Csináld magad, nagy hatásfokú kemence: egy harkovi újító vízgőz használatát javasolta (videó). Olcsó katalizátort készítettek hidrogén előállítására vízből Videó: Stanley Meyer üzemanyagcellája

MOSZKVA, május 11. – RIA Novosztyi. A tudósok kimutatták, hogy a nikkel és a bór, az olcsó és könnyen beszerezhető elemek felhasználhatók új katalizátorok előállítására a víz oxigénné és hidrogénné történő lebontásához, amely felfedezés a jövő tiszta energiájában is alkalmazható lehet. a Proceedings of the National Academy of Sciences folyóiratban megjelent tanulmány.

Eddig a víz elektrolízisének (az oxigénre és hidrogénre bomlás elektromos árammal történő lebontása) katalizátorai közül a leghatékonyabb a platina - egy drága és ritka fém, amelynek készletei a bolygón nagyon korlátozottak, és ezért sok tudományos. csoportok keresnek helyette.

Korábban az új cikk szerzői, az amerikai Massachusetts Institute of Technology munkatársa, Daniel Nocera csoportja már bemutatta a meglehetősen gyakori és hozzáférhető fém, a kobaltvegyületek alkalmazhatóságát ezekre a célokra. Valamivel kevesebb, mint két hete jelent meg a sajtóban egy riport egy hatékony, molibdén alapú vízbontási katalizátor gyártásáról. Mindazonáltal a tudósok továbbra is új vegyületek után kutatnak, mivel kereskedelmi használatra az ilyen katalizátoroknak nemcsak olcsónak kell lenniük, hanem nagyságrendekkel hatékonyabbnak is kell lenniük, mint a meglévő prototípusaik.

Az övében új Munka Nocera csoportjának tudósai egy katalitikus rendszert írnak le, amely nikkel és bór elemeken alapuló vegyület. Vékony filmként bármilyen felületre felvihető elektromos áram segítségével. A kapott elektródán, amelyet bórvegyületek (elektrolit) vizes oldatába merítünk, amikor két voltnál kisebb elektromos feszültséget alkalmazunk, a víz bomlási reakciója oxigén felszabadulásával megy végbe. Ebben az esetben a szemközti elektródán reakció megy végbe tiszta hidrogén felszabadulásával.

Az új katalizátor előnye, hogy széles körben elérhető és olcsó elemekből nyerhető. Ezenkívül jó teljesítményjellemzőkkel rendelkezik, amelyek reményt adnak arra, hogy hasonló katalitikus rendszerek a jövőben kereskedelmi alkalmazásra találnak.

Ehhez a tudósoknak növelniük kell az ilyen katalizátorok teljesítményét, „meg kell tanítaniuk” őket arra, hogy a közönséges vízen dolgozzanak anélkül, hogy további kémiai komponenseket, mint elektrolitokat használnának. maximális hatékonyság kombinálni egyetlen eszközben napelemekkel.

Egy ilyen erőműben a nappali órákban termelt többlet villamos energia hidrogénné alakítható és tárolható a sötét órákban történő felhasználásra. Ez a koncepció magában foglalja a kisgazdaságok energiatermelésének és felhasználásának teljes ciklusát, ami nagyon kényelmes és sokkal hatékonyabb, mint a központosított energiatermelés az erőművekben és annak további elosztása az elektromos hálózatokon keresztül.

Az elektrolízis olyan kémiai és fizikai jelenség, amikor az anyagok elektromos áram hatására komponensekre bomlanak, és amelyet széles körben használnak ipari célokra. E reakció alapján egységeket gyártanak például klór vagy színesfémek előállítására.

Az energiaforrások árának folyamatos emelkedése népszerűvé tette az elektrolizáló üzemeket háztartási használatra. Mik az ilyen szerkezetek, és hogyan lehet őket otthon elkészíteni?

Általános információk az elektrolizátorról

Az elektrolizáló berendezés olyan külső energiaforrást igénylő elektrolízis berendezés, amely szerkezetileg több elektródából áll, amelyeket elektrolittal töltött tartályba helyeznek. Ezt a fajta telepítést vízosztó berendezésnek is nevezhetjük.

Az ilyen egységekben a fő műszaki paraméter a termelékenység, amely az óránként termelt hidrogén mennyiségét jelenti és m³/h-ban mérik. A helyhez kötött egységek ezt a paramétert a modellnévben hordozzák, például a SEU-40 membránegység óránként 40 köbmétert termel. m hidrogén.

