Получение водорода из воды в домашних условиях: Получение водорода в домашних условиях

Содержание

Получение водорода в домашних условиях

На Земле водород в чистом виде почти не встречается, и в повседневной жизни мы с ним не сталкиваемся. Но в соединениях — это второй по количеству атомов элемент в земной коре после кислорода. Все живые существа на Земле, включая нас с вами, примерно на 2/3 состоят из водорода.

Ключевые слова: водород, получение водорода.

Так что же такое водород? Каковы его свойства? Как его получают и применяют в земных условиях? Можно ли получить водород в домашних условиях, и как это делать лучше всего? На эти и другие вопросы мы постараемся ответить в ходе нашей научной работы.

Водород — это самый простой элемент в природе, состоящий из одного протона и вращающегося вокруг него электрона. Впервые получение водорода упоминается у английского учёного Роберта Бойля, который в 1671 году проводил реакцию между железными стружками и разбавленными кислотами.

Русское наименование «водород» предложил химик М. Ф. Соловьев в 1824 году — по аналогии с «кислородом» М. В. Ломоносова. Официальное латинское название водорода «Hydrogenium».

В промышленности водород получают в основном из ископаемого топлива. В первую очередь это природный газ, метан, с которым большинство из нас может встретится на кухне, если вас есть газовая плита. Водород получают из лёгких фракций нефти. Третий по популярности источник водорода — это уголь.

Наиболее доступным для повторения в домашних условиях является разложение воды электрическим током (электролиз).

Для проведения нашего эксперимента мы взяли старую зарядку на 5 В 750мА и угольные электроды, извлечённые из обычных солевых батареек. Для измерения протекающего тока использовался мультиметр.

Для сбора и измерения получающихся газов, в бутылки налили воды, и закрепили их на основной ёмкости горлышком вниз, погрузив его при этом в электролит. Таким образом, чтобы воздух в бутылку попадать не смог. Всего в ёмкости и бутылках получилось около 1,5 литров воды. Как и ожидалось, с чистой водой, после подачи напряжения с зарядного устройства ничего не произошло. Мультиметр показывал почти нулевой ток. Но, когда в воду добавили две чайные ложки соды, электролиз пошёл бодрее, на обоих электродах начали появляться пузырьки газа, а мультиметр показал ток 15 мА. С таким маленьким током за сутки (24 часа) удалось собрать только 0,11 литра водорода (примерно полстакана). Во второй бутылке при этом собралось примерно в 2 раза меньше кислорода. Это означает, что в воде водорода в два раза больше, чем кислорода.

Наблюдение выделения водорода в результате взаимодействия металлов с разбавленными кислотами было самых первым в истории химии. И его относительно просто повторить в домашних условиях. Для этого нам понадобится металл, желательно поактивнее и кислота. В нашем эксперименте мы выбрали электролит для свинцовых аккумуляторов, который можно найти в ближайшем автомобильном магазине и цинк из использованных солевых батареек. Для сбора водорода, как и в случае электролиза, использовали перевёрнутую бутылку с опущенным в воду горлышком. Электролит дополнительно развели водой в пропорции 50 мл раствора серной кислоты на 150 мл. воды. Цинка из батарейки получилось примерно 1 г. За 12 часов весь металл растворился и мы получили 0.7 литра водорода.

Другой популярный метод — взаимодействие металлов с щелочами. Для эксперимента мы выбрали два варианта, которые были под рукой — кусочки провода и фольгу для запекания. Щёлочь (гидроксид натрия) можно найти в бытовых магазинах как средство для прочистки канализационных труб (КРОТ, например). Установку для получения использовали почти такую же, что и в опыте с кислотой и цинком. Раствор в обоих опытах был одинаковым: 20 мл щёлочи и 200 мл воды. В первом опыте использовали проволоку диаметром 1.5 мм, во втором — кусочки фольги. В обоих случаях масса алюминия была 1 г. В первом опыте удалось получить 1.2 л водорода, заняло это 34 часа. Во втором опыте фольга растворилась за 1 час 20 минут, выделив 1.

4 л водорода. Из этих опытов можно сделать вывод, что скорость реакции сильно зависит от площади поверхности, на которой она происходит. В опыте с фольгой площадь поверхности была во много раз выше, чем в опыте с проволокой. Ещё большей скорости можно добиться, если взять алюминий в порошке. В этом случае соотношение площади поверхности к массе будет наибольшим.

Таким образом, в экспериментах по получению водорода наиболее быстрым и доступным способом оказался вариант взаимодействия алюминиевой фольги со щёлочью. Но если необходимо получать водород регулярно и в больших количествах, то на первое место должен выйти электролиз, так как он не требует никаких расходных материалов кроме воды. Правда для этого понадобится более серьёзная установка, чем зарядка от телефона и пара бутылок.

В ходе научной работы мы познакомились с самым распространённым, но таким редким в быту веществом, как водород. Научились получать его различными способами и выбрали наиболее удобный для осуществления в домашних условиях — воздействие средства для прочистки труб, содержащего щёлочь, на алюминиевую фольгу.

Так же мы на собственном опыте убедились, что водород — горючий и взрывоопасный газ, но им вполне можно наполнять воздушные шарики, чтобы они летали. Правда при этом стоит держать их подальше от открытого огня.

Конкурс — Получение водорода тремя способами

Получить водород! До недавнего времени это была моя мечта 🙂 . И я твёрдо решил осуществить ее.

В магазине я приобрёл все необходимые реактивы:

Далее заперся в своей комнате и начал творить! В итоге я в домашних условиях смог повторить все нижеописанные способы получения водорода. И я просто обязан поделиться с вами своими знаниями. Итак, три способа получения водорода.

Способ №1 и все необходимые для него реактивы.

1 Сульфат меди (медный купорос ) его можно купить в любом цветочном магазине ( внимание не путайте с лавками где продоются только цветы нужен магазин с удобрениями ) просто зайдите и скажите что вам нужен медный купорос

2 Обычная пищевая соль

3 фольга (если честно то подойдёт любое алюминиевое изделие будь то ложка или проволока)

Вот собственно и все реактивы. Теперь немного о посуде в которой мы всё это будем делать.

1 Бутылка из толстого стекла ( отлично подойдёт из под вина, пива или шампанского )

2 Кострюля с холодной водой .

Для чего нужно было именно из толстого стекла и с холодной водой? А нужно это поскольку при данной реакции выделяется большоё количество тепла и бутылка может треснуть или вовсе лопнуть.

