يحفز ارتفاع أسعار موارد الطاقة البحث عن أنواع وقود أكثر كفاءة وأقل تكلفة ، بما في ذلك على مستوى الأسرة. ينجذب معظم الحرفيين المتحمسين للهيدروجين ، الذي تزيد قيمته الحرارية بثلاث مرات عن الميثان (38.8 كيلوواط مقابل 13.8 مع 1 كجم من المادة). يبدو أن طريقة الاستخراج في المنزل معروفة - تقسيم الماء عن طريق التحليل الكهربائي. في الواقع ، المشكلة أكثر تعقيدًا. مقالتنا لها هدفان:
- تحليل مسألة كيفية صنع مولد الهيدروجين بأقل تكلفة ؛
- ضع في اعتبارك استخدام مولد الهيدروجين لتدفئة منزل خاص ، وإعادة تزويد سيارة بالوقود ، وكآلة لحام.
جزء نظري موجز
الهيدروجين ، المعروف أيضًا باسم الهيدروجين ، العنصر الأول في الجدول الدوري ، هو أخف مادة غازية ذات نشاط كيميائي مرتفع. أثناء الأكسدة (أي الاحتراق) ينبعث منها كمية كبيرة من الحرارة ، وتشكيل الماء العادي. نميز خصائص العنصر ، ونصممها على شكل أطروحات:
- حرق الهيدروجين عملية صديقة للبيئة ، ولا يتم إطلاق مواد ضارة.
- بسبب نشاطه الكيميائي ، لا يحدث الغاز الحر على الأرض. ولكن في تكوين المياه ، فإن احتياطياتها لا تنضب.
- يتم استخراج العنصر في الإنتاج الصناعي بطريقة كيميائية ، على سبيل المثال ، في عملية تغويز (الانحلال الحراري) للفحم. في كثير من الأحيان منتج ثانوي.
- طريقة أخرى للحصول على الهيدروجين الغازي هي التحليل الكهربائي للماء في وجود المحفزات - البلاتين وسبائك غالية أخرى.
- مزيج بسيط من غازات الهيدروجين والأكسجين (الأكسجين) ينفجر من أدنى شرارة ، ويطلق على الفور كمية كبيرة من الطاقة.
كمرجع. العلماء الذين فصلوا جزيء الماء لأول مرة في الهيدروجين والأكسجين أطلقوا على خليط الغاز المتفجر بسبب ميله للانفجار. في وقت لاحق ، حصل على اسم غاز براون (باسم المخترع) وأصبح محددًا بالصيغة الافتراضية للمنظمات غير الحكومية.
من ما سبق ، فإن الاستنتاج التالي يشير إلى نفسه: ذرتان هيدروجين تتحد بسهولة مع ذرة أكسجين واحدة ، لكنهما مترددتان جدًا في الانفصال. يستمر تفاعل الأكسدة الكيميائية مع الإطلاق المباشر للطاقة الحرارية وفقًا للصيغة:
2 ح2 + O2 → 2 ح2O + Q (الطاقة)
هنا تكمن نقطة مهمة ستكون مفيدة لنا في التحليل الإضافي للرحلات الجوية: يدخل الهيدروجين في رد فعل عفوي من الاشتعال ، ويتم إطلاق الحرارة مباشرة. لفصل جزيء الماء ، يجب إنفاق الطاقة:
2 ح2O → 2H2 + O2 - س
هذه صيغة تفاعل كهربي تميز عملية تقسيم الماء عن طريق توفير الكهرباء. كيف نضع هذا موضع التنفيذ ونصنع مولد الهيدروجين بيديك ، سننظر في المزيد.
إنشاء النموذج الأولي
لجعلك تفهم ما تتعامل معه ، نقترح أولاً تجميع مولد هيدروجين بسيط بتكلفة منخفضة. يظهر تصميم التثبيت محلي الصنع في الرسم التخطيطي.
