или оксигенатам на Cu, сложны и сильно связаны, о чем свидетельствует относительно низкая фарадеевская эффективность (FE) для получения этилена и этанола (рис.4 В ). Легирование Cu другими металлами (29, 32–34) и построение наноструктур, которые модулируют химическое окружение сайта связывания CO (35–37), представляют собой интересные стратегии для управления распределением продуктов C2 +. Учитывая сложность этой проблемы, существует потребность в более совершенных спектроскопических датчиках и микроскопах, которые могут охарактеризовать структуру электрокаталитических центров. Систематический высокопроизводительный скрининг, основанный на вычислениях и машинном обучении, также становится эффективным средством решения электрокаталитических проблем такого рода (38).

Рис. 4.

CO 2 электролиз. ( A ) Масштабное соотношение между адсорбционной силой COOH и CO на различных металлических поверхностях и в ферментах. Печатается с разрешения исх. 27. Авторское право Американского химического общества, 2013 г. ( B ) Сравнение плотности тока и FE восстановления CO 2 до этилена (синий) и этанола (красный). Сплошные символы относятся к опубликованным тестам стабильности. Более высокая плотность тока достигается в конфигурации с тройной фазовой границей (TPB) по сравнению с восстановлением водной фазы CO 2 (Aq.). Данные из исх. 29, 32–34 и 35–37. ( C ) Повышенный массоперенос CO 2 вблизи поверхности иглы из золота. Большое электрическое поле на кончике иглы из золота притягивает гидратированный K + , который концентрирует CO 2 в своей сольватной оболочке. Адаптировано с разрешения исх. 39, Springer Nature: Nature , авторское право 2016. ( D ) Конструкция TPB при электролизе CO 2 с подачей газа. Катализатор Cu распыляется на пористый носитель из ПТФЭ, который обеспечивает путь диффузии газа.Из исх. 40. Печатается с разрешения AAAS.

Существуют также острые проблемы системного уровня при электролизе CO 2 . Низкая растворимость CO 2 в воде в кислых условиях создает ограничение массопереноса, и при высоких перенапряжениях реакция HER становится доминирующей. Стратегии концентрации CO 2 на поверхности электрода могут до некоторой степени смягчить эту проблему (рис. 4 C ) (39), а массоперенос значительно улучшается, когда CO 2 подается в газовой фазе.В этом случае очень важно построить трехфазную границу (TPB) с большой площадью поверхности, где встречаются катализатор, электролит и газообразный реагент. На рис. 4 D показан TPB, изготовленный путем напыления слоя катализатора Cu на подложку из политетрафторэтилена (ПТФЭ), предотвращающую затопление системы, поверх которой нанесен углеродный проводящий слой. Газообразный CO 2 диффундирует через пористый слой ПТФЭ, и HER подавляется с помощью щелочного электролита (40). Уроки биологических систем, таких как растения C4 (растения с альтернативным путем фотосинтеза, включающие CO 2 в промежуточное соединение C4, оксалоацетат), могут вдохновить другие стратегии для концентрации CO 2 в конфигурации TPB.Фотосинтезирующие организмы развили способность направлять CO 2 на рибулозо-1,5-бисфосфат в качестве источника углерода для цикла Кальвина. Растения C4 приобретают дополнительную концентрацию, улавливая CO 2 в 4-углеродном соединении и передавая его клеткам оболочки пучка для декарбоксилирования, что приводит к локальной поставке CO 2 для фиксации (41). Аналогичное хранение и доставка CO 2 решает главную проблему газовых электролизеров CO 2 , поскольку скорость однопроходного преобразования в современных электролизерах низкая.Можно представить себе оснащение диффузионного слоя в электролизере градиентно-локализованными «ячейками оболочки пучка», которые утилизируют непрореагировавший газ CO 2 из TPB и передают его вниз к реакционным центрам, достигая более высоких скоростей преобразования.