А теперь начнём!!!! Насыпаем в бутылку примерно четыре ложки сульфата меди и столько же соли ( соли желательно брать немного больше ) добавим воды и всё это тщательно перемешиваем. Если всё сделано правильно то раствор должен стать зелёным, если нет, то добавьте ещё соли. Раствор готов! Начнём кидать туда алюминий ИИИИИИИ УРА-УРА начал выделяться водород, при этом алюминий начнёт ржаветь , а вода начнёт пузыриться.

Но как-же это происходит, как идёт реакция??? Дело в том что образующися хлорид меди смывает защитную пленку с алюминия и на равне с восстановлением меди идет образование водорода.

Способ № 2 и реактивы.

Гидроксид натрия. Раньше я незнал где его купить, но потом узнал что он продоётся как средство для прочистки труб — крот в любом магазине бытовой химии.
Алюминий ( ну вы поняли).

Ну бутылка и вода как в способе №1

Нальём крота в бутылку(если у вас сухой и в гранулах, то разбавьте водой ) . Добавим алюминий (его лучше обжечь на костре перед добавлением). Через минуты две начнётся очень бурная реакция с выделением водорода в больших количествах.

Внимание!!!!!!!! Второй способ ООООчень опасный, советую проделывать его в перчатках( Гидроксид натрия сильно разъедает кожу!!!). Перчаток у меня не нашлось и я делал без них. Потом сильно пожалел. К вечеру у меня все руки были КРАСНЫМИ! и безумно болели. Но самая большая опасность в этой реакции это ВОДОРОД!!!!Его выделяется много!!!! И вообще я не советую проводить этот способ в домашних условиях!!!!

Тут всё тоже самое, только едкая щелочь намного быстрее смывает защитную плёнку с алюминия и далее идёт реакция с выделением водорода

Способ №3.

В этом способе не нужно реактивов. Ну кроме поваренной соли. Этот опыт будет проводится с помощью электролиза. Всё что нужно это пропустить через раствор поваренной соли электричество.Ток должен быть постоянным. ( Водород будет выделяться на аноде, а на катоде небольшие количества кислорода

Новый способ расщепления воды сделает производство водорода «зеленым»

Австралийские ученые разработали более дешевый и эффективный способ получения водорода из воды с использованием железных и никелевых катализаторов, вместо редкоземельных элементов, вроде рутения, платины и иридия, которые по стоимости обходятся в сотни раз дороже.

Развивающаяся концепция «водородной экономики» предполагает, что в скором времени сжатый водород станет таким же распространенным источником энергии, как бензин, а автомобили на топливных элементах будут встречаться не реже, чем электромобили на батареях и машины с двигателями внутреннего сгорания.

Недавно мы писали о первом танкере для транспортировки сжиженного водорода, который был запущен в Японии. Он предназначен для перевозки газа из Австралии, где его получают совсем не «чистым» способом: сжиганием бурого угля, 160 тонн которого дает всего 3 тонны водорода и 100 тонн выбросов С02.

В перспективе десятилетий рынок водорода как источника «чистой энергии» оценивается в триллионы долларов, и особенно это направление набирает обороты в Японии и Корее. Но его большие деньги становятся уже не такими привлекательными, когда речь заходит о технологиях, не причиняющих вреда окружающей среде.

Читайте также: И хранить, и генерировать энергию для зданий сможет гибридная батарея на основе «реверсивных» топливных элементов

Экологически безопасный способ получения водорода состоит в том, чтобы отделить его от воды с помощью электролиза. Пара электродов помещается в емкость с жидкостью и включается питание. Кислород притягивается к аноду, водород – к катоду, и если при этом электричество, которое участвует в процессе, генерируется возобновляемыми источниками, то на выходе можно получить так называемый «зеленый» водород.

Сегодня проблема промышленного производства водорода заключается в том, что расщепление воды является дорогостоящим и малоэффективным процессом. По этой причине такой вид топлива пока не может конкурировать с бензином. Новая разработка австралийских университетов UNSW, Griffith и Swinburne обещает совершить прорыв в этой области.

В документе, опубликованном в Nature Communications, команда ученых заявила, что им удалось заменить дорогую платину на углеродный катализатор.

«Мы покрываем электроды нашим катализатором, чтобы уменьшить потребление энергии, — уточнил профессор Школы химии UNSW Чуан Чжао. — На этом катализаторе имеется крошечный наноразмерный участок, где железо и никель взаимодействуют на атомном уровне. Именно здесь водород может быть отделен от кислорода, который выделяется в виде экологически чистых отходов».

Исследователи говорят, что наноуровень взаимодействия фундаментально меняет свойства материалов. Таким образом, никель-железный катализатор может быть таким же эффективным, как и платиновый. А дополнительным его преимуществом является возможность применения для катализа как водорода, так и кислорода, что значительно снижает производственные расходы.

Пока неясно, как скоро получится внедрить новую разработку в промышленность и насколько она повлияет на стоимость крупномасштабного производства водорода, но Чжао настроен оптимистично:

«Мы десятилетия говорили об эре водородной экономики, но сейчас эти разговоры могут стать реальностью».

Источник: unsw.edu.au

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Проект «Получение водорода методом электролиза» • Наука и образование ONLINE

Автор: Казаков Александр Артемович

Место работы/учебы (аффилиация): Лицей современных технологий управления № 2, г. Пенза, 4 класс

Научный руководитель: Кондрашин Владислав Игоревич

Во всем мире идет поиск экологически чистого источника энергии. Таким источником может быть водород, который применяется, прежде всего, в разных отраслях промышленности. В настоящее время все больше говорят о водороде как об экологически чистом виде топлива для автомобилей.

Существует множество различных способов получения водорода. Одни из них применяются уже давно, другие – это современные разработки. Сырьем для получения водорода является природный газ, уголь и нефть. И здесь возникает самая большая проблема из-за вредных выбросов при использовании этих ресурсов. Поэтому можно с уверенностью написать, что самый экологически чистый способ получения водорода – это электролиз воды.

Целью данной исследовательской работы было получение водорода методом электролиза воды.

Задачи, которые необходимо было решить во время исследований:

Изучить условия необходимые для проведения электролиза;
Сконструировать прибор – электролизер;
Провести лабораторный опыт по электролизу воды и получить водород;
Проверить, что выделился именно водород.

