Tungku berefisiensi tinggi buatan sendiri: inovator Kharkov mengusulkan penggunaan uap air (video). Katalis murah telah diciptakan untuk menghasilkan hidrogen dari air Video: sel bahan bakar Stanley Meyer

MOSKOW, 11 Mei - RIA Novosti. Para ilmuwan telah menunjukkan bahwa nikel dan boron, unsur yang murah dan mudah didapat, dapat digunakan untuk menghasilkan katalis baru untuk penguraian air menjadi oksigen dan hidrogen, sebuah penemuan yang dapat diterapkan pada energi bersih di masa depan, para peneliti melaporkan dalam a makalah yang diterbitkan dalam jurnal Prosiding National Academy of Sciences.

Hingga saat ini, katalis yang paling efektif untuk elektrolisis air (penguraian menjadi oksigen dan hidrogen menggunakan listrik) dianggap sebagai platinum - logam mahal dan langka, yang cadangannya di planet ini sangat terbatas, dan oleh karena itu banyak penelitian ilmiah. kelompok mencari penggantinya.

Sebelumnya, penulis artikel baru, kelompok Daniel Nocera dari Massachusetts Institute of Technology di AS, telah menunjukkan penerapan senyawa kobalt, logam yang cukup umum dan mudah diakses, untuk tujuan ini. Kurang dari dua minggu yang lalu, sebuah laporan muncul di media tentang produksi katalis efektif untuk penguraian air berdasarkan molibdenum. Namun demikian, para ilmuwan terus mencari senyawa baru, karena untuk penggunaan komersial katalis tersebut tidak hanya murah, tetapi juga lebih efektif dibandingkan prototipe yang ada.

Di miliknya pekerjaan baru Para ilmuwan dari kelompok Nocera menggambarkan sistem katalitik yang merupakan senyawa berdasarkan unsur nikel dan boron. Ini dapat diterapkan sebagai film tipis ke permukaan apa pun dengan menggunakan listrik. Pada elektroda yang dihasilkan, direndam dalam larutan encer senyawa boron (elektrolit), ketika tegangan listrik diterapkan kurang dari dua volt, terjadi reaksi penguraian air dengan pelepasan oksigen. Dalam hal ini, reaksi terjadi pada elektroda yang berlawanan dengan pelepasan hidrogen murni.

Keuntungan katalis baru adalah dapat diperoleh dari unsur-unsur yang banyak tersedia dan murah. Selain itu, ia memiliki karakteristik kinerja yang baik, yang memberikan harapan bahwa sistem katalitik serupa akan dapat diterapkan secara komersial di masa depan.

Untuk melakukan hal ini, para ilmuwan perlu meningkatkan kekuatan katalis tersebut, “mengajarkan” mereka untuk bekerja pada air biasa tanpa menggunakan komponen kimia tambahan sebagai elektrolit, dan juga untuk efisiensi maksimum digabungkan dalam satu perangkat dengan sel surya.

Dalam pembangkit listrik seperti itu, kelebihan listrik yang dihasilkan pada siang hari dapat diubah menjadi hidrogen dan disimpan untuk digunakan pada saat gelap. Konsep ini menyiratkan siklus penuh pembangkitan dan penggunaan energi oleh pertanian kecil, yang sangat nyaman dan lebih efisien dibandingkan produksi energi terpusat di pembangkit listrik dan distribusi lebih lanjut melalui jaringan listrik.

Elektrolisis merupakan fenomena kimia dan fisika penguraian zat menjadi komponen-komponen melalui arus listrik, yang banyak digunakan untuk keperluan industri. Berdasarkan reaksi ini, unit diproduksi untuk menghasilkan, misalnya, logam klorin atau non-besi.

Kenaikan harga sumber daya energi yang terus-menerus telah membuat pabrik elektrolisis menjadi populer penggunaan rumah tangga. Apa saja strukturnya, dan bagaimana cara membuatnya di rumah?

Informasi umum tentang elektroliser

Instalasi elektrolisis adalah suatu alat untuk elektrolisis yang memerlukan sumber energi luar, yang strukturnya terdiri dari beberapa elektroda yang ditempatkan dalam wadah berisi elektrolit. Jenis instalasi ini juga bisa disebut alat pemisah air.

