Kendin yap yüksek verimli fırın: Kharkovlu bir yenilikçi, su buharı kullanılmasını önerdi (video). Sudan hidrojen üretmek için ucuz bir katalizör oluşturuldu Video: Stanley Meyer'in yakıt hücresi

MOSKOVA, 11 Mayıs - RIA Novosti. Araştırmacılar, bilim adamlarının, ucuz ve kolay bulunabilen elementler olan nikel ve borun, suyun oksijen ve hidrojene ayrışması için yeni katalizörler üretmek için kullanılabileceğini gösterdiler; bu, geleceğin temiz enerjisinde uygulamaları olabilecek bir keşif. Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri dergisinde yayınlanan makale.

Şimdiye kadar, suyun elektrolizi (elektrik kullanılarak oksijen ve hidrojene ayrışma) için bu tür katalizörler arasında en etkili olanı, gezegende rezervleri çok sınırlı olan pahalı ve nadir bir metal olan platin olarak kabul ediliyor ve bu nedenle birçok bilimsel gruplar bunun yerine bir alternatif arıyor.

Daha önce, yeni makalenin yazarları olan ABD'deki Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden Daniel Nocera grubu, oldukça yaygın ve erişilebilir bir metal olan kobalt bileşiklerinin bu amaçlar için uygulanabilirliğini zaten göstermişti. İki haftadan biraz daha kısa bir süre önce, molibden bazlı suyun ayrışması için etkili bir katalizörün üretildiğine dair basında bir rapor çıktı. Bununla birlikte, bilim adamları yeni bileşikler aramaya devam ediyorlar, çünkü ticari kullanım için bu tür katalizörlerin yalnızca ucuz olması değil, aynı zamanda mevcut prototiplerinden çok daha etkili olması da gerekiyor.

onun içinde yeni iş Nocera'nın grubundan bilim insanları, nikel ve bor elementlerine dayalı bir bileşik olan katalitik bir sistemi tanımlıyor. Elektrik kullanılarak her türlü yüzeye ince bir film halinde uygulanabilmektedir. Ortaya çıkan elektrotta, iki volttan daha az bir elektrik voltajı uygulandığında, sulu bir bor bileşikleri (elektrolit) çözeltisine daldırılır, oksijenin salınmasıyla suyun bir ayrışma reaksiyonu meydana gelir. Bu durumda karşı elektrotta saf hidrojenin salınmasıyla bir reaksiyon meydana gelir.

Yeni katalizörün avantajı yaygın olarak bulunabilen ve ucuz elementlerden elde edilebilmesidir. Ayrıca, benzer katalitik sistemlerin gelecekte ticari uygulama bulacağı umudunu veren iyi performans özelliklerine sahiptir.

Bunu yapmak için, bilim adamlarının bu tür katalizörlerin gücünü artırmaları, onlara elektrolitler gibi ek kimyasal bileşenler kullanmadan sıradan su üzerinde çalışmayı "öğretmeleri" ve ayrıca maksimum verimlilik Güneş pilleriyle tek bir cihazda birleştirin.

Böyle bir santralde gündüz saatlerinde üretilen elektriğin fazlası hidrojene dönüştürülerek karanlık saatlerde kullanılmak üzere depolanabiliyor. Bu kavram, enerji santrallerinde merkezi enerji üretiminden ve bunun elektrik şebekeleri aracılığıyla daha fazla dağıtımından çok daha uygun ve çok daha verimli olan, küçük çiftlikler tarafından tam bir enerji üretimi ve kullanımı döngüsünü ifade eder.

Elektroliz, endüstriyel amaçlar için yaygın olarak kullanılan, maddelerin elektrik akımı yoluyla bileşenlere ayrıştırılmasının kimyasal ve fiziksel bir olgusudur. Bu reaksiyona dayanarak, örneğin klor veya demir dışı metaller üretecek üniteler üretilir.

Enerji kaynaklarının fiyatlarındaki sürekli artış elektroliz tesislerini popüler hale getirdi ev kullanımı. Bu tür yapılar nelerdir ve bunları evde nasıl yapabilirsiniz?