В процессе проведения опыта была изучена зависимость скорости протекания электролиза от чистоты воды в электролизере. Сделан вывод: электролиз проходит быстрее при наличии в воде катализатора, например поваренной соли.

При создании электролизера были испытаны электроды из различных металлов и разного размера. Выяснилось, что процесс электролиза зависит от использованных электродов (из какого материала они изготовлены, их размеров, расстояния между ними).

Для сбора водорода использовалась пробирка. Поскольку водород легче воздуха, он собирался вверху пробирки, постепенно вытесняя воздух. Чтобы проверить, собрался ли водород, нужно было поднести к краю пробирки огонь, например, зажженную спичку. Характерный хлопок означал сгорание водорода с одновременным выделением энергии, которую можно зафиксировать, если сжечь большее количество водорода. Также образовывалась вода (ее можно было наблюдать в пробирке в виде тумана).

Таким образом, получение водорода методом электролиза воды является доступным для проведения даже в домашних условиях. Однако у этого метода есть определенные недостатки. Во-первых, постоянно требуется электрическая энергия (в данной работе использовался источник постоянного тока). Во-вторых, при выделении водорода из электролита одновременно выделяется кислород. Смешиваясь, два этих газа образуют взрывоопасную смесь, поэтому метод довольно опасный. В-третьих, в процессе электролиза электроды также вступают в реакцию и быстро разрушаются.

При решении этих проблем получение водорода электролизом воды является простым и эффективным методом, поскольку основным источником водорода здесь служит вода, запасы которой на нашей планете огромны.

Получение водорода электролизом воды.

Давно хотел сделать подобную штуку. Но дальше опытов с батарейкой и парой электродов не доходило. Хотелось сделать полноценный аппарат для производства водорода, в количествах для того чтобы надуть шарик. Прежде чем делать полноценный аппарат для электролиза воды в домашних условиях, решил все проверить на модели.

Общая схема электролизера выглядит так.

Эта модель не подходит для полноценной ежедневной эксплуатации. Но проверить идею удалось.

Итак для электродов я решил применить графит. Прекрасный источник графита для электродов это токосъемник троллейбуса. Их полно валяется на конечных остановках. Нужно помнить, что один из электродов будет разрушаться.

Пилим и дорабатываем напильником. Интенсивность электролиза зависит от силы тока и площади электродов.

К электродам прикрепляются провода. Провода должны быть тщательно изолированы.

Для корпуса модели электролизера вполне подойдут пластиковые бутылки. В крышке делаются дырки для трубок и проводов.

Все тщательно промазывается герметиком.

Для соединения двух ёмкостей подойдут отрезанные горлышки бутылок.

Их необходимо соединить вместе и оплавить шов.

Гайки делаются из бутылочных крышек.

В двух бутылках в нижней части делаются отверстия. Все соединяется и тщательно заливается герметиком.

В качестве источника напряжения будем использовать бытовую сеть 220в. Хочу предупредить, что это довольно опасная игрушка. Так что, если нет достаточных навыков или есть сомнения, то лучше не повторять. В бытовой сети у нас ток переменный, для электролиза его необходимо выпрямить. Для этого прекрасно подойдет диодный мост. Тот что на фотографии оказался не достаточно мощным и быстро перегорел. Наилучшим вариантом стал китайский диодный мост MB156 в алюминиевом корпусе.

Диодный мост сильно нагревается. Понадобится активное охлаждение. Кулер для компьютерного процессора подойдет как нельзя лучше. Для корпуса можно использовать подходящую по размеру распаячную коробку. Продается в электротоварах.

Под диодный мост необходимо подложить несколько слоев картона.

В крышке распаячной коробки делаются необходимые отверстия.

Так выглядит установка в сборе. Электролизер запитывается от сети, вентилятор от универсального источника питания. В качестве электролита применяется раствор пищевой соды. Тут нужно помнить, что чем выше концентрация раствора, тем выше скорость реакции. Но при этом выше и нагрев. Причем свой вклад в нагрев будет вносить реакция разложения натрия у катода. Эта реакция экзотермическая. В результате неё будет образовываться водород и гидроксид натрия.

Тот аппарат, что на фото выше, очень сильно нагревался. Его приходилось периодически отключать и ждать пока остынет. Проблему с нагревом удалось частично решить путем охлаждения электролита. Для этого я использовал помпу для настольного фонтана. Длинная трубка проходит из одной бутылки в другую через помпу и ведро с холодной водой.

Место подсоединения трубки к шарику хорошо снабдить краником. Продаются в зоомагазинах в отделе для аквариумов.

Процесс изготовления на видео.

Взрыв шарика с водородом

Делаем «Мистер Фьюжн» (водород из алюминия). Найдена новая технология получения водорода из воды при помощи алюминия Получение водорода из алюминия

«Водород генерируется только при необходимости, так что вы можете произвести его ровно столько, сколько нужно», — пояснил Вудалл на университетском симпозиуме, где описывались детали открытия. Данная технология может, например, применяться совместно с небольшими двигателями внутреннего сгорания в различных применениях – портативных аварийных генераторах, газонокосилках и пилах. Теоретически, она может быть использована и на легковых автомобилях и грузовиках.

Водород выделяется самопроизвольно, когда вода добавляется к шарикам, выполненным из сплава алюминия и галлия. «При этом алюминий в твердом сплаве реагирует с водой, отрывая от ее молекул кислород», — комментирует Вудалл. Соответственно, оставшийся водород выделяется в окружающее пространство.

Наличие галлия является критичным для прохождения реакции, так как он препятствует формированию пленки оксида на поверхности алюминия при его окислении. Такая пленка обычно предотвращает дальнейшее окисления алюминия, выступая в качестве барьера. Если же ее формирование окажется нарушенным, реакция будет идти до тех пор, пока не израсходуется весь алюминий.

Вудалл открыл данный процесс с жидким сплавом алюминия-галлия в 1967 году, когда он работал в полупроводниковой промышленности. «Я очищал тигель, содержавший сплав галлия и алюминия, — рассказывает он, — Когда я добавил туда воду, произошел сильный хлопок. После этого я удалился в лабораторию и в течение нескольких часов изучал, что же именно произошло».

«Необходимым компонентом является галлий, так как он плавится при низкой температуре и растворяет алюминий, что делает возможным реакцию последнего с водой. – поясняет Вудалл. – Это было неожиданным открытием, так как хорошо известно, что твердый алюминий не взаимодействует с водой».