Di unit seperti itu yang utama parameter teknis adalah produktivitas, yang berarti volume hidrogen yang dihasilkan per jam dan diukur dalam m³/jam. Unit stasioner membawa parameter ini dalam nama modelnya, misalnya unit membran SEU-40 menghasilkan 40 meter kubik per jam. m hidrogen.

Karakteristik lain dari perangkat tersebut sepenuhnya bergantung pada tujuan dan jenis pemasangan. Misalnya, saat melakukan elektrolisis air, efisiensi unit bergantung pada parameter berikut:

Tingkat potensial elektroda (tegangan) terendah. Untuk pengoperasian normal unit, karakteristik ini harus berada dalam kisaran 1,8-2 V per pelat. Jika sumber listrik bertegangan 14 V, maka masuk akal untuk membagi kapasitas elektroliser dengan larutan elektrolit menjadi lembaran menjadi 7 sel. Instalasi seperti ini disebut elektroliser kering. Nilai yang lebih rendah tidak akan memulai elektrolisis, dan nilai yang lebih tinggi akan meningkatkan konsumsi energi secara signifikan;

Semakin kecil jarak antara komponen pelat, semakin rendah resistansinya, yang bila arus besar mengalir, akan menyebabkan peningkatan produksi zat gas;
Luas permukaan pelat secara langsung mempengaruhi kinerja;
Keseimbangan panas dan derajat konsentrasi elektrolit;
Bahan elemen elektroda. Emas adalah bahan yang mahal namun ideal untuk digunakan dalam elektroliser. Karena harganya yang mahal, baja tahan karat sering digunakan.

Penting! Dalam konstruksi tipe yang berbeda, nilainya akan memiliki parameter yang berbeda.

Pabrik elektrolisis air juga dapat digunakan untuk tujuan seperti desinfeksi, pemurnian, dan penilaian kualitas air.

Prinsip pengoperasian dan jenis elektroliser

Perangkat paling sederhana memiliki elektroliser yang memecah air menjadi oksigen dan hidrogen. Mereka terdiri dari wadah berisi elektrolit di mana elektroda ditempatkan dan dihubungkan ke sumber energi.

Prinsip pengoperasian instalasi elektrolisis adalah arus listrik yang melewati elektrolit mempunyai tegangan yang cukup untuk menguraikan air menjadi molekul. Hasil dari proses tersebut adalah anoda menghasilkan satu bagian oksigen, dan katoda menghasilkan dua bagian hidrogen.

Jenis-jenis elektroliser

Perangkat pemisah air tersedia dalam jenis berikut:

Kering;
Mengalir;
Selaput;
Diafragma;
basa.

Tipe kering

Elektroliser seperti itu memiliki paling banyak desain sederhana(gambar di atas). Mereka memiliki fitur yang melekat, yaitu manipulasi jumlah sel memungkinkan unit diberi daya dari sumber dengan tegangan berapa pun.

Tipe aliran

Instalasi ini dalam desainnya memiliki bak yang diisi penuh dengan elektrolit dengan elemen elektroda dan tangki.

Prinsip pengoperasian instalasi elektrolisis aliran adalah sebagai berikut (dari gambar di atas):

selama elektrolisis, elektrolit bersama dengan gas diperas melalui pipa “B” ke dalam tangki “D”;
dalam wadah “D” terjadi proses pemisahan gas dari elektrolit;
gas keluar melalui katup “C”;
larutan elektrolit kembali melalui tabung “E” ke bak “A”.

Menarik untuk diketahui. Prinsip operasi ini dikonfigurasi di beberapa mesin las– pembakaran gas yang dilepaskan memungkinkan elemen dilas.

Jenis membran

Pabrik elektrolisis tipe membran memiliki desain yang mirip dengan elektroliser lainnya, namun elektrolitnya berupa padatan berbasis polimer yang disebut membran.

Membran dalam unit tersebut memiliki tujuan ganda - transfer ion dan proton, pemisahan elektroda dan produk elektrolisis.

Tipe diafragma

Ketika suatu zat tidak dapat menembus dan mempengaruhi zat lain, digunakan diafragma berpori, yang dapat terbuat dari kaca, serat polimer, keramik, atau bahan asbes.

Tipe basa

Elektrolisis tidak dapat terjadi dalam air suling. Dalam kasus seperti itu, perlu menggunakan katalis, yaitu larutan basa konsentrasi tinggi. Oleh karena itu, sebagian besar perangkat elektrolisis dapat disebut basa.