Elektrolizör hakkında genel bilgi

Elektroliz tesisatı, yapısal olarak elektrolitle dolu bir kaba yerleştirilen birkaç elektrottan oluşan, harici bir enerji kaynağı gerektiren bir elektroliz cihazıdır. Bu tip kuruluma su bölme cihazı da denilebilir.

Bu tür birimlerde ana Teknik parametre verimlilik, saatte üretilen hidrojen hacmi anlamına gelir ve m³/saat cinsinden ölçülür. Sabit üniteler model adında bu parametreyi taşır, örneğin SEU-40 membran ünitesi saatte 40 metreküp üretim yapar. m hidrojen.

Bu tür cihazların diğer özellikleri tamamen amaçlanan amaca ve kurulum tipine bağlıdır. Örneğin, suyun elektrolizi yapılırken ünitenin verimliliği aşağıdaki parametrelere bağlıdır:

1. En düşük elektrot potansiyelinin (voltaj) seviyesi. Ünitenin normal çalışması için bu karakteristik plaka başına 1,8-2 V aralığında olmalıdır. Güç kaynağının voltajı 14 V ise, elektrolizörün kapasitesini elektrolit çözeltisiyle birlikte 7 hücreye bölmek mantıklıdır. Böyle bir kuruluma kuru elektrolizör denir. Daha düşük bir değer elektrolizi başlatmaz ve daha yüksek bir değer enerji tüketimini büyük ölçüde artırır;

1. Plaka bileşenleri arasındaki mesafe ne kadar küçük olursa direnç o kadar düşük olur ve bu da büyük bir akım geçtiğinde gaz halindeki maddenin üretiminde bir artışa yol açar;
2. Plakaların yüzey alanı performansı doğrudan etkiler;
3. Isı dengesi ve elektrolit konsantrasyonunun derecesi;
4. Elektrot elemanlarının malzemesi. Altın pahalı fakat elektrolizörlerde kullanım için ideal bir malzemedir. Maliyetinin yüksek olması nedeniyle sıklıkla paslanmaz çelik kullanılır.

Önemli! Farklı tipteki yapılarda değerler farklı parametrelere sahip olacaktır.

Su elektroliz tesisleri aynı zamanda dezenfeksiyon, arıtma ve su kalitesinin değerlendirilmesi gibi amaçlarla da kullanılabilmektedir.

Çalışma prensibi ve elektrolizör çeşitleri

En basit cihaz, suyu oksijen ve hidrojene ayıran elektrolizörlere sahiptir. Bir enerji kaynağına bağlı olarak içine elektrotların yerleştirildiği elektrolit içeren bir kaptan oluşurlar.

Bir elektroliz tesisinin çalışma prensibi, elektrolitten geçen elektrik akımının, suyu moleküllere ayırmaya yetecek bir gerilime sahip olmasıdır. İşlemin sonucu, anotun bir kısım oksijen üretmesi ve katotun iki kısım hidrojen üretmesidir.

Elektrolizör türleri

Su bölme cihazları aşağıdaki tiplere sahiptir:

1. Kuru;
2. Akış;
3. Zar;
4. Diyafram;
5. Alkali.

Kuru tip

Bu tür elektrolizörler en çok basit tasarım(yukarıdaki resim). Hücre sayısının manipülasyonu, üniteye herhangi bir voltaja sahip bir kaynaktan güç sağlanmasını mümkün kılan doğal bir özelliğe sahiptirler.

Akış türü

Bu tesislerin tasarımında, elektrot elemanları ve bir tank ile tamamen elektrolitle doldurulmuş bir banyo bulunmaktadır.

Akış elektroliz tesisatının çalışma prensibi aşağıdaki gibidir (yukarıdaki resimden):

• elektroliz sırasında, elektrolit gazla birlikte "B" borusundan "D" tankına sıkılır;
• “D” kabında gazı elektrolitten ayırma işlemi gerçekleşir;
• gaz “C” valfinden çıkar;
• elektrolit çözeltisi “E” tüpünden “A” banyosuna geri döner.

