Добыча водорода: методы и получение в домашних условиях

О реальностях изготовления водородных генераторов для отопления дома. Существующие проекты, сделанные своими руками. Схемы, изготовление, монтаж и просто идеи

Содержание

Способы получения водорода

Водород – газообразный элемент без цвета и запаха с плотностью 1/14 по отношению к воздуху. В свободном состоянии он встречается редко. Обычно водород соединен с другими химическими элементами: кислородом, углеродом.

Получение водорода для промышленных нужд и энергетики проводится несколькими методами. Самыми популярными считаются:

  • электролиз воды;
  • метод концентрирования;
  • низкотемпературная конденсация;
  • адсорбция.

Выделить водород можно не только из газовых или водных соединений. Добыча водорода производится при воздействии на дерево и уголь высокими температурами, а также при переработке биоотходов.

Атомный водород для энергетики получают, используя методику термической диссоциации молекулярного вещества на проволоке из платины, вольфрама либо палладия. Ее нагревают в водородной среде под давлением менее 1,33 Па. А также для получения водорода используются радиоактивные элементы.

Термическая диссоциация

Термическая диссоциация

Электролизный метод

Наиболее простым и популярным методом выделения водорода считается электролиз воды. Он допускает получение практически чистого водорода. Другими преимуществами этого способа считаются:

Принцип действия электролизного генератора водорода

Принцип действия электролизного генератора водорода

  • доступность сырья;
  • получение элемента под давлением;
  • возможность автоматизации процесса из-за отсутствия движущихся частей.

Процедура расщепления жидкости электролизом обратен горению водорода. Его суть в том, что под воздействием постоянного тока на электродах, опущенных в водный раствор электролита, выделяются кислород и водород.

Дополнительным преимуществом считается получение побочных продуктов, обладающих промышленной ценностью. Так, кислород в большом объеме необходим для катализации технологических процессов в энергетике, очистки почвы и водоемов, утилизации бытовых отходов. Тяжелая вода, получаемая при электролизе, в энергетике используется в атомных реакторах.

Получение водорода концентрированием

Этот способ основан на выделении элемента из содержащих его газовых смесей. Так, наибольшая часть производимого в промышленных объемах вещества, извлекается с помощью паровой конверсии метана. Добытый в этом процессе, водород используют в энергетике, в нефтеочистительной, ракетостроительной индустрии, а также для производства азотных удобрений. Процесс получения H2 осуществляют разными способами:

  • короткоцикловым;
  • криогенным;
  • мембранным.

Последний способ считается наиболее эффективным и менее затратным.

Мембранный способ получения водорода

Конденсация под действием низких температур

Эта методика получения H2 заключается в сильном охлаждении газовых соединений под давлением. В результате они трансформируются в двухфазную систему, которая впоследствии разделяется сепаратором на жидкое составляющее и газ. Для охлаждения применяют жидкие среды:

  • воду;
  • сжиженный этан или пропан;
  • жидкий аммиак.

Конденсация под действием низких температур

Эта процедура не так проста, как кажется. Чисто разделить углеводородные газы за один раз не получится. Часть компонентов уйдет с газом, забираемым из сепарационного отсека, что не экономично. Решить проблему можно глубоким охлаждением сырья перед сепарацией. Но это требует больших энергозатрат.

В современных системах низкотемпературных конденсаторов дополнительно предусмотрены колонны деметанизации либо деэтанизации. Газовую фазу выводят с последней сепарационной ступени, а жидкость направляется в ректификационную колонну с потоком сырого газа после теплообмена.

Способ адсорбции

Во время адсорбции для выделения водорода используют адсорбенты – твердые вещества, поглощающие необходимые компоненты газовой смеси. В качестве адсорбентов применяют активированный уголь, силикатный гель, цеолиты. Для осуществления этого процесса применяют специальные аппараты – циклические адсорберы или молекулярные сита. При реализации под давлением этот метод позволяет извлекать 85-процентный водород.

Если сравнивать адсорбцию с низкотемпературной конденсацией, можно отметить меньшую материальную и эксплуатационную затратность процесса – в среднем, на 30 процентов. Методом адсорбции производят водород для энергетики и с применением растворителей. Такой способ допускает извлечение 90 процентов H2 из газовой смеси и получение конечного продукта с концентрацией водорода до 99,9%.