Ряд уроков, извлеченных из водных электролизеров, можно применить к проблеме электролиза CO 2 , хотя некоторые проблемы специфичны для CO 2 . Градиенты pH, возникающие в мембранных электролитах, требуют затрат энергии в водных электролизерах, которые работают в нейтральном или почти нейтральном растворе, и по этой причине все водные электролизеры работают в сильно кислых или сильно щелочных условиях.Использование буферных растворов при электролизе CO 2 создает градиенты pH и проблемы управления протонами при высокой плотности тока. Для водных электролизеров биполярная мембрана (BPM) решает эту проблему за счет работы катода и анода в кислоте и основании соответственно. Такое расположение минимизирует потери поляризации мембраны, поскольку самодиссоциация воды в BPM обеспечивает ионы H + и OH к катоду и аноду, соответственно. Эта стратегия может быть применена к электролизу CO 2 , но с некоторыми изменениями, поскольку для восстановления CO 2 требуется оптимальный pH, отличный от HER.Использование BPM также смягчает проблему перехода как анионных, так и нейтральных продуктов (42).

Твердотельные электролиты

Поскольку скорость химических реакций экспоненциально возрастает с температурой, промежуточные и высокотемпературные электролизеры эффективны для снижения перенапряжения электродов как для анодных, так и для катодных реакций. На рис. 3 C сравниваются поляризационные кривые PEM-ячейки при 60 ° C и твердооксидной электролизной ячейки (SOEC) при 800 ° C (43), а на рис.3 D показывает данные для ячейки, содержащей твердотельный протонпроводящий электролит (44). Электродные реакции в промежуточных (от 250 до 500 ° C) и высокотемпературных (от 600 до 800 ° C) электролизерах несколько отличаются от таковых в полимерных электролизерах в зависимости от типа используемого электролита. Например, в SOEC водяной пар или CO 2 реагирует на катоде с образованием H 2 или CO, соответственно, и O 2- в 2-электронном процессе. На аноде ионы O 2- объединяются с образованием газа O 2 .

(La 1-x Sr x ) 1-y MnO 3 является одним из наиболее изученных катализаторов для анода SOEC, но имеет проблемы с отслаиванием от электролита, вызывающим увеличение поляризации (45 ). На катоде никель и другие металлы с поздним переходом часто используются в качестве катализаторов SOEC, но обычно они не очень стабильны при требуемых температурах (46). Испытания проводились с использованием перовскитов, включая La 0,6 Sr 0,4 VO 3-d и (La 0.75 Sr 0,25 ) 0,95 Mn 0,5 Cr 0,5 O 3 также в качестве катализаторов на катоде с многообещающими результатами (47, 48). La 1-x Sr x Ga 1-y Mg y O 3 имеет оксид-ионную проводимость в 5 раз выше, чем у типичных циркониевых электролитов, но его стабильность в SOEC еще не исследована подробно ( 49). Одно исследование с использованием La 1-x Sr x Ga 1-y Mg y O 3 в твердооксидном топливном элементе показало, что выходное напряжение спадает со скоростью 1 мВ / ч (50), что составляет не жизнеспособен для коммерческой системы.Протонпроводящие электролиты также очень перспективны, поскольку они могут достигать более высокой проводимости, чем оксидпроводящие материалы при относительно низких температурах (51). Наиболее изученными типами протонпроводящих электролитов являются перовскиты BaZrO 3 и BaCeO 3 , где первый более стабилен, а второй — более проводит (52). Хороший компромисс между этими двумя случаями явился их объединением в BaCe 0,5 Zr 0,3 Y 0,2 O 3-d , что привело к впечатляющей плотности тока 830 мА / см 2 при 1.5 В (53). Обратной стороной керамических протонных или оксидных ионных проводников является то, что ионная проводимость не такая высокая, как у полимерных электролитов, а высокие рабочие температуры вызывают со временем разрушение даже материалов электрода и электролита. Один из способов, которым исследователи пытались минимизировать деградацию, — это понизить рабочую температуру. Недавно было показано, что твердые кислоты являются хорошими проводниками протонов при промежуточных температурах. Например, CsHSO 4 , CsH 2 PO 4 и Cs 2 (HSO 4 ) (H 2 PO 4 ) показали высокую протонную проводимость, а также некоторые другие, включая Rb 3 H (SeO 2 ) 2 , (NH 4 ) 3 H (SO 4 ) 2 и K 3 H (SO 4 ) 2 .Эти материалы достигают электропроводности при температурах от 120 до 300 ° C, но ограничены своими хрупкими механическими свойствами (54). Дальнейшие исследования должны быть сосредоточены на улучшении взаимодействия электролита и катализатора, чтобы свести к минимуму расслоение. Еще одна интересная разработка заключалась в использовании электролитов, которые могут проводить как протоны, так и ионы оксидов. Одна группа изготовила гибридный SOEC, используя BaZr 0,1 Ce 0,7 Y 0,1 Yb 0,1 O 3-d в качестве электролита, который мог произвести 3.16 А / см 2 при 1,3 В и 750 ° C. Эти характеристики намного лучше, чем у одиночных ионопроводящих электролитов (55). Исследования твердотельных систем для разделения воды и электролиза CO 2 демонстрируют устойчивый прогресс и являются многообещающими для получения топлива и химического сырья (H 2 и CO) из электроэнергии. Haldor Topsøe уже производит SOEC для крупномасштабного производства CO по запросу из CO 2 с чистотой до 99.999% (56).