Bilmek ilginç. Bu çalışma prensibi bazı modellerde yapılandırılmıştır. Kaynak makineleri– Açığa çıkan gazın yanması elemanların kaynaklanmasını sağlar.

Membran tipi

Membran tipi bir elektroliz tesisi diğer elektrolizörlere benzer bir tasarıma sahiptir ancak elektrolit, membran adı verilen polimer bazlı bir katıdır.

Bu tür birimlerdeki membranın ikili bir amacı vardır - iyonların ve protonların transferi, elektrotların ve elektroliz ürünlerinin ayrılması.

Diyafram tipi

Bir maddenin diğerine nüfuz edemediği ve etkileyemediği durumlarda, camdan, polimer elyaftan, seramikten veya asbest malzemeden yapılabilen gözenekli bir diyafram kullanılır.

alkalin tipi

Damıtılmış suda elektroliz gerçekleşemez. Bu gibi durumlarda katalizörlerin kullanılması gerekir. alkali çözeltiler yüksek konsantrasyon. Buna göre elektroliz cihazlarının büyük bir kısmı alkalin olarak adlandırılabilir.

Önemli! Reaksiyonun klor gazı açığa çıkarması nedeniyle tuzun katalizör olarak kullanılmasının zararlı olduğunu belirtmekte fayda var. İdeal bir katalizör, demir elektrotları aşındırmayan ve zararlı maddelerin salınmasına katkıda bulunmayan sodyum hidroksit olacaktır.

Bir elektrolizörün kendi kendine üretimi

Herkes kendi elleriyle elektrolizör yapabilir. En basit tasarımın montaj işlemi için aşağıdaki malzemeler gerekli olacaktır:

• paslanmaz çelik sac ( ideal seçenekler– yabancı AISI 316L veya yerli 03Х16Н15М3);
• cıvatalar M6x150;
• rondelalar ve somunlar;
• şeffaf tüp - inşaat amacıyla kullanılan su seviyesini kullanabilirsiniz;
• dış çapı 8 mm olan birkaç balıksırtı bağlantı parçası;
• 1,5 l hacimli plastik kap;
• akan suyu filtreleyen küçük bir filtre, örneğin çamaşır makineleri için bir filtre;
• su çek valfi.

Oluşturma süreci

Elektrolizörü aşağıdaki talimatlara göre kendi ellerinizle monte edin:

1. İlk adım, paslanmaz çelik sacı işaretlemek ve eşit kareler halinde kesmektir. Testere açılı olarak yapılabilir öğütücü(Bulgarca). Plakaların düzgün şekilde sabitlenmesi için bu tür karelerdeki köşelerden birinin açılı olarak kesilmesi gerekir;
2. Daha sonra, plakanın köşe kesiminin karşısındaki tarafında cıvata için bir delik açmanız gerekecektir;
3. Plakaların bağlantısı dönüşümlü olarak yapılmalıdır: bir plaka "+" üzerinde, diğeri "-" üzerinde vb.;
4. Farklı yüklü plakalar arasında su seviyesinden tüp görevi gören bir yalıtkan bulunmalıdır. 1 mm kalınlığında şeritler elde etmek için uzunlamasına kesilmesi gereken halkalar halinde kesilmelidir. Plakalar arasındaki bu mesafe, elektroliz sırasında verimli gaz salınımı için yeterlidir;
5. Plakalar, rondelalar kullanılarak aşağıdaki şekilde birbirine sabitlenir: cıvatanın üzerine bir rondela, ardından bir plaka, ardından üç rondela, ardından bir plaka vb. yerleştirilir. Pozitif yüklü plakalar, negatif yüklü katmanların ayna görüntüleri olarak düzenlenmiştir. Bu, kesilmiş kenarların elektrotlara temas etmesini önlemenizi sağlar;