Адсорбция - понятие

Устройство и принцип работы генератора водорода

Как это работает

Классический аппарат для выработки водорода включает в себя трубку небольшого диаметра, зачастую — с круглым сечением. Под ней расположены спецячейки с электролитом. Сами частицы алюминия располагаются в нижнем сосуде. Электролит в данном случае подходит только щелочного типа. Над подающим насосом установлен резервуар, где собирается конденсат. В некоторых моделях применяется 2 насоса. Температура контролируется прямо в ячейках.

Генератор получает газ из воды. Ее качество напрямую влияет на количество примесей в готовом продукте. Так, если в генератор попадает вода с высокой концентрацией посторонних ионов, то ей сперва предстоит пройти через деионизационный фильтр.

Вот как происходит процесс получения газа:

  1. Дистиллят расщепляется на кислород (O) и водород (H) в процессе электролиза.
  2. O2 поступает в питающий бак, а затем уходит в атмосферу в виде побочного продукта.
  3. H2 поставляется в сепаратор, отделяется от воды, которая затем снова поступает в питающий бак.
  4. Водород повторно пропускается сквозь разделяющую мембрану, которая извлекает из него остатки кислорода, а затем попадает в хроматографическое оборудование.

Что такое генератор водорода и как его сделать своими руками

Метод электролиза

Как уже упоминалось выше, в мире практически нет таких же неиссякаемых энергоисточников, как водород. Не следует забывать, что Мировой океан на 2/3 состоит из этого элемента, а во всей Вселенной H2 на пару с гелием занимает наибольший объем. Но чтобы получить чистый водород, нужно расщепить воду на частицы, а сделать это не очень просто.

Ученые после многолетних ухищрений изобрели метод электролиза. Этот метод основывается на помещении в воду на близком расстоянии друг от друга двух пластин из металла, которые подсоединены к источнику большого напряжения. Далее подается питание – и большой электропотенциал фактически разрывает молекулу воды на компоненты, в результате чего высвобождается 2 атома водорода (HH) и 1 — кислорода (O).

Что такое генератор водорода и как его сделать своими руками

Данный газ (HHO) был назван в честь ученого австралийского ученого Юлла Брауна, который в 1974 году запатентовал создание электролизера.

Топливная ячейка Стенли Мейера

Ученый из США Стенли Мейер изобрел такую установку, которая использовала не сильный электропотенциал, а токи определенной частоты. Молекула воды раскачивается в такт изменяющимся электрическим импульсам и входит в резонанс. Постепенно он набирает мощность, которой хватает для разделения молекулы на составляющие. Для такого воздействия нужны в десятки раз меньшие токи, чем для функционирования стандартного электролизного агрегата.

Что такое генератор водорода и как его сделать своими руками

ВАЖНО! За свое изобретение Мейер поплатился жизнью. Его убили, по слухам, по заказу магнатов, так как его изобретение могло на корню убить нефтяной бизнес. Тем не менее, некоторые наработки ученого сохранились, поэтому у его современников есть возможность пытаться делать такие аппараты.

Преимущества газа Брауна как источника энергии

  1. Вода, из которой получают HHO, присутствует на нашей планете в огромном количестве. Соответственно, источники водорода практически неиссякаемы.
  2. При сгорании газа Брауна образуется водяной пар. Его можно вновь конденсировать в жидкость и применять как сырье еще раз.
  3. Сжигание HHO не приводит к выбросу каких-либо вредных веществ в атмосферу и не образует побочных продуктов, кроме воды. Можно сказать, что газ Брауна — самое экологичное топливо в мире.
  4. При использовании водородного генератора выделяется водяной пар. Его количества хватает, чтобы длительное время поддерживать в помещении комфортную для человека влажность.

ВАЖНО! Водород можно получить также путем крекинга – переработки нефти (газ выделяет как побочный продукт). Этот метод дешевле, чем получение путем электролиза, но могут возникнуть сложности с транспортировкой газа. Кроме того, полученный при электролизе газ гораздо чище, чем выработанный путем крекинга.