Конечными продуктами реакции являются галлий и оксид алюминия. Сжигание же водорода приводит к образованию воды. «Таким образом, никаких токсичных выбросов не получается, — говорит Вудалл, — Важно отметить и то, что галлий не участвует в реакции, так что его можно утилизировать и использовать вновь. Это важно, так как сейчас этот металл намного дороже алюминия. Впрочем, если данный процесс начнет широко использоваться, то добывающая промышленность сможет выпускать более дешевый низкосортный галлий. Для сравнения, весь используемый сейчас галлий имеет высокую степень очистки и используется, главным образом, в полупроводниковой промышленности».

Вудалл говорит, что, так как водород может использоваться вместо бензина в двигателях внутреннего сгорания, возможно применение методики на автомобильном транспорте. Однако для того, чтобы технология смогла конкурировать с бензиновой, необходимо снизить стоимость восстановления оксида алюминия. «Сейчас стоимость одного фунта алюминия превышает $1, и поэтому вы не сможете получить количество водорода, эквивалентное бензину по цене $3 за галлон», — поясняет Вудалл.

Впрочем, стоимость алюминия может быть снижения, если он будет получаться из оксида с помощью электролиза, а электроэнергия для него будет идти с или . В этом случае алюминий может производиться прямо на месте, и отпадает необходимость в передаче электроэнергии, что снижает общие затраты. Кроме того, такие системы могут располагаться в удаленных районах, что особенно важно при постройке атомных электростанций. Данный подход, по мнению Вудалла, позволит уменьшить использование бензина, снизить загрязнение и зависимость от импорта нефти.

«Мы называем это водородной энергетикой на основе алюминия, — говорит Вудалл, — Причем не будет никаких сложностей, чтобы переделать двигатели внутреннего сгорания на работу от водорода. Все, что нужно – заменить их топливный инжектор на водородный».

Также система может применяться и для питания топливных ячеек. В этом случае она уже может конкурировать с бензиновыми двигателями – даже при сегодняшней высокой стоимости алюминия. «КПД систем на топливных элементах составляет 75%, тогда как двигателя внутреннего сгорания – 25%, — говорит Вудалл, — Таким образом, как только технология будет широко доступной, наша методика извлечения водорода станет экономически оправданной».

Ученые подчеркивают ценность алюминия для генерации энергии. «Большинство людей не догадывается, насколько много энергии заключено в нем, — поясняет Вудалл, — Каждый фунт (450 граммов) металла может дать 2 кВт*часа при сжигании выделившегося водорода, и еще столько же энергии в виде тепла. Таким образом, средний автомобиль с баком, заполненным шариками из сплава алюминия (около 150 кг) сможет проехать порядка 600 км, и это будет стоить $60 (при этом предполагается, что оксид алюминия затем будет утилизирован). Для сравнения, если я залью в бак бензин, то буду получать с каждого фунта 6 кВт*часов, что в 2.5 раза больше энергии от фунта алюминия. Другими словами, мне нужно будет в 2.5 раза больше алюминия, чтобы получить такое же количество энергии. Однако важно то, что я полностью исключаю бензин, и применяю вместо него дешевое вещество, доступное в США».

Электролиз воды — это самый старый способ получения водорода. Пропуская постоянный ток через воду, на катоде накапливается — водород, а на аноде — кислород. Получение водорода электролизом очень энергозатратный производство, поэтому используется исключительно в тех областях, где данный газ достаточно ценен и необходим.

Получение водорода в домашних условиях достаточно легкий процесс и есть несколько способов сделать это:

1. Нам понадобится раствор щелочи не пугайтесь этих названий т.к. все это есть в свободном доступе.

Например, средство для очистки труб «крот» отлично подойдет по составу. Насыпаем в колбу немного щелочи и заливаем 100 мл воды;

Тщательно перемешиваем для полного растворения кристаллов;

Добавляем несколько небольших кусочков алюминия;

Ждем около 3-5 минут, пока реакция будет проходить максимально быстро;

Добавляем дополнительно несколько кусочков алюминия и 10-20 грамм щелочи;

Закрываем резервуар специальной колбой с трубкой, которая ведет в резервуар для сбора газа и ждем несколько минут пока воздух не выйдет под давлением водорода из сосуда.

2. Выделение водорода из алюминия, пищевой соли и сульфата меди.

В колбу насыпаем сульфат меди и чуть больше соли;

Разбавляем все водой и хорошо перемешиваем;

Ставим колбу в резервуар с водой, так как при реакции будет выделяться много тепла;

В остальном все нужно делать так же как в первом способе.

3. Получение водорода из воды путем пропускания тока в 12В через раствор соли в воде. Это самый простой способ и больше всего подходит для домашних условий. Единственный минус этого способа в том, что водорода выделяется сравнительно мало.

Итак. Теперь вы знаете, как получить водород из воды и не только. Вы можете проводить очень много экспериментов. Не забывайте придерживаться правил безопасности во избежание травм.

Получение водорода в домашних условиях

Способ 1.

Используемый раствор щелочи — едкого кали, либо едкого натра. Выделяемый водород более чистый, чем при реакции кислот с активными металлами.

Закупориваем колбу, пробиркой с трубкой ведущей сосуд для сбора газа. Ждем примерно 3 -5 мин. пока водород вытеснит воздух из сосуда.

2Al + 2NaOH + 6h4O → 2Na + 3h4

Способ 2.

Способ 3.

Zn + 2HCl → ZnCl2 + h4

Способ 4.

Пропускаем через раствор воды и проваренной соли электрический ток. При реакции, будет выделятся водород и кислород.

Получение водорода электролизом воды.

Эта модель не подходит для полноценной ежедневной эксплуатации. Но проверить идею удалось. Итак для электродов я решил применить графит. Прекрасный источник графита для электродов это токосъемник троллейбуса. Их полно валяется на конечных остановках. Нужно помнить, что один из электродов будет разрушаться.

Пилим и дорабатываем напильником. Интенсивность электролиза зависит от силы тока и площади электродов. К электродам прикрепляются провода. Провода должны быть тщательно изолированы. Для корпуса модели электролизера вполне подойдут пластиковые бутылки. В крышке делаются дырки для трубок и проводов. Все тщательно промазывается герметиком.

Для соединения двух ёмкостей подойдут отрезанные горлышки бутылок. Их необходимо соединить вместе и оплавить шов. Гайки делаются из бутылочных крышек. В двух бутылках в нижней части делаются отверстия. Все соединяется и тщательно заливается герметиком.