Электрохимическое восстановление азота

Электросинтез аммиака (ESA) изучается, чтобы лучше понять электрокаталитическую активацию диазота и ее ограничения. Это было сделано в диапазоне температур путем реакции газа N 2 на катоде и воды на аноде, которые разделены протонпроводящим электролитом, или взаимодействия N 2 и воды на катоде с использованием анионпроводящего электролит. Из-за 6-электронной природы реакции восстановления N 2 фарадеевская и энергетическая эффективность для объединения окисления воды и восстановления азота имеют тенденцию быть очень низкими.Более часто изучаемый подход заключается в использовании более высоких температур и подаче H 2 на анод. Это может увеличить FE за счет окисления H 2 , но при высоких температурах возникает риск разложения любого образующегося NH 3 (57). В низкотемпературной ЭИА наиболее часто исследуемой мембраной является нафион из-за ее высокой проводимости и стабильности, хотя один из самых высоких КЭ, о которых сообщалось до сих пор (41%), был получен из анионообменной полимерной мембраны с железным катодом (58). Другие протестированные катализаторы включают Pt, Ru и оксиды проводящих металлов с аналогичными результатами (59).Несколько попыток использовать расплавленные соли при 400 ° C с N 3- в качестве подвижного иона в электролите и Ni в качестве катализаторов показали, что FE достигает 80% и скорость синтеза выше, чем у любого твердого оксидного проводника (60). В этом случае электрокатализаторами обычно являются металлы с поздним переходом, такие как серебро, никель или палладий, а электролиты часто такие же, как те, что используются в SOEC, расщепляющих воду (59). Одна исследовательская группа также использовала CH 4 в качестве источника водорода вместо H 2 с аналогичными результатами (61).Низкий КЭ и низкая плотность тока — постоянные проблемы для исследований ESA. При более высоких температурах КЭ составляет от <1 до 80%, но плотности тока слишком малы для практических целей и составляют от <1 до 23 мА / см 2 . Для температур ниже 100 ° C КЭ обычно составляет от 1 до 2%, хотя есть несколько отчетов, которые были значительно выше и могут показывать многообещающие, если плотность тока может быть улучшена (58). Расчеты методом DFT помогли прояснить проблемы электрокатализа азота.В частности, одна группа обнаружила, что различия в энергиях адсорбции промежуточных продуктов NH x * далеки от оптимальных значений для желаемой реакции, что представляет собой сложную проблему для ESA (62).