Az ilyen eszközök egyéb jellemzői teljes mértékben a tervezett céltól és a telepítés típusától függenek. Például a víz elektrolízise során az egység hatékonysága a következő paraméterektől függ:

1. A legalacsonyabb elektródapotenciál (feszültség) szintje. Az egység normál működéséhez ennek a karakterisztikának lemezenként 1,8-2 V tartományban kell lennie. Ha az áramforrás feszültsége 14 V, akkor célszerű az elektrolitoldattal ellátott elektrolizátor kapacitását lapokra 7 cellára osztani. Az ilyen telepítést száraz elektrolizátornak nevezik. Az alacsonyabb érték nem indítja el az elektrolízist, a magasabb érték pedig nagymértékben növeli az energiafogyasztást;

1. Minél kisebb a távolság a lemezelemek között, annál kisebb lesz az ellenállás, ami nagy áram áthaladásakor a gáznemű anyag termelésének növekedéséhez vezet;
2. A lemezek felülete közvetlenül befolyásolja a teljesítményt;
3. Hőegyensúly és elektrolitkoncentráció mértéke;
4. Elektródaelemek anyaga. Az arany drága, de ideális anyag az elektrolizátorokhoz. Magas költsége miatt gyakran használnak rozsdamentes acélt.

Fontos! Más típusú konstrukciókban az értékek eltérő paraméterekkel rendelkeznek.

A vízelektrolízis berendezéseket olyan célokra is fel lehet használni, mint a fertőtlenítés, a tisztítás és a vízminőség értékelése.

Az elektrolizátor működési elve és típusai

A legegyszerűbb készülék elektrolizátorokkal rendelkezik, amelyek a vizet oxigénre és hidrogénre osztják. Egy elektrolitot tartalmazó tartályból állnak, amelybe az elektródákat energiaforráshoz csatlakoztatva helyezik el.

Az elektrolizáló berendezés működési elve az, hogy az elektroliton áthaladó elektromos áram feszültsége elegendő ahhoz, hogy a vizet molekulákká bontsa. A folyamat eredménye az, hogy az anód egy rész oxigént, a katód pedig két rész hidrogént termel.

Az elektrolizátorok típusai

A vízelosztó berendezések a következő típusúak:

1. Száraz;
2. Átfolyó;
3. Membrán;
4. Diafragma;
5. Lúgos.

Száraz típus

Az ilyen elektrolizálókban van a legtöbb egyszerű kialakítás(fenti kép). Jellemzőjük, hogy a cellák számának manipulálása lehetővé teszi az egység táplálását bármilyen feszültségű forrásból.

Áramlás típusa

Ezeknek a berendezéseknek a kialakítása egy teljesen elektrolittal feltöltött fürdő elektródaelemekkel és egy tartállyal rendelkezik.

Az áramlási elektrolízis berendezés működési elve a következő (a fenti képről):

• az elektrolízis során az elektrolit a gázzal együtt a „B” csövön keresztül a „D” tartályba préselődik;
• a „D” tartályban a gáz elválasztása az elektrolittól megy végbe;
• a gáz a „C” szelepen keresztül távozik;
• az elektrolitoldat az „E” csövön keresztül visszatér az „A” fürdőbe.

Érdekes tudni. Ez a működési elv bizonyos esetekben be van állítva hegesztőgépek– a felszabaduló gáz elégetése lehetővé teszi az elemek hegesztését.

Membrán típus

A membrán típusú elektrolizáló üzem hasonló kialakítású, mint a többi elektrolizátor, de az elektrolit polimer alapú szilárd anyag, amelyet membránnak neveznek.

Az ilyen egységek membránjának kettős célja van - ionok és protonok átvitele, elektródák és elektrolízistermékek elválasztása.

Membrán típus

Ha az egyik anyag nem tud áthatolni és befolyásolni egy másikat, porózus membránt használnak, amely üvegből, polimer szálakból, kerámiából vagy azbesztből készülhet.

Lúgos típusú

Az elektrolízis desztillált vízben nem mehet végbe. Ilyen esetekben katalizátorokat kell használni, amelyek lúgos oldatok magas koncentráció. Ennek megfelelően az elektrolizáló készülékek nagy része lúgosnak nevezhető.

Fontos!Érdemes megjegyezni, hogy a só katalizátorként való használata káros, mivel a reakció során klórgáz szabadul fel. Ideális katalizátor a nátrium-hidroxid, amely nem korrodálja a vaselektródákat, és nem járul hozzá a káros anyagok felszabadulásához.

Elektrolizátor saját gyártása

Elektrolizátort bárki készíthet saját kezével. A legegyszerűbb kialakítás összeszerelési folyamatához a következő anyagokra lesz szükség:

• rozsdamentes acéllemez ( ideális lehetőségek– külföldi AISI 316L vagy hazai 03Х16Н15М3);
• csavarok M6x150;
• alátétek és anyák;
• átlátszó cső - használhat vízszintet, amelyet építési célokra használnak;
• több halszálkás szerelvény 8 mm külső átmérővel;
• 1,5 literes műanyag tartály;
• egy kis szűrő, amely megszűri a folyó vizet, például egy szűrő mosógépekhez;
• víz visszacsapó szelep.