Под диодный мост необходимо подложить несколько слоев картона. В крышке распаячной коробки делаются необходимые отверстия. Так выглядит установка в сборе. Электролизер запитывается от сети, вентилятор от универсального источника питания. В качестве электролита применяется раствор пищевой соды. Тут нужно помнить, что чем выше концентрация раствора, тем выше скорость реакции. Но при этом выше и нагрев. Причем свой вклад в нагрев будет вносить реакция разложения натрия у катода. Эта реакция экзотермическая. В результате неё будет образовываться водород и гидроксид натрия.

Основные знания по классическому электролизу.

Принцип экономичности электролизёра для получения газа h4 и O2.

Наверняка все знают, если опустить два гвоздя в раствор питьевой соды и подать на один гвоздь плюс, а на другой минус, то на минусе будет выделяться Водород, а на плюсе Кислород.

Теперь наша задача найти такой подход, чтобы получить как можно больше этого газа и потратить при этом минимальное количество электроэнергии.

Урок 1. Напряжение

Разложение воды начинается при подаче на электроды чуть больше 1,8 вольта. Если подавать 1 вольт, то ток практически не идёт и не выделяется газ, а вот когда напряжение подходит к значению 1,8 вольта, то ток резко начинает расти. Это называется минимальный электродный потенциал при котором начинается электролиз. Поэтому- если мы подадим 12 вольт на эти 2 гвоздя — то такой электролизёр будет жрать много электроэнергии, а газу будет мало.
я энергия уйдёт в нагрев электролита.

Для того. чтобы наш электролизёр был экономичным — надо подавать не более 2-х вольт на ячейку. Поэтому, если у нас 12 вольт — мы делим их на 6 ячеек и получаем на каждой по 2 вольта.

А теперь упрощаем — просто разделим ёмкость на 6 частей пластинами- в результате получится 6 ячеек, соединённых последовательно на каждой ячейке будет по 2 вольта каждая внутренняя пластина с одной стороны будет плюсом, а с другой минусом. Итак — урок номер 1 усвоили = подавать маленькое напряжение.

Теперь 2-ой урок экономичности: Расстояние между пластинами

Чем больше расстояние — тем больше сопротивление, тем больше потратим тока для получения литра газа. Чем меньше расстояние — тем меньше потратим Ватт в Час на Литр газа. Далее буду пользоваться именно этим термином — показатель экономичности электролизёра / Из графика видно, что чем ближе находятся пластины друг к другу — тем меньше напряжение требуется для прохождения одного и того же тока. А как известно выход газа прямо пропорционален количеству тока прошедшего через электролит.

Перемножая более маленькое напряжение на ток — мы получим меньше ватт на то же количество газа.

Теперь 3-й урок. Площадь пластин

Если мы возьмём 2 гвоздя и используя первые два правила расположим их близко и подадим на них 2 вольта — то газу получится совсем мало, так как они пропустят очень мало тока. Попробуем при тех же условиях взять две пластины. Теперь количество тока и газа будет увеличено прямо пропорционально площади этих пластин.

Теперь 4-й урок: Концентрация электролита

Используя первые 3 правила возьмём большие железные пластины на маленьком расстоянии друг от друга и подадим на них 2 вольта. И опустим их в водичку, добавив одну щепотку соды. Электролиз пойдёт, но очень вяло, вода будет нагреваться. Ионов в растворе много будет, сопротивление будет маленькое, нагрев уменьшится а количество газа увеличится

Источники: 505sovetov.ru, all-he.ru, zabatsay.ru, xn—-dtbbgbt6ann0jm3a.xn--p1ai, domashnih-usloviyah.ru

Снятин – от прошлого к настоящему

Оказывается, Снятин происходит от имени Константин. Историки на полном серьезе считают, что наши предки были шепелявые, из-за чего …

Волшебная птица

Образ жар-птицы нам известен с детства по народным сказкам. Предания говорят, что эта волшебная птица прилетела из тридесятого …

Эльфы и феи: история о парне, который служил фейри. Часть1

В Бретани существуют предания об особых эльфах и феях, называемых les Margots la feeЭто название распространено, …

Волшебный остров вечной юности

Далеко за горизонтом, в чужой стране, лежит волшебный остров вечной юности. Рассказывают, что на нем растет диковинное …

Принцесса Альвильда

Слушая рассказы о пиратах, каждый из нас в первую очередь представляет себе образ мрачного вида бородача, …

Рунический алфавит древних славян

Пеpвые доводы в пользy сyществования славянского pyнического письма были выдвинyты еще в начале пpошлого столетия; некотоpые из пpиводимых …

Борьба за независимость Италии — начало

Первая часть девятнадцатого столетия сопровождалась подъёмом стремления к объединению в национальном государстве («Рисорджименто»). Наполеоновская оккупация послужила буквально …

Что такое ландшафтный дизайн

objective-news.ru

Всем еще со школы известно, что водород в таблице Менделеева занимает самое первое место и обозначается символом Н. Но, невзирая на эти знания, мало кто слышал о том, что получение водорода из воды можно без проблем выполнить в домашних условиях. Кроме того, стоит заметить тот факт, что на сегодняшний день этот химический элемент активно используется в качестве автомобильного топлива, поскольку он при сгорании не попадает в окружающую среду. Кстати, промышленным путем водород получают при помощи реакции водяного пара с разогретым углеродом (коксом), электролизом раствора хлористого натрия и т.д. Одним словом, существует огромное количество способов, благодаря которым вещество можно получить в лабораторных условиях. Но, а используя ниже описанные методы, можно провести эксперимент по получению водорода дома. Вот только в этом случае не стоит забывать об осторожности при работе с горючими веществами.

Изначально следует позаботиться о наличии под рукой всего необходимого для химического эксперимента. Во-первых, нужно убедиться в том, что пробирка для сбора водорода является полностью целой (даже самая маленькая трещинка может испортить весь процесс). Кроме того, перед проведением опыта с тлеющей лучиной, пробирку для предосторожности рекомендовано обмотать с помощью плотной ткани. После подготовительного процесса можно смело переходить к практике и, взяв в руки колбу, немного наполнить ее водой. Далее в воду помещается кусочек кальция, и емкость сразу же плотно закупоривается при помощи пробки. «Колено» трубки, что изогнуто и проходит через пробку, должно быть в емкости с водой («гидрозатворе»), а кончики трубки – слегка выглядывать из воды. Торчащий конец нужно очень быстро накрыть пробиркой, перевернутой верх дном. В итоге эта пробирка должна будет наполниться водородом (край пробирки держат в воде).