Перспективы

Рост мощности возобновляемых источников энергии за счет солнечной, ветровой и других углеродно-нейтральных источников ограничивается отсутствием адекватных решений для краткосрочного и долгосрочного хранения энергии. Жидкие виды топлива на основе углерода идеально подходят для длительного хранения энергии из-за их высокой плотности энергии и хорошо развитой инфраструктуры для их транспортировки, хранения и использования.Электролиз обеспечивает ключевое звено между электрической энергией и жидким топливом либо путем прямого электросинтеза из CO 2 и воды, либо путем получения сырья для синтеза топлива, такого как водород и синтез-газ. Последние электролитические процессы, в которых участвуют катодные реакции с 2 электронами и 2 протонами, уже хорошо разработаны с научной и технологической точек зрения. Электролиз воды с использованием щелочных электролизеров получил коммерческое распространение в тех частях мира, где гидроэлектроэнергия является дешевой и широко распространенной.Демонстрация технологий производства CO и синтез-газа была успешной как для систем на основе низкотемпературных полимерных электролитов, так и для высокотемпературных твердотельных электролизеров.

Прямое электролитическое производство жидкого топлива, такого как этанол или аммиак, требует от нас освоения каскадов электрокаталитических реакций, помимо простых одноэлектронных промежуточных продуктов. Хотя восстановление CO 2 до продуктов, связанных с C – C на медьсодержащих катализаторах, известно с 1980-х годов, подробный механизм стал понятен только недавно путем объединения теории электронной структуры с экспериментальными электрохимическими и спектроскопическими экспериментами.Обнадеживающий прогресс был достигнут в поисках катализаторов и электролитов, которые позволяют селективно производить продукты C 2 , такие как этилен и этанол, но высокие катодные и анодные перенапряжения ограничивают эффективность этих процессов. Помимо изучения катализа, стратегии улучшения транспорта реагентов, продуктов и ионов также важны для разработки эффективных электролизеров для CO 2 и N 2 .

Наше понимание хорошо разработанных технологий, таких как электролиз воды, дает полезное руководство для решения других проблем электрохимического преобразования энергии.Принципы катализа в многоэлектронных реакциях, например линейные масштабные соотношения, можно переносить от одной реакции к другой. Уроки на системном уровне также являются общими для разных электролитических систем. Например, управление протонами с помощью BPM решает проблемы системного уровня как для воды, так и для электролиза CO 2 . Снижение перенапряжения электродов при повышенных температурах эффективно для электролиза воды и CO 2 с образованием H 2 и CO и в будущем может быть применено к реакциям, непосредственно производящим жидкое топливо.Природные ферментные системы также вдохновляют на разработку новых стратегий для предварительного концентрирования и доставки реагентов, а также на контроль среды каталитически активных центров для улучшения как селективности, так и эффективности электрокатализаторов для производства жидкого топлива.

Заявление о доступности данных

Нет данных, связанных с этой статьей.

Благодарности

Авторы выражают признательность Управлению фундаментальных энергетических наук, Отделению химических наук, наук о Земле и энергетических биологических науках, Департаменту энергетики за поддержку их исследований в области солнечной фотоэлектрохимии по контракту DE-FG02-07ER15911 и Канадскому институту перспективных исследований. Программа Research Bio-Inspired Solar Energy для поддержки их работы по электрокатализу CO 2 .

Сноски

  • Автор: J.A.T. и T.E.M. спланированное исследование; З.Я. и J.L.H. проведенное исследование; и Z.Y., J.L.H., J.A.T. и T.E.M. написал газету.

  • Авторы заявляют об отсутствии конкурирующей заинтересованности.

  • Настоящий документ является результатом Коллоквиума Артура М. Саклера Национальной академии наук «Состояние и проблемы декарбонизации нашего энергетического ландшафта», состоявшегося 10–12 октября 2018 г.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.