Penting! Perlu dicatat bahwa penggunaan garam sebagai katalis berbahaya, karena reaksinya melepaskan gas klor. Katalis yang ideal adalah natrium hidroksida, yang tidak menimbulkan korosi pada elektroda besi dan tidak berkontribusi terhadap pelepasan zat berbahaya.

Produksi sendiri elektroliser

Siapapun dapat membuat elektroliser dengan tangannya sendiri. Untuk proses perakitan desain paling sederhana, Anda membutuhkan bahan-bahan berikut:

lembaran baja tahan karat ( pilihan ideal– AISI 316L asing atau domestik 03Х16Н15М3);
baut M6x150;
mesin cuci dan mur;
tabung transparan - Anda dapat menggunakan ketinggian air, yang digunakan untuk keperluan konstruksi;
beberapa tulangan herringbone dengan diameter luar 8 mm;
wadah plastik dengan volume 1,5 l;
filter kecil yang menyaring air mengalir, misalnya filter untuk mesin cuci;
katup periksa air.

Proses membangun

Rakit elektroliser dengan tangan Anda sendiri sesuai dengan instruksi berikut:

Langkah pertama adalah menandai dan selanjutnya memotong lembaran baja tahan karat menjadi kotak yang sama. Penggergajian dapat dilakukan secara miring penggiling(Bulgaria). Salah satu sudut pada kotak tersebut harus dipotong miring untuk mengencangkan pelat dengan benar;
Selanjutnya, Anda perlu mengebor lubang untuk baut di sisi pelat yang berlawanan dengan potongan sudut;
Penyambungan pelat-pelat tersebut harus dilakukan satu per satu: satu pelat pada “+”, pelat berikutnya pada “-” dan seterusnya;
Di antara pelat-pelat yang bermuatan berbeda harus terdapat isolator, yang berfungsi sebagai tabung dari permukaan air. Itu harus dipotong menjadi cincin, yang harus dipotong memanjang untuk mendapatkan potongan setebal 1 mm. Jarak antara pelat ini cukup untuk pelepasan gas yang efektif selama elektrolisis;
Pelat-pelat tersebut diikat menjadi satu menggunakan ring dengan cara sebagai berikut: sebuah washer dipasang pada baut, kemudian sebuah pelat, lalu tiga ring, lalu sebuah pelat, dan seterusnya. Pelat bermuatan positif disusun sebagai bayangan cermin dari lembaran bermuatan negatif. Hal ini memungkinkan Anda untuk mencegah tepi gergaji menyentuh elektroda;

Saat merakit pelat, Anda harus segera mengisolasinya dan mengencangkan mur;
Selain itu, setiap pelat harus diberi cincin untuk memastikan tidak ada korsleting;
Selanjutnya, seluruh rakitan harus ditempatkan di dalam kotak plastik;
Setelah itu, Anda perlu menandai tempat-tempat di mana baut menyentuh dinding wadah, tempat Anda mengebor dua lubang. Jika baut tidak masuk ke dalam wadah, baut harus dipotong dengan gergaji besi;
Selanjutnya, baut dikencangkan dengan mur dan ring untuk menutup struktur;

Setelah manipulasi ini, Anda perlu membuat lubang di tutup wadah dan memasukkan alat kelengkapan ke dalamnya. Dalam hal ini, kekencangan dapat dipastikan dengan menyegel lapisan dengan sealant berbahan silikon;
Katup pelindung dan filter dalam desain terletak di saluran keluar gas dan berfungsi sebagai sarana untuk mengendalikan akumulasi berlebihan, yang dapat menyebabkan konsekuensi bencana;
Pabrik elektrolisis telah dirakit.

Tahap terakhir adalah pengujian yang dilakukan sebagai berikut:

mengisi wadah dengan air hingga setinggi baut pemasangan;
menghubungkan daya ke perangkat;
menghubungkan tabung ke fitting, ujung yang berlawanan diturunkan ke dalam air.

Jika arus lemah dialirkan ke instalasi, pelepasan gas melalui tabung hampir tidak terlihat, tetapi hal ini dapat diamati di dalam elektroliser. Pemeliharaan arus listrik Dengan menambahkan katalis basa ke dalam air, hasil zat gas dapat ditingkatkan secara signifikan.