Как только в колбе полностью завершится реакция, пробирку надо сразу же закрыть очень плотной пробкой, которая держится верх дном, что поможет предотвратить улетучивание более легкого водорода. Кстати, лучше всего это проделать, продолжая ее край держать под водой. А вот для того чтобы проверить наличие водорода, необходимо вытащить пробку, а затем к краю пробирки поднести тлеющую лучинку. В итоге должен раздастся специфический хлопок. К месту будет напомнить о том, что кальций по сравнению со щелочными металлами, хоть и менее активный, но тоже опасен, поэтому работать с ним нужно все равно осторожно. Хранить его рекомендовано в емкости из стекла под пленкой из жидкого парафина, или керосина. Извлекать элемент следует непосредственно уже перед самим опытом при помощи длинного пинцета. Также по возможности лучше всего обзавестись резиновыми перчатками!

Также водород из воды в домашних условиях можно получить следующим весьма не сложным методом. Изначально в бутылку из пластика объемом в 1,5 литра набирается вода. После чего в этой воде растворяют едкий калий (примерно 15 грамм) или каустическую соль. Далее бутылку нужно поместить в кастрюлю, в которую предварительно набирают воду. Теперь необходимо взять 40 сантиметровую алюминиевую проволоку и порезать ее на кусочки, длина которых должна ровняться 5 сантиметрам. Порезанная проволока кидается в бутылку, а на ее горловину надевается заранее подготовленный резиновый шарик. Водород, что выделяется в ходе реакции между алюминием и щелочью, будет собираться в резиновом шарике. Поскольку данная реакция осуществляется с активным выделением тепла – нужно непременно соблюдать правила безопасности и действовать осторожно!

И наконец-то, водород из воды получают при помощи обычной поваренной соли. Для этого в стеклянную емкость с узким горлышком засыпают соль в размере пяти больших ложек и хорошо размешивают. После чего берется провод из меди и просовывается в шприц со стороны поршня. Этот участок необходимо хорошо герметизировать при помощи клея. Далее шприц опускают в емкость с соляным раствором и постепенно заполняют его. Медный провод надо подключить к отрицательному выводу аккумулятора 12 Вольт. В итоге реакции электролиза, возле проводка начнет выделяться водород, который вытесняется из шприца соляным раствором. Как только медный провод перестанет контактировать с соленой водой, реакция полностью завершиться. Вот так можно с помощью довольно простых методов самостоятельно получить водород из воды. Кстати, в ходе использования любого из методов необходимо помнить, что водород при смешивании с кислородом становится взрывоопасным!

uznay-kak.ru

Как получить водород: методы

Паровая конверсия метана и природного газа: водяной пар при высокой температуре (700 – 1000 градусов Цельсия) смешивается с метаном под давлением, в присутствии катализирующего вещества.
Газификация угля: один из старейших способов получения водорода. Без доступа воздуха, при температуре 800 – 1300 градусов Цельсия нагревают уголь вместе с водяным паром, при этом из воды уголь вытесняет кислород. На выходе получается углекислый газ и водород.
Электролиз воды.: очень простой способ получения водорода. В емкость наливается раствор соды, в который помещается 2 электрических элемента, один соответствует минусу – катод, другой плюсу – анод. В данный раствор подается электричество, которое разлаживает воду на составляющие – водород выделяется на катоде, а кислород на аноде.
Пиролиз: разложение воды на водород и кислород без доступа воздуха и при высокой температуре.
Частичное окисление: сплав металлов алюминия и галлия формируют в специальные брикеты, которые помещают в емкость с водой, в результате химической реакции образуется водород и окись алюминия. Галлий используется в сплаве для предотвращения окисления алюминия.
Биотехнологии: еще в 20 веке было обнаружено, что если водорослям хламидомонадам не будет хватать кислорода и серы в процессе жизнедеятельности, то они бурно начнут выделять водород.
Глубинный газ планеты: в недрах земли водород может находится в чистом газообразном виде, но его выработка оттуда не целесообразна.

Как из воды получить водород

Наиболее простым способом получения водорода из воды является электролиз. Электролиз — химический процесс, при котором раствор электролита, под воздействием электрического тока, разделяется на составные части, то есть в нашем случае вода разделяется на водород и кислород. Для этого используется раствор соды в воде и два элемента – катод и анод, на которых и будут выделятся газы. На элементы подается напряжение, на аноде выделяется кислород, а на катоде водород.

Как получить водород в домашних условиях

Реактивы используются довольно простые – купорос (медный), поваренная соль, алюминий и вода. Алюминий можно взять из под пивных банок, но прежде, его нужно обжечь, чтобы избавится от пластиковой пленки, которая мешает реакции.

Потом отдельно готовится раствор купороса, и раствор соли, раствор купороса голубого цвета, смешивается с раствором соли, в итоге получается раствор зеленого цвета. Затем в этот зеленый раствор бросаем кусочек алюминиевой фольги, вокруг него появляются пузырьки – это водород. Также замечаем, что фольга покрылась красным налетом, это алюминий вытеснил медь из раствора. Для того, чтобы собрать водород для личных целей, используйте бутылку с пробкой, в которую заранее вставлена не широкая трубка, через которую и будет выходить газ.

А теперь, внимание! Меры предосторожности. Поскольку водород взрывоопасный газ, опыты с ним нужно проводить на улице, а во-вторых реакция получения водорода проходит с большим выделением тепла, раствор может разбрызгиваться и вас попросту обжечь.

Как получить перекись водорода

В лаборатории перекись водорода получают с помощью реакции: ВаО 2 + Н 2 SО 4 = BaSO 4 + H 2 O 2 .
В промышленных масштабах ее получают с помощью электролиза серной кислоты, в процессе которого образуется надсерная кислота, которую, в итоге, разлаживают на серную кислоту и перекись водорода.
Как получают водород в лаборатории еще: часто водород в лаборатории получают взаимодействием цинка и соляной кислоты: Zn + 2HCl = H 2 + ZnCl 2 .

Надеюсь, с этой статьи вы вынесли ту информацию, которая вам была необходима, и еще раз предупреждаю – будьте осторожны с любыми опытами и экспериментами с водородом!

elhow.ru

В данной статье описаны наиболее популярные способы получения дешевого водорода в домашних условиях.