1. Plakaları monte ederken derhal yalıtmalı ve somunları sıkmalısınız;
2. Ayrıca kısa devre olmadığından emin olmak için her plakanın halkalanması gerekir;
3. Daha sonra tüm düzeneğin plastik bir kutuya yerleştirilmesi gerekir;
4. Bundan sonra iki delik açacağınız cıvataların kabın duvarlarına temas ettiği yerleri işaretlemeniz gerekir. Cıvatalar kaba oturmuyorsa demir testeresi ile kesilmelidir;
5. Daha sonra, yapıyı kapatmak için cıvatalar somunlar ve rondelalarla sıkılır;

1. Bu manipülasyonlardan sonra kabın kapağında delikler açmanız ve bunlara bağlantı parçaları yerleştirmeniz gerekecektir. Bu durumda dikişler silikon bazlı sızdırmazlık malzemeleriyle kapatılarak sızdırmazlık sağlanabilir;
2. Tasarımdaki koruyucu valf ve filtre, gaz çıkışında bulunur ve aşırı birikimi kontrol etmenin bir aracı olarak hizmet eder, bu da feci sonuçlara yol açabilir;
3. Elektroliz tesisi toplandı.

Son aşama, aşağıdaki şekilde gerçekleştirilen testtir:

• kabın montaj cıvataları seviyesine kadar suyla doldurulması;
• cihaza güç bağlanması;
• karşı ucu suya indirilen bağlantı parçasına bir borunun bağlanması.

Tesisata zayıf bir akım uygulanırsa, tüpten gaz çıkışı neredeyse farkedilmeyecek, ancak elektrolizörün içinde gözlemlenebilecektir. Yükselen elektrik Suya alkalin bir katalizör ekleyerek gaz halindeki maddenin verimini önemli ölçüde artırabilirsiniz.

Üretilen elektrolizör hareket edebilir ayrılmaz parça Hidrojen meşalesi gibi birçok cihaz.

Elektroliz tesislerinin çeşitlerini, ana özelliklerini, tasarımını ve çalışma prensibini bilerek doğru montajı gerçekleştirebilirsiniz. ev yapımı tasarım hangisi olacak vazgeçilmez bir yardımcıçeşitli günlük durumlarda: kaynak yapmaktan ve araç yakıt tüketiminden tasarruf etmekten ısıtma sistemlerinin çalıştırılmasına kadar.

Video

MOSKOVA, 11 Mayıs - RIA Novosti. Araştırmacılar, bilim adamlarının, ucuz ve kolay bulunabilen elementler olan nikel ve borun, suyun oksijen ve hidrojene ayrışması için yeni katalizörler üretmek için kullanılabileceğini gösterdiler; bu, geleceğin temiz enerjisinde uygulamaları olabilecek bir keşif. Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri dergisinde yayınlanan makale.

Şimdiye kadar, suyun elektrolizi (elektrik kullanılarak oksijen ve hidrojene ayrışma) için bu tür katalizörler arasında en etkili olanı, gezegende rezervleri çok sınırlı olan pahalı ve nadir bir metal olan platin olarak kabul ediliyor ve bu nedenle birçok bilimsel gruplar bunun yerine bir alternatif arıyor.

Daha önce, yeni makalenin yazarları olan ABD'deki Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden Daniel Nocera grubu, oldukça yaygın ve erişilebilir bir metal olan kobalt bileşiklerinin bu amaçlar için uygulanabilirliğini zaten göstermişti. İki haftadan biraz daha kısa bir süre önce, molibden bazlı suyun ayrışması için etkili bir katalizörün üretildiğine dair basında bir rapor çıktı. Bununla birlikte, bilim adamları yeni bileşikler aramaya devam ediyorlar, çünkü ticari kullanım için bu tür katalizörlerin yalnızca ucuz olması değil, aynı zamanda mevcut prototiplerinden çok daha etkili olması da gerekiyor.