Elektroliser yang diproduksi dapat bertindak bagian integral banyak perangkat, seperti obor hidrogen.

Mengetahui jenis, karakteristik utama, desain dan prinsip pengoperasian pabrik elektrolisis, Anda dapat melakukan perakitan yang benar desain buatan sendiri yang mana yang akan terjadi asisten yang sangat diperlukan dalam berbagai situasi sehari-hari: mulai dari pengelasan dan penghematan konsumsi bahan bakar kendaraan hingga pengoperasian sistem pemanas.

Video

Dalam karya barunya, para ilmuwan dari kelompok Nocera mendeskripsikan sistem katalitik yang merupakan senyawa berdasarkan unsur nikel dan boron. Ini dapat diterapkan sebagai film tipis ke permukaan apa pun dengan menggunakan listrik. Pada elektroda yang dihasilkan, direndam dalam larutan encer senyawa boron (elektrolit), ketika tegangan listrik diterapkan kurang dari dua volt, terjadi reaksi penguraian air dengan pelepasan oksigen. Dalam hal ini, reaksi terjadi pada elektroda yang berlawanan dengan pelepasan hidrogen murni.

Untuk melakukan hal ini, para ilmuwan perlu meningkatkan kekuatan katalis tersebut, “mengajarkan” mereka untuk bekerja pada air biasa tanpa menggunakan komponen kimia tambahan sebagai elektrolit, dan juga menggabungkannya dengan sel surya dalam satu perangkat untuk efisiensi maksimum.

Detail Diterbitkan: 04.11.2015 07:48

Pemanasan kompor di Ukraina, seperti yang mereka katakan, sedang mengalami kelahiran kembali. Alasan untuk fenomena ini jelas tanpa penjelasan apapun. Itulah sebabnya inovator Kharkov Oleg Petrik mengusulkan penggunaan teknologi pembangkit listrik tenaga panas batubara bubuk untuk meningkatkan efisiensi kompor rumah, dan untuk itu sama sekali tidak diperlukan keterampilan mekanik yang berpengalaman.

Bagaimana Anda dapat meningkatkan efisiensi kompor batubara (pembakaran kayu) atau boiler bahan bakar padat tanpa menggunakan sumber energi tambahan.

Prinsip pengoperasian teknologinya cukup sederhana: air dari reservoir (pembangkit uap) diubah menjadi uap suhu tinggi(400 - 500 C) dan dimasukkan langsung ke dalam nyala api, bertindak sebagai semacam katalis pembakaran yang meningkatkan produktivitas instalasi pemanas.

Untuk membuat sistem rasionalisasi, Anda memerlukan: generator uap, yang dibuat dari cara improvisasi (tabung atau panci, sebaiknya terbuat dari baja tahan karat, bisa digunakan; bahkan minuman nabati tua pun dapat digunakan). Sebuah puting dari ban mobil. Anda juga memerlukan sekitar setengah meter selang oksigen dan sekitar satu setengah meter tabung, sebaiknya terbuat dari baja tahan karat berdinding tipis dengan diameter dalam 8 mm, dari mana superheater dibuat.

Menurut superheater, uap dalam keadaan panas masuk melalui lubang pada kompor memarut. Pembagi uap dipasang di ujung tabung untuk menetralisir kebisingan: tabung dipotong menjadi kurang dari setengahnya dengan penggiling, dengan penambahan sekitar 10 mm, dibuat 7 - 10 potongan, kemudian lubang dibungkus dengan jaring dengan jendela baja tahan karat 20-30 mikron dalam dua atau tiga lapisan, dan dipasang ke tabung dengan kawat berdiameter 1-1,5 mm.

Tabung karet di atas kompor harus dinaikkan 20-30 sentimeter (tidak dinaikkan pada foto yang ditampilkan). Meskipun sebagian pendinginan selang oksigen terjadi karena uap air, hal ini harus dilakukan demi alasan keselamatan kebakaran.

Untuk mempercepat produksi uap oleh pembangkit uap, saat menyalakan kayu bakar, perlu menuangkan tidak lebih dari 200 ml air ke dalam wadah, itu akan mendidih dalam 5-8 menit dan perangkat akan mulai beroperasi dengan kekuatan penuh. Setelah itu, pembuat uap dapat terisi penuh dengan air untuk pengoperasian oven dalam jangka panjang.