Что такое генератор водорода и как его сделать своими руками

Часть 3. Водородная энергетика: атомно-водородная технология

================================================================

P. S. Ссылки на источники теперь находятся в группе Вконтакте!

Описание и принцип работы водородного генератора

Есть несколько методик выделения водорода и из других веществ, перечислим наиболее распространенные:

  1. Электролиз, данная методика наиболее простая и может быть реализована в домашних условиях. Через водный раствор, содержащий соль, пропускается постоянный электрический ток, под его воздействием происходит реакция, которую можно описать следующим уравнением: 2NaCl + 2H2O→2NaOH + Cl2 + H2↑. В данном случае пример приведен для раствора обычной кухонной соли, что не лучший вариант, поскольку выделяющийся хлор является ядовитым веществом. Заметим, что полученный данным способом водород наиболее чистый (порядка 99,9%).
  2. Путем пропускания водяного пара над каменноугольным коксом, нагретым до температуры 1000°С, при таких условиях протекает следующая реакция: Н2О + С ⇔ СО↑ + H2↑.
  3. Добыча из метана путем конверсии с водяным паром (необходимое условие для реакции – температура 1000°С): СН4 + Н2О ⇔ СО + 3Н2. Второй вариант – окисление метана: 2СН4 + О2 ⇔ 2СО + 4Н2.
  4. В процессе крекинга (переработки нефти) водород выделяется в качестве побочного продукта. Заметим, что в нашей стране все еще практикуется сжигание этого вещества на некоторых нефтеперерабатывающих заводах ввиду отсутствия необходимого оборудования или достаточного спроса.

Из перечисленных вариантов последний наименее затратный, а первый наиболее доступный, именно он положен в основу большинства генераторов водорода, в том числе и бытовых. Их принцип действия заключается в том, что в процессе пропускания тока через раствор, положительный электрод притягивает отрицательные ионы, а электрод с противоположным зарядом – положительные, в результате происходит расщепление вещества.

Пример электролиза на растворе хлорида натрияПример электролиза на растворе хлорида натрия

Метки: газ водород, из воды в двигатель. экономия, или миф?

Участвовать в обсуждениях могут только зарегистрированные пользователи.

Основные достоинства отопления на водороде

Данный способ обогрева дома имеет несколько существенных преимуществ, которыми обусловлена возрастающая популярность системы.

  1. Впечатляющий КПД, который нередко достигает 96%.
  2. Экологичность. Единственный побочный продукт, выделяющийся в атмосферу – это водяной пар, который не способен навредить окружающей среде в принципе.
  3. Водородное отопление постепенно заменяет традиционные системы, освобождая людей от необходимости в добыче природных ресурсов – нефти, газа, угля.
  4. Водород действует без огня, тепловая энергия образуется путем каталитической реакции.

Область использования генератора водорода

H2 — это современный энергоноситель, который активно используется во многих промышленных сферах. Вот лишь некоторые:

  • выработка хлористого водорода (‎HC)l;
  • выработка горючего для ракетных установок;
  • изготовление аммиака;
  • обработка металла и резка по нему;
  • разработка удобрений для дачных участков;
  • синтез азотной кислоты;
  • создание метилового спирта;
  • пищевая промышленность;
  • производство соляной кислоты;
  • создание систем «теплый пол».

Кроме того, HHO стал весьма полезен и в быту, правда, с оговорками. Прежде всего, его используют для автономных систем отопления. Кроме того, газ Брауна добавляют в бензин, пытаясь обмануть двигатель и сэкономить на топливе.

В обоих случаях есть свои особенности. Так, при организации домашнего обогрева нужно учесть, что температура горения HHO на порядок выше, чем у метана. В связи с этим необходимо приобрести специальный недешевый котел с термостойким соплом. В противном случае, владелец и его дом будут в немалой опасности.

Что такое генератор водорода и как его сделать своими руками

Что касается применения генератора в машине, то порой система может сработать – если её сконструировали верно. Но идеальные параметры или коэффициент прироста мощности найти практически нереально. Кроме того, не совсем понятно, насколько снизится срок службы двигателя, а уж его замена влетит «в копеечку».

Добыча водорода в условиях домашнего хозяйства

Высокотемпературные методы производства водорода в домашних условиях неприменимы. Здесь чаще всего используют электролиз воды.