Nocera'nın grubundan bilim insanları, yeni çalışmalarında nikel ve bor elementlerine dayanan bir bileşik olan katalitik bir sistemi tanımlıyor. Elektrik kullanılarak her türlü yüzeye ince bir film halinde uygulanabilmektedir. Ortaya çıkan elektrotta, iki volttan daha az bir elektrik voltajı uygulandığında, sulu bir bor bileşikleri (elektrolit) çözeltisine daldırılır, oksijenin salınmasıyla suyun bir ayrışma reaksiyonu meydana gelir. Bu durumda karşı elektrotta saf hidrojenin salınmasıyla bir reaksiyon meydana gelir.

Yeni katalizörün avantajı yaygın olarak bulunabilen ve ucuz elementlerden elde edilebilmesidir. Ayrıca, benzer katalitik sistemlerin gelecekte ticari uygulama bulacağı umudunu veren iyi performans özelliklerine sahiptir.

Bunu yapmak için, bilim adamlarının bu tür katalizörlerin gücünü artırmaları, onlara elektrolitler gibi ek kimyasal bileşenler kullanmadan sıradan su üzerinde çalışmayı "öğretmeleri" ve ayrıca maksimum verimlilik için bunları tek bir cihazda güneş pilleriyle birleştirmeleri gerekiyor.

Böyle bir santralde gündüz saatlerinde üretilen elektriğin fazlası hidrojene dönüştürülerek karanlık saatlerde kullanılmak üzere depolanabiliyor. Bu kavram, enerji santrallerinde merkezi enerji üretiminden ve bunun elektrik şebekeleri aracılığıyla daha fazla dağıtımından çok daha uygun ve çok daha verimli olan, küçük çiftlikler tarafından tam bir enerji üretimi ve kullanımı döngüsünü ifade eder.

Suyun elektrolizi/fotolizi için ucuz ve basit bir yol bulursak, inanılmaz derecede zengin ve temiz bir enerji kaynağı olan hidrojen yakıtını elde edeceğiz. Hidrojen oksijen içinde yandığında su dışında herhangi bir yan emisyon oluşturmaz. Teorik olarak elektroliz çok basit bir işlemdir: sudan bir elektrik akımı geçirmeniz yeterlidir ve su hidrojen ve oksijene ayrılır. Ancak artık geliştirilen tüm teknik süreçler o kadar büyük miktarda enerji gerektiriyor ki elektroliz kârsız hale geliyor.

Artık bilim insanları bulmacanın bir kısmını çözdüler. Technion-İsrail Teknoloji Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, görünür (güneş ışığı) ışıkta redoks reaksiyonunun iki adımından ikincisini - indirgemeyi - %100 enerji verimliliğiyle gerçekleştirmek için bir yöntem geliştirdiler ve önceki rekor olan 58,5'i önemli ölçüde geride bıraktılar. %.

Oksidasyon yarı reaksiyonunu iyileştirmek için kalır.

Bu kadar yüksek verim, işlemde yalnızca ışık enerjisinin kullanılması nedeniyle elde edildi. Katalizörler (fotokatalizörler) 50 nm uzunluğunda nanoçubuklardır. Bir ışık kaynağından fotonları emerler ve elektronları serbest bırakırlar.

Oksidasyon yarı reaksiyonu dört ayrı hidrojen atomu ve bir O2 molekülü üretir (bu gereksizdir). İndirgeme yarı reaksiyonunda, dört hidrojen atomu iki H2 molekülü halinde eşleşerek hidrojenin yararlı formu olan H2 gazını üretir.

%100 verimlilik, sisteme giren tüm fotonların elektron oluşumunda yer aldığı anlamına gelir.

Bu verimlilikte her nanoçubuk saniyede yaklaşık 100 H2 molekülü üretir.

Bilim insanları şu anda inanılmaz derecede yüksek pH değerine sahip alkali bir ortam gerektiren süreci optimize etmek için çalışıyor. Bu seviye hiçbir şekilde gerçek çalışma koşulları için kabul edilebilir değildir.

Ayrıca nanoçubuklar korozyona karşı hassastır ki bu da pek iyi bir durum değildir.

Ancak bugün insanlık, hidrojen yakıtı şeklinde tükenmez bir temiz enerji kaynağı elde etmeye bir adım daha yaklaştı.