ماذا يتكون المحلل الكهربائي البدائي من:
- مفاعل - حاوية زجاجية أو بلاستيكية بجدران سميكة ؛
- أقطاب معدنية مغمورة في مفاعل بالماء ومتصلة بمصدر طاقة ؛
- يعمل الخزان الثاني كمصراع للمياه ؛
- أنابيب عادم الغاز HHO.
نقطة مهمة. يعمل مصنع الهيدروجين الكهربائي فقط على التيار المباشر. لذلك ، استخدم محول التيار المتردد أو شاحن السيارة أو البطارية كمصدر للطاقة. لن يعمل المولد.
مبدأ تشغيل المحلل الكهربائي هو كما يلي:
- يتم تزويد إلكترودين مغمورين في الماء بالجهد ، ويفضل من مصدر قابل للتعديل.لتحسين التفاعل ، يضاف القليل من القلويات أو الأحماض إلى الحاوية (في المنزل - الملح العادي).
- نتيجة لتفاعل التحليل الكهربائي ، سيتم إطلاق الهيدروجين من جانب الكاثود المتصل بطرف "ناقص" ، وسيتم توليد الأكسجين بالقرب من الأنود.
- الاختلاط ، يدخل كلا الغازين من خلال أنبوب في مصيدة مياه تؤدي وظيفتين: فصل بخار الماء ومنع وميض في المفاعل.
- من الخزان الثاني ، يتم تغذية الغاز المتفجر من NNO إلى الموقد ، حيث يتم حرقه لتشكيل الماء.
لجعل تصميم المولد الموضح في الرسم البياني بيديك ، ستحتاج إلى زجاجتين زجاجيتين بأعناق وأغطية واسعة ، وقطارة طبية وعشرات من البراغي. يتم عرض مجموعة كاملة من المواد في الصورة.
من الأدوات الخاصة ، مطلوب مسدس الغراء لإغلاق الأغطية البلاستيكية. إجراءات التصنيع بسيطة:
- لف العصي الخشبية المسطحة مع مسامير ذاتية التنصت ، وتضع نهاياتها في اتجاهات مختلفة. قم بلحام رؤوس البراغي معًا وقم بتوصيل الأسلاك - احصل على الأقطاب الكهربائية المستقبلية.
- اصنع فتحة في الغطاء ، وأدخل العلبة المقطوعة بالقطارة والأسلاك هناك ، ثم أغلقها على كلا الجانبين بمسدس الغراء.
- ضع الأقطاب الكهربائية في الزجاجة وقم بتثبيتها على الغطاء.
- في الغطاء الثاني ، احفر 2 ثقوب ، وأدخل أنابيب القطارة والمسمار على زجاجة مملوءة بالماء العادي.
لبدء تشغيل مولد الهيدروجين ، صب الماء المملح في المفاعل وقم بتشغيل مصدر الطاقة. يتميز بداية التفاعل بظهور فقاعات غازية في كلتا الحاويتين. اضبط الجهد على القيمة المثلى وأشعل النار في الغاز البني الخارج من إبرة القطارة.
حول خلية الهيدروجين ماير
إذا قمت بعمل واختبار التصميم الموضح أعلاه ، فعند حرق الشعلة في نهاية الإبرة ، ربما لاحظت أن أداء التثبيت منخفض للغاية. للحصول على مزيد من الغاز المتفجر ، تحتاج إلى صنع جهاز أكثر خطورة ، يسمى خلية ستانلي ماير تكريما للمخترع.
يعتمد مبدأ تشغيل الخلية أيضًا على التحليل الكهربائي ، حيث يتم تصنيع الأنود والكاثود فقط في شكل أنابيب يتم إدخالها إلى أخرى. يتم توفير الجهد من مولد النبض من خلال ملفين رنين ، مما يسمح بتقليل الاستهلاك الحالي وزيادة إنتاجية مولد الهيدروجين. يظهر الشكل الإلكتروني للجهاز في الشكل:
ملحوظة. يتم وصف تفاصيل تشغيل المخطط على المصدر http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
لإنشاء خلية ماير ، ستحتاج إلى:
- علبة أسطوانية مصنوعة من البلاستيك أو الزجاج الشفاف ؛ غالبًا ما يستخدم الحرفيون مرشحًا للمياه مع غطاء وفوهات ؛
- أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ بقطر 15 و 20 مم ، وطول 97 مم ؛
- الأسلاك والعوازل.