Способ 1. Водород из алюминия и щелочи.

Используемый раствор щелочи – едкого кали (гидроксид калия), либо едкого натра (гидроксид натрия, продается в магазинах, как средство очистки труб «Крот»). Выделяемый водород более чистый, чем при реакции кислот с активными металлами.

Насыпаем в колбу небольшое количество едкого кали либо натра и заливаем 50 -100 мл воды, перемешиваем раствор до полного растворения кристаллов. Далее добавляем несколько кусочков алюминия. Сразу же начнется реакция с выделением водорода и тепла, сначала слабая, но постоянно усиливающаяся.
Дождавшись пока реакция будет происходить более активно, аккуратно добавим еще 10г. щелочи и несколько кусочком алюминия. Так мы значительно усилим процесс.
Закупориваем колбу, пробиркой с трубкой ведущей сосуд для сбора газа. Ждем примерно 3 -5 мин., пока водород вытеснит воздух из сосуда.

Как образуется водород? Оксидная пленка, которая покрывающая поверхность алюминия, при контакте с щелочью разрушается. Так как алюминий является активным металлом, то он начинает реагировать с водой, растворяясь в ней, при этом выделяется водород.

2Al + 2NaOH + 6h3O → 2Na + 3h3

Способ 2. Водород из алюминия, сульфата меди и пищевой соли.

В колбу насыпаем немного сульфата меди (медный купорос, продается в любом магазине для сада), и соли (соли чуть больше). Добавляем воду и перемешиваем до полного растворения. Раствор должен, окрасится в зеленый цвет, если этого не произошло, добавьте еще небольшое количество соли.
Колбу необходимо поставить в чашку наполненной холодной водой, т.к. при реакции, будет выделятся большое количество тепла.
Добавляем в раствор несколько кусочков алюминия. Начнется реакция.

Как происходит выделение водорода? В процессе образуется хлорид меди, смывающий оксидную пленку с метала. Одновременно с восстановлением меди происходит образование газа.

Способ 3. Водород из цинка и соляной кислоты.

Помещаем в пробирку кусочки цинка и заливаем их соляной кислотой.
Являясь активным металлом цинк, взаимодействуя с кислотой, вытесняет из нее водород.

Zn + 2HCl → ZnCl2 + h3

Способ 4. Производство водорода электролизом.

Пропускаем через раствор воды и проваренной соли электрический ток (12В). При реакции, будет выделятся водород (на аноде) и кислород (на катоде).

При получении водорода и последующих экспериментах, соблюдайте технику безопасности.

all-he.ru

Краткая теоретическая часть

Водород, он же hydrogen, – первый элемент таблицы Менделеева – представляет собой легчайшее газообразное вещество, обладающее высокой химической активностью. При окислении (то бишь, горении) выделяет огромное количество теплоты, образуя обычную воду. Охарактеризуем свойства элемента, оформив их в виде тезисов:

Для справки. Ученые, впервые разделившие молекулу воды на hydrogen и oxygen, назвали смесь гремучим газом из-за склонности к взрыву. Впоследствии она получила название газа Брауна (по фамилии изобретателя) и стала обозначаться гипотетической формулой ННО.

Из вышесказанного напрашивается следующий вывод: 2 атома водорода легко соединяются с 1 атомом кислорода, а вот расстаются весьма неохотно. Химическая реакция окисления протекает с прямым выделением тепловой энергии в соответствии с формулой:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O + Q (энергия)

Здесь кроется важный момент, который пригодится нам в дальнейшем разборе полетов: hydrogen вступает в реакцию самопроизвольно от возгорания, а теплота выделяется напрямую. Чтобы разделить молекулу воды, энергию придется затратить:

2H 2 O → 2H 2 + O 2 — Q

Это формула электролитической реакции, характеризующая процесс расщепления воды путем подведения электричества. Как это реализовать на практике и сделать генератор водорода своими руками, рассмотрим далее.

Создание опытного образца

Чтобы вы поняли, с чем имеете дело, для начала предлагаем собрать простейший генератор по производству водорода с минимальными затратами. Конструкция самодельной установки изображена на схеме.

Из чего состоит примитивный электролизер:

реактор – стеклянная либо пластиковая емкость с толстыми стенками;
металлические электроды, погружаемые в реактор с водой и подключенные к источнику электропитания;
второй резервуар играет роль водяного затвора;
трубки для отвода газа HHO.

Важный момент. Электролитическая водородная установка работает только от постоянного тока. Поэтому в качестве источника питания применяйте сетевой адаптер, автомобильное зарядное устройство или аккумулятор. Электрогенератор переменного тока не подойдет.

Принцип работы электролизера следующий:

Чтобы своими руками сделать показанную на схеме конструкцию генератора, потребуется 2 стеклянных бутылки с широкими горлышками и крышками, медицинская капельница и 2 десятка саморезов. Полный набор материалов продемонстрирован на фото.

Из специальных инструментов потребуется клеевой пистолет для герметизации пластиковых крышек. Порядок изготовления простой:

Для запуска генератора водорода налейте в реактор подсоленную воду и включите источник питания. Начало реакции ознаменуется появлением пузырьков газа в обеих емкостях. Отрегулируйте напряжение до оптимального значения и подожгите газ Брауна, выходящий из иглы капельницы.

Второй важный момент. Слишком высокое напряжение подавать нельзя — электролит, нагревшийся до 65 °С и более, начнет интенсивно испаряться. Из-за большого количества водяного пара разжечь горелку не удастся. Подробности сборки и запуска импровизированного водородного генератора смотрите на видео:

О водородной ячейке Мейера

Если вы сделали и испытали вышеописанную конструкцию, то по горению пламени на конце иглы наверняка заметили, что производительность установки чрезвычайно низкая. Чтобы получить больше гремучего газа, нужно изготовить более серьезное устройство, называемое ячейкой Стэнли Мейера в честь изобретателя.

Принцип действия ячейки тоже основан на электролизе, только анод и катод выполнены в виде трубок, вставляющихся одна в другую. Напряжение подается от генератора импульсов через две резонансные катушки, что позволяет снизить потребляемый ток и увеличить производительность водородного генератора. Электронная схема устройства представлена на рисунке:

Примечание. Подробно о работе схемы рассказывается на ресурсе http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.