Építési folyamat

Szerelje össze az elektrolizátort saját kezével az alábbi utasítások szerint:

1. Az első lépés a rozsdamentes acéllemez megjelölése és további egyenlő négyzetekre vágása. A fűrészelés szögben is végezhető őrlőgép(Bolgár). Az ilyen négyzetek egyik sarkát szögben kell levágni a lemezek megfelelő rögzítéséhez;
2. Ezután lyukat kell fúrnia a csavar számára a lemez sarokvágással ellentétes oldalán;
3. A lemezek csatlakoztatását felváltva kell elvégezni: az egyik lemezt a „+”, a következőt a „-”-on és így tovább;
4. A különböző töltésű lemezek között szigetelőnek kell lennie, amely a vízszinttől csőként működik. Karikára kell vágni, amelyeket hosszában kell vágni, hogy 1 mm vastag csíkokat kapjunk. Ez a lemezek közötti távolság elegendő a hatékony gázkibocsátáshoz az elektrolízis során;
5. A lemezeket alátétekkel rögzítjük a következő módon: egy alátétet helyezünk a csavarra, majd egy lemezt, majd három alátétet, majd egy lemezt és így tovább. A pozitív töltésű lemezek a negatív töltésű lapok tükörképeként vannak elrendezve. Ez lehetővé teszi, hogy megakadályozza, hogy a fűrészelt élek hozzáérjenek az elektródákhoz;

1. A lemezek összeszerelésekor azonnal le kell szigetelni és meg kell húzni az anyákat;
2. Ezenkívül minden lemezt be kell gyűrűzni, hogy ne legyen rövidzárlat;
3. Ezután a teljes szerelvényt műanyag dobozba kell helyezni;
4. Ezt követően meg kell jelölnie azokat a helyeket, ahol a csavarok hozzáérnek a tartály falához, ahol két lyukat fúr. Ha a csavarok nem illeszkednek a tartályba, fémfűrésszel kell levágni;
5. Ezután a csavarokat anyákkal és alátétekkel húzzuk meg a szerkezet tömítéséhez;

1. Ezen manipulációk után lyukakat kell készítenie a tartály fedelén, és be kell helyeznie a szerelvényeket. Ebben az esetben a tömítettség a varratok szilikon alapú tömítőanyagokkal történő tömítésével biztosítható;
2. A kialakításban a védőszelep és a szűrő a gázkimenetnél található, és a túlzott felhalmozódás szabályozására szolgál, ami katasztrofális következményekkel járhat;
3. Az elektrolizáló üzemet összeszerelték.

Az utolsó szakasz a tesztelés, amelyet a következőképpen hajtanak végre:

• a tartály feltöltése vízzel a rögzítőcsavarok szintjéig;
• tápfeszültség csatlakoztatása a készülékhez;
• cső csatlakoztatása a szerelvényhez, amelynek ellenkező végét a vízbe engedjük.

Ha gyenge áramot alkalmaznak a berendezésre, akkor a csövön keresztül szinte észrevehetetlen a gáz felszabadulása, de az elektrolizátor belsejében megfigyelhető. Emelés elektromosság Lúgos katalizátor vízhez adásával jelentősen növelheti a gáz halmazállapotú anyag hozamát.

A gyártott elektrolizátor képes működni szerves része sok eszköz, például egy hidrogén fáklya.

Az elektrolizáló berendezések típusainak, főbb jellemzőinek, felépítésének és működési elvének ismeretében el tudja végezni a megfelelő összeszerelést házi tervezés melyik lesz nélkülözhetetlen asszisztens különféle hétköznapi helyzetekben: a hegesztéstől és a jármű üzemanyag-fogyasztásának megtakarításától a fűtési rendszerek üzemeltetéséig.

Videó

MOSZKVA, május 11. – RIA Novosztyi. A tudósok kimutatták, hogy a nikkel és a bór, az olcsó és könnyen beszerezhető elemek felhasználhatók új katalizátorok előállítására a víz oxigénné és hidrogénné történő lebontásához, amely felfedezés a jövő tiszta energiájában is alkalmazható lehet. a Proceedings of the National Academy of Sciences folyóiratban megjelent tanulmány.

Eddig a víz elektrolízisének (az oxigénre és hidrogénre bomlás elektromos árammal történő lebontása) katalizátorai közül a leghatékonyabb a platina - egy drága és ritka fém, amelynek készletei a bolygón nagyon korlátozottak, és ezért sok tudományos. csoportok keresnek helyette.