يتم إرفاق أنابيب مقاومة للتآكل بقاعدة العازل الكهربائي ، ويتم لحام الأسلاك المتصلة بالمولد بها. تتكون الخلية من 9 أو 11 أنبوبًا موضوعة في علبة بلاستيكية أو زجاجية ، كما هو موضح في الصورة.
يتم توصيل العناصر وفقًا لجميع المخططات المعروفة على الإنترنت ، والتي تتضمن وحدة إلكترونية وخلية Meyer وقفل مياه (الاسم الفني هو الفوار). لأسباب تتعلق بالسلامة ، تم تجهيز النظام بأجهزة استشعار للضغط الحرج ومستوى الماء. وفقًا لمراجعات الحرفيين المنزليين ، يستهلك هذا التركيب الهيدروجيني تيارًا بترتيب 1 أمبير عند جهد 12 فولت ولديه أداء كافٍ ، على الرغم من عدم توفر الأرقام الدقيقة.
مفاعل اللوح
مولد الهيدروجين عالي الأداء القادر على ضمان تشغيل الموقد الغازي مصنوع من صفائح غير قابلة للصدأ قياس 15 × 10 سم ، العدد من 30 إلى 70 قطعة. يتم حفر ثقوب لربط الأزرار فيها ، ويتم قطع طرف لتوصيل السلك في الزاوية.
بالإضافة إلى الصفائح المعدنية الصف 316 ، ستحتاج إلى شراء:
- 4 مم من المطاط السميك المقاوم للقلويات ؛
- لوحات نهاية مصنوعة من زجاج شبكي أو تكستوليت ؛
- قضبان التعادل M10-14 ؛
- فحص الصمام لجهاز لحام الغاز ؛
- تصفية المياه تحت هيدرولوك.
- توصيل الأنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ المموج ؛
- هيدروكسيد البوتاسيوم في شكل مسحوق.
يجب تجميع الألواح في وحدة واحدة ، معزولة عن بعضها البعض مع حشوات مطاطية مع قطع متوسط ، كما هو موضح في الرسم. سحب المفاعل الناتج بإحكام مع ترصيع وتوصيلها بفوهات المنحل بالكهرباء. يأتي هذا الأخير من حاوية منفصلة مجهزة بغطاء وصمامات إغلاق.
ملحوظة. نقول كيفية عمل محلل كهربي من النوع المتدفق (الجاف). من الأسهل عمل مفاعل بألواح غمر - لا يلزم حشوات مطاطية ، ويتم تخفيض الوحدة المجمعة إلى حاوية محكمة الإغلاق بالكهرباء.
يتم إجراء التجميع اللاحق للمولد المنتج للهيدروجين بالطريقة نفسها ، ولكن مع وجود اختلافات:
- على غلاف الجهاز يتم إرفاق خزان لإعداد المنحل بالكهرباء. هذا الأخير هو محلول 7-15٪ من هيدروكسيد البوتاسيوم في الماء.
- فبدلاً من الماء ، يسكب ما يسمى مزيل الأكسدة - الأسيتون أو المذيب غير العضوي - في "الفوار".
- يجب وضع صمام فحص أمام الموقد ، وإلا ، عندما يتم إيقاف الموقد الهيدروجيني بسلاسة ، فإن الضربة العكسية ستكسر الخراطيم والفوار.