Peningkatan produktivitasnya sekitar 50% dibandingkan perangkat konvensional. Pengujian perangkat menunjukkan bahwa waktu pengoperasian tungku berkurang setengahnya, yaitu dari 2 menjadi 4 jam. Artinya, Anda memerlukan setengah jumlah kayu untuk menyalakan kompor. Kelengkapan pembakaran bahan bakar meningkat, asap yang keluar dari cerobong praktis tidak terlihat, dan jumlah abu berkurang secara signifikan. Karena kenaikan harga sumber daya energi, khususnya gas alam, modernisasi semacam itu akan menjadi relevan bagi banyak pemilik rumah.

Tentu saja, solusi yang diusulkan memerlukan perbaikan yang signifikan: perlunya otomatisasi proses penyediaan air, optimalisasi desain itu sendiri, dll. Namun, pilihan “memompa” tungku yang murah dan cepat menggunakan sarana dasar yang dapat ditemukan di setiap rumah akan membantu banyak orang menghemat banyak, dan juga dapat menjadi pendorong bagi perkembangan teknologi baru dan lahirnya ide-ide baru. .

Pengrajin dari Kharkov ini juga memiliki instalasi eksperimental dengan jendela untuk membakar batu bara atau kayu dalam atmosfer uap, atau, sebagaimana ia menyebutnya, “kompor perut buncit hidrogen”.

Referensi. Uap super panas banyak digunakan untuk meningkatkan efisiensi turbin pada pembangkit listrik tenaga panas, dan telah digunakan pada semua jenis lokomotif sejak awal abad terakhir. Selain itu, proyek telah dikembangkan reaktor nuklir, dimana sebagian saluran proses harus digunakan untuk memanaskan uap super sebelum disuplai ke turbin. Diketahui bahwa penggunaan superheater dapat meningkatkan efisiensi instalasi steam secara signifikan dan mengurangi keausan komponen-komponennya.

Jika kita menemukan cara yang murah dan sederhana untuk elektrolisis/fotolisis air, kita akan mendapatkan sumber energi yang sangat kaya dan bersih – bahan bakar hidrogen. Ketika hidrogen terbakar dalam oksigen, ia tidak menghasilkan emisi samping apa pun selain air. Secara teori, elektrolisis adalah proses yang sangat sederhana: cukup lewati arus listrik melalui air, dan air akan dipisahkan menjadi hidrogen dan oksigen. Namun sekarang semua proses teknis yang dikembangkan membutuhkan energi yang begitu besar sehingga elektrolisis menjadi tidak menguntungkan.

Kini para ilmuwan telah memecahkan sebagian dari teka-teki tersebut. Para peneliti di Institut Teknologi Technion-Israel telah mengembangkan metode untuk melakukan langkah kedua dari dua langkah reaksi redoks - reduksi - dalam cahaya tampak (sinar matahari) dengan efisiensi energi 100%, secara signifikan melampaui rekor sebelumnya yaitu 58,5 %.

Masih meningkatkan setengah reaksi oksidasi.

Efisiensi tinggi dicapai karena hanya energi cahaya yang digunakan dalam proses tersebut. Katalis (fotokatalis) adalah nanorod dengan panjang 50 nm. Mereka menyerap foton dari sumber cahaya dan melepaskan elektron.

Setengah reaksi oksidasi menghasilkan empat atom hidrogen individu dan satu molekul O2 (yang sebenarnya tidak diperlukan). Dalam setengah reaksi reduksi, empat atom hidrogen berpasangan menjadi dua molekul H2, menghasilkan bentuk hidrogen yang berguna, gas H2.

Efisiensi 100% berarti semua foton yang memasuki sistem terlibat dalam pembentukan elektron.

Pada efisiensi ini, setiap nanorod menghasilkan sekitar 100 molekul H2 per detik.

Para ilmuwan kini berupaya mengoptimalkan proses tersebut, yang saat ini membutuhkan lingkungan basa dengan pH sangat tinggi. Level ini sama sekali tidak dapat diterima untuk kondisi pengoperasian sebenarnya.

Selain itu, nanorod rentan terhadap korosi, yang juga tidak terlalu baik.

Namun, saat ini umat manusia selangkah lebih dekat untuk mendapatkan sumber energi bersih berupa bahan bakar hidrogen yang tidak ada habisnya.