Korábban az új cikk szerzői, az amerikai Massachusetts Institute of Technology munkatársa, Daniel Nocera csoportja már bemutatta a meglehetősen gyakori és hozzáférhető fém, a kobaltvegyületek alkalmazhatóságát ezekre a célokra. Valamivel kevesebb, mint két hete jelent meg a sajtóban egy riport egy hatékony, molibdén alapú vízbontási katalizátor gyártásáról. Mindazonáltal a tudósok továbbra is új vegyületek után kutatnak, mivel kereskedelmi használatra az ilyen katalizátoroknak nemcsak olcsónak kell lenniük, hanem nagyságrendekkel hatékonyabbnak is kell lenniük, mint a meglévő prototípusaik.

Új munkájukban Nocera csoportjának tudósai egy katalitikus rendszert írnak le, amely egy nikkel és bór elemeken alapuló vegyület. Vékony filmként bármilyen felületre felvihető elektromos áram segítségével. A kapott elektródán, amelyet bórvegyületek (elektrolit) vizes oldatába merítünk, amikor két voltnál kisebb elektromos feszültséget alkalmazunk, a víz bomlási reakciója oxigén felszabadulásával megy végbe. Ebben az esetben a szemközti elektródán reakció megy végbe tiszta hidrogén felszabadulásával.

Az új katalizátor előnye, hogy széles körben elérhető és olcsó elemekből nyerhető. Ezenkívül jó teljesítményjellemzőkkel rendelkezik, amelyek reményt adnak arra, hogy hasonló katalitikus rendszerek a jövőben kereskedelmi alkalmazásra találnak.

Ehhez a tudósoknak növelniük kell az ilyen katalizátorok teljesítményét, „meg kell tanítaniuk” őket arra, hogy közönséges vízzel dolgozzanak anélkül, hogy további kémiai komponenseket elektrolitként használnának, és a maximális hatékonyság érdekében egyetlen eszközben kombinálják őket napelemekkel.

Egy ilyen erőműben a nappali órákban termelt többlet villamos energia hidrogénné alakítható és tárolható a sötét órákban történő felhasználásra. Ez a koncepció magában foglalja a kisgazdaságok energiatermelésének és felhasználásának teljes ciklusát, ami nagyon kényelmes és sokkal hatékonyabb, mint a központosított energiatermelés az erőművekben és annak további elosztása az elektromos hálózatokon keresztül.

Ha olcsó és egyszerű módot találunk a víz elektrolízisére/fotolízisére, hihetetlenül gazdag és tiszta energiaforrást kapunk - hidrogén üzemanyagot. Amikor a hidrogén oxigénben ég, a vízen kívül nem képez semmilyen mellékkibocsátást. Elméletileg az elektrolízis nagyon egyszerű folyamat: csak elektromos áramot kell átvezetni a vízen, és az szétválik hidrogénre és oxigénre. Most azonban minden kifejlesztett műszaki folyamat olyan nagy mennyiségű energiát igényel, hogy az elektrolízis veszteségessé válik.

Most a tudósok megfejtették a rejtvény egy részét. A Technion-Israel Institute of Technology kutatói kifejlesztettek egy módszert a redox reakció két lépése közül a második - redukció - látható (napfény) fényben való végrehajtására, 100%-os energiahatékonysággal, jelentősen felülmúlva a korábbi 58,5-ös rekordot. %.

Továbbra is javítani kell az oxidációs félreakciót.

Ilyen magas hatásfokot annak köszönhettek, hogy csak fényenergiát használnak fel a folyamatban. A katalizátorok (fotokatalizátorok) 50 nm hosszú nanorudak. Fényforrásból fotonokat nyelnek el és elektronokat szabadítanak fel.

Az oxidációs félreakció során négy különálló hidrogénatom és egy O2 molekula keletkezik (ami szükségtelen). A redukciós félreakcióban négy hidrogénatom párosul két H2 molekulává, így a hidrogén hasznos formája, a H2 gáz jön létre.

A 100%-os hatásfok azt jelenti, hogy a rendszerbe belépő összes foton részt vesz az elektronok előállításában.

Ennél a hatékonyságnál minden nanorúd körülbelül 100 H 2 molekulát generál másodpercenként.

A tudósok most azon dolgoznak, hogy optimalizálják a folyamatot, amely jelenleg lúgos környezetet igényel hihetetlenül magas pH-val. Ez a szint semmiképpen sem elfogadható valós üzemi körülmények között.

Ezenkívül a nanorudak érzékenyek a korrózióra, ami szintén nem túl jó.

Azonban ma az emberiség egy lépéssel közelebb került ahhoz, hogy kimeríthetetlen tiszta energiaforrást szerezzen hidrogén üzemanyag formájában.