Выбор электролизера

Для получения элемента дома необходим специальный аппарат – электролизер. Вариантов такого оборудования на рынке много, аппараты предлагают как известные технологические корпорации, так и мелкие производители. Брендовые агрегаты дороже, но качество их сборки выше.

Домашний прибор отличается малыми габаритами и легкостью в эксплуатации. Основными деталями его являются:

Электролизер - что это

Электролизер — что это

  • риформер;
  • система очистки;
  • топливные элементы;
  • компрессорное оборудование;
  • емкость для хранения водорода.

В качестве сырья берется простая вода из-под крана, а электричество идет из обычной розетки. Сэкономить на электроэнергии позволяют агрегаты на солнечных батареях.

«Домашний» водород применяют в системах отопления или приготовления пищи. А также им обогащают бензовоздушную смесь, чтобы повысить мощность двигателей автомобиля.

Изготовление аппарата своими руками

Еще дешевле сделать прибор самому в домашних условиях. Сухой электролизер выглядит как герметичный контейнер, который представляет собой две электродные пластины в емкости с электролитическим раствором. Во Всемирной сети предлагаются разнообразные схемы сборки аппаратов разных моделей:

  • с двумя фильтрами;
  • с верхним либо нижним расположением контейнера;
  • с двумя или тремя клапанами;
  • с оцинкованной платой;
  • на электродах.
Схема устройства электролиза

Схема устройства электролиза

Простой прибор для получения водорода создать несложно. Для него потребуются:

  • листовая нержавеющая сталь;
  • прозрачная трубка;
  • штуцеры;
  • пластиковая емкость (1,5 л);
  • водяной фильтр и обратный клапан.
Простой прибор для получения водорода

Устройство простого прибора для получения водорода

Помимо этого, нужны будут различные метизы: гайки, шайбы, болты. Первым делом нужно распилить лист на 16 квадратных отсеков, у каждого из них спилить угол. В противоположном от него углу требуется высверлить отверстие для болтового крепления пластин. Для обеспечения постоянного тока пластины нужно подключать по схеме: плюс–минус–плюс–минус. Изолируют эти детали друг от друга с помощью трубки, а на соединении болтом и шайбами (по три штуки между пластинками). На плюс и минус насаживают по 8 пластин.

При правильной сборке ребра пластинок не будут задевать электроды. Собранные детали опускают в емкость из пластика. В месте касания стенок болтами делают два установочных отверстия. Устанавливают защитный клапан для удаления избытка газа. В крышку контейнера монтируют штуцеры и герметизируют швы силиконом.

Тестирование аппарата

Чтобы протестировать аппарат, выполняют несколько действий:

Схема получения водорода

Схема получения водорода

  1. Наполняют жидкостью.
  2. Прикрыв крышкой, соединяют один конец трубки со штуцером.
  3. Второй опускают в воду.
  4. Подключают к источнику питания.

После включения прибора в розетку через несколько секунд будет заметен процесс электролиза и выпадение осадка.

Чистая вода не обладает хорошей электропроводностью. Для улучшения этого показателя нужно создать электролитический раствор, добавив щелочь – гидроксид натрия. Он есть в составах для очищения труб наподобие «Крота».

Правила техники безопасности

Получение водорода в домашних условиях возможно лишь при ответственном подходе к работе. Этот газ способен легко загореться или взорваться, особенно при использовании аппаратов, собранных своими руками.

Чтобы избежать утечек, перед процедурой электролиза следует проверить герметичность всех частей электролизера:

Техника безопасности при работе с водородом

Техника безопасности при работе с водородом

  • трубки;
  • насос;
  • резервуар.

Небезопасными могут быть и покупные аппараты, особенно неизвестных производителей. Брак может случиться и у самых известных брендов, но риск этого намного меньше – там продукцию тщательно проверяют.

В промышленности добыча водорода необходима для энергетики, например, на нем работают такие энергоисточники, как высокотемпературные реакторы с гелиевым теплоносителем. Применяют элемент и в производстве пластиков, синтетических волокон, извести и цемента, листового стекла. В домашних условиях его используют для отопления помещений и снижения расходов автомобильного топлива.