هل من المربح الحصول على الهيدروجين في المنزل
تعتمد الإجابة على هذا السؤال على نطاق خليط الأكسجين والهيدروجين. تم تصميم جميع الرسومات والمخططات المنشورة من خلال موارد مختلفة عبر الإنترنت لإنتاج غاز HHO للأغراض التالية:
- استخدام الهيدروجين كوقود للسيارات ؛
- حرق الهيدروجين بدون تدخين في غلايات التدفئة والأفران ؛
- التقدم بطلب لحام الغاز.
المشكلة الرئيسية التي تتخطى كل مزايا وقود الهيدروجين: تكلفة الكهرباء لإطلاق المادة النقية تتجاوز كمية الطاقة المتلقاة من احتراقها. مهما كان ادعاء أتباع النظريات الطوباوية ، فإن أقصى كفاءة للمحلل الكهربائي تصل إلى 50 ٪. هذا يعني أن 1 كيلو واط من الحرارة تستهلك 2 كيلو واط من الكهرباء. الفائدة صفر أو حتى سلبية.
أذكر أننا كتبنا في القسم الأول. الهيدروجين عنصر نشط للغاية ويتفاعل مع الأكسجين من تلقاء نفسه ، مما يولد الكثير من الحرارة. في محاولة لفصل جزيء مستقر من الماء ، لا يمكننا جلب الطاقة مباشرة إلى الذرات. يتم التقسيم بواسطة الكهرباء ، ويتم تبديد نصفه عن طريق تسخين الأقطاب الكهربائية والماء وملفات المحولات وما إلى ذلك.
معلومات أساسية مهمة. الحرارة النوعية لاحتراق الهيدروجين أعلى بثلاث مرات من حرارة الميثان ، ولكن بالكتلة. إذا قارناها بالحجم ، فعند حرق 1 م 3 من الهيدروجين ، سيتم إطلاق 3.6 كيلو واط فقط من الطاقة الحرارية مقارنة بـ 11 كيلو واط للميثان. بعد كل شيء ، الهيدروجين هو العنصر الكيميائي الأخف.
الآن فكر في الغاز المتفجر الذي تم الحصول عليه عن طريق التحليل الكهربائي في مولد هيدروجين محلي الصنع ، كوقود للاحتياجات المذكورة أعلاه:
- إن سعر التركيب النهائي وانخفاض الإنتاجية والكفاءة يجعل حرق الهيدروجين لتسخين منزل خاص غير مربح للغاية. من السهل وضع أي من الغلايات الكهربائية - TEN أو الحث أو القطب الكهربائي - من "لف" العداد بمحلل كهربائي.
- لاستبدال لتر واحد من البنزين للسيارة ، يلزم 4،766 لترًا من الهيدروجين النقي أو 7،150 لترًا من الغاز المفجر ، ثلثها الأكسجين. لم يقم المخترع الأكثر رديءًا على الإنترنت بعد بصنع محلل كهربائي قادر على تقديم أداء مماثل.
- جهاز لحام الغاز الذي يحرق الهيدروجين هو أكثر إحكاما وأخف وزنا من الاسطوانات التي تحتوي على الأسيتيلين والبروبان والأكسجين. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح لك درجة حرارة اللهب التي تصل إلى 3000 درجة مئوية بالعمل مع أي معادن ، ولا تلعب تكلفة الحصول على الوقود هنا دورًا خاصًا.
كمرجع. لحرق الهيدروجين في غلاية ، سيكون عليك إعادة تصميم الهيكل تمامًا ، حيث أن موقد الهيدروجين يمكن أن يذيب أي فولاذ.
استنتاج
الهيدروجين في تكوين غاز المنظمات غير الحكومية الذي يتم الحصول عليه من مولد هيدروجين محلي الصنع مفيد لسببين: التجارب ولحام الغاز.حتى إذا تجاهلنا الكفاءة المنخفضة للمحلل الكهربائي وتكاليف تجميعه مع الكهرباء المستهلكة ، فليس هناك ببساطة إنتاجية كافية لتدفئة المبنى. وهذا ينطبق أيضًا على محرك البنزين لسيارة ركاب.