Видео по теме: Водород — открытие, получение, применение

Критерии качества установки

Собрать качественную эффективную и продуктивную установку в домашних условиях крайне сложно. К примеру, если даже взять в расчёт такой критерий, как металл, из которого делаются электродные пластины или трубки, уже есть риск столкнуться с проблемами.

Долговечность электродов зависит от вида металла и его свойств. Можно, конечно, использовать ту же самую нержавейку, но продолжительность жизни таких элементов будет недолгой.

Электродные пластины ячейки

Некая пародия электродных пластин для генератора водорода. Взяты пластины от обычного переменного конденсатора, которые сделаны из алюминия. Таких электродов хватит ровно на полчаса работы даже в составе малой экспериментальной системы

Существенную роль играют также монтажные размеры. Необходимы расчёты с высокой точностью по отношению к требуемой мощности, качеству воды и прочим параметрам.

Так, если величина зазора между рабочими электродами окажется вне расчётного значения, водородный генератор может не функционировать вовсе. В худшем случае мощность, на которую делался расчёт, окажется в несколько раз меньшей.

Даже сечение провода, соединяющего электроды с источником питания, имеет значение в устройстве генератора водорода. Правда, здесь дело касается безопасной эксплуатации устройства. Тем не менее, следует учитывать и эту деталь конструкции в домашнем исполнении.

Возвращаясь к безопасной эксплуатации системы, следует также не забывать о внедрении в конструкцию так называемого водяного затвора, препятствующего обратному движению газа.

Установка для генерации водорода

Несмотря на довольно внушительное число разработок самодельных генераторов водорода, реально эффективного варианта пока нет. Все модели уступают заводскому оборудованию

Водород в домашних условиях: есть ли выгода

Сразу отметим: использовать водородный генератор для отопления дома невыгодно. Вы потратите больше электричества на выделение чистого H2, чем получите энергии после его сжигания. Так, на 1 кВт теплоты затрачивается 2 кВт электроэнергии, то есть, выгоды никакой. Проще установить дома любой из электрических котлов.

Чтобы заменить 1 литр бензина для автомобиля, потребуется 4766 литров чистого водорода или 7150 л гремучего газа, 1/3 которого — это кислород. Пока что даже лучшие умы мира не разработали агрегат, способный выдать подобную производительность.

Что такое генератор водорода и как его сделать своими руками

Отечественный опыт строительства водородных генераторов в домашних условиях ↑

А что у нас, в среде отечественных «кулибиных»? Интернет-форумы полны споров о возможности постройки генератора водорода своими руками. Адепты гидрогениума тычут в глаза скептикам фотками самогонных аппаратов, переделанных в установки по производству чистого топлива. Скептики: покажите конкретный пример постоянно работающего устройства. В ответ — тишина. Кто-то что-то собрал, подключил к кухонной плите, пожарил на водороде яичницу, съел. Теперь вот стоит в сарае, а к плите опять подключен газ, это проще, дешевле, безопаснее. Правда, умные люди всё же извлекают из «диванной» гидрогениумной энергетики пользу: завлекательные посты обеспечивают владельцев аккаунтов лайками, большим числом просмотров и подписчиков, что приносит неплохие деньги.

Если кто-то из читателей хочет повторить опыт гаражных мастеров, то, пожалуйста, вот достаточно подробное описание конструкции «самопального» водородного реактора. Ничего сложного.

В этом ролике нам красиво показывают, как мелкосерийное отечественное устройство обслуживает два десятка радиаторов, но не называют ни его тепловую мощность, ни себестоимость килокалории тепла.

Обслуживание генераторов водорода

Оборудование подлежит тщательному уходу. Специалисты советуют придерживаться следующих советов:

  • не улучшать и не изменять самостоятельно генератор даже при наличии профессионального инженерного чертежа;
  • рекомендовано установить на оборудование специальные датчики температуры внутри теплообменника, что даст возможность контролировать процесс перегрева воды;
  • запорную арматуру можно установить в горелку и подключить ее к датчику температурных показателей. Это даст прибору возможность нормально охлаждаться.

Самодельный генератор позволяет получить водород, но применяется он в основном для экспериментов и газосварки. Чтобы обогреть немалое строение, КПД аппарата попросту не хватит. И при этом не стоит забывать о низком КПД устройства, а также хлопотах и затратах при его сборке.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...