Для изготовления ячейки Мейера потребуется:

цилиндрический корпус из пластмассы или оргстекла, умельцы нередко используют водопроводный фильтр с крышкой и патрубками;
трубки из нержавеющей стали диаметром 15 и 20 мм длиной 97 мм;
провода, изоляторы.

Нержавеющие трубки крепятся к основанию из диэлектрика, к ним припаиваются провода, подключаемые к генератору. Ячейка состоит из 9 или 11 трубок, помещенных в пластиковый либо плексигласовый корпус, как показано на фото.

Соединение элементов производится по всем известной в интернете схеме, куда входит электронный блок, ячейка Мейера и гидрозатвор (техническое название – бабблер). В целях безопасности система снабжена датчиками критического давления и уровня воды. По отзывам домашних умельцев, подобная водородная установка потребляет ток порядка 1 ампера при напряжении 12 В и обладает достаточной производительностью, хотя точные цифры отсутствуют.

Реактор из пластин

Высокопроизводительный генератор водорода, способный обеспечить работу газовой горелки, выполняется из нержавеющих пластин размером 15 х 10 см, количество – от 30 до 70 шт. В них просверливаются отверстия под стягивающие шпильки, а в углу выпиливается клемма для присоединения провода.

Кроме листовой нержавейки марки 316 понадобится купить:

резина толщиной 4 мм, стойкая к воздействию щелочи;
концевые пластины из оргстекла либо текстолита;
шпильки стяжные М10-14;
обратный клапан для газосварочного аппарата;
фильтр водяной под гидрозатвор;
трубы соединительные из гофрированной нержавейки;
гидроокись калия в виде порошка.

Пластины нужно собрать в единый блок, изолировав друг от друга резиновыми прокладками с вырезанной серединой, как показано на чертеже. Получившийся реактор плотно стянуть шпильками и подключить к патрубкам с электролитом. Последний поступает из отдельной емкости, снабженной крышкой и запорной арматурой.

Примечание. Мы рассказываем, как сделать электролизер проточного (сухого) типа. Реактор с погружными пластинами изготовить проще – резиновые прокладки ставить не нужно, а собранный блок опускается в герметичную емкость с электролитом.

Последующая сборка генератора, производящего водород, выполняется по той же схеме, но с отличиями:

На корпусе аппарата крепится резервуар для приготовления электролита. Последний представляет собой 7-15% раствор гидроокиси калия в воде.
В «бабблер» вместо воды заливается так называемый раскислитель – ацетон либо неорганический растворитель.
Перед горелкой обязательно ставится обратный клапан, иначе при плавном выключении водородной горелки обратный удар разорвет шланги и «бабблер».

Для питания реактора проще всего задействовать сварочный инвертор, электронные схемы собирать не нужно. Как устроен самодельный генератор газа Брауна, расскажет домашний мастер в своем видео:

Выгодно ли получать водород в домашних условиях

Ответ на данный вопрос зависит от сферы применения кислородно-водородной смеси. Все чертежи и схемы, публикуемые различными интернет-ресурсами, рассчитаны на выделение газа HHO для следующих целей:

использовать hydrogen в качестве топлива для автомобилей;
бездымно сжигать водород в отопительных котлах и печах;
применять для газосварочных работ.

Главная проблема, перечеркивающая все преимущества водородного топлива: затраты электричества на выделение чистого вещества превышают количество энергии, получаемое от его сжигания. Что бы ни утверждали приверженцы утопичных теорий, максимальный КПД электролизера достигает 50%. Это значит, что на 1 кВт полученной теплоты затрачивается 2 кВт электроэнергии. Выгода – нулевая, даже отрицательная.

Вспомним, что мы писали в первом разделе. Hydrogen – весьма активный элемент и реагирует с кислородом самостоятельно, выделяя уйму тепла. Пытаясь разделить устойчивую молекулу воды, мы не можем подвести энергию непосредственно к атомам. Расщепление производится за счет электричества, половина которого рассеивается на подогрев электродов, воды, обмоток трансформаторов и так далее.

Важная справочная информация. Удельная теплота сгорания водорода втрое выше, чем у метана, но – по массе. Если сравнивать их по объему, то при сжигании 1 м³ гидрогена выделится всего 3.6 кВт тепловой энергии против 11 кВт у метана. Ведь водород – легчайший химический элемент.

Теперь рассмотрим гремучий газ, полученный электролизом в самодельном водородном генераторе, как топливо для вышеперечисленных нужд:

Для справки. Чтобы сжигать гидроген в отопительном котле, придется основательно переработать конструкцию, поскольку водородная горелка способна расплавить любую сталь.

Заключение

Водород в составе газа ННО, полученный из самодельного генератора, пригодится для двух целей: экспериментов и газосварки. Даже если отбросить низкий КПД электролизера и затраты на его сборку вместе с потребляемым электричеством, на обогрев здания попросту не хватит производительности. Это касается и бензинового двигателя легковой машины.

При взаимодействии с водой одного килограмма электровзрывного нанопорошка алюминия выделяется 1244,5 л водорода, который при сжигании дает 13,43 МДж тепла. Эффективность такого процесса получения водорода выше, чем в случае электролиза. Окисление электровзрывного нанопорошка алюминия протекает на 100 %, т. е. применяемый материал используется полностью.

Описание:

Для ряда важных применений в гражданской и военной области необходимы мобильные источники энергии, в частности, работающие на водороде, и технологии, которые бы обеспечили получение водорода в обычных, полевых условиях. Техническое решение этой проблемы – получения водорода основано на применении энергоаккумулирующих веществ с хемотермическим эффектом, в частности использование генераторов водорода работающих на эффекте саморазогрева электровзрывных наночастиц алюминия (ALEX) в воде.

Особенности теплового режима процесса взаимодействия нанопорошков алюминия с водой приводят к появлению новых эффектов, которые не были известны для реакции с участием крупных порошков алюминия.

В первую очередь – это эффект саморазогрева наночастиц до температур, превышающих температуру окружающей воды на сотни градусов.

Так, при использовании промышленного порошка алюминия микронного размера скорость выделения водорода составляет лишь 0,138 мл в секунду на 1 г порошка. При этом в конечный продукт – смесь оксидов и гидроксидов алюминия – превращается только 20…30 % исходного порошка. Нанопорошок алюминия по своей реакционной способности превосходят обычные промышленные порошки микронного размера. В то же время, скорость выделения водорода при взаимодействии нанопорошка алюминия с дистиллированной водой при 60 °С составляет 3 мл в секунду на 1 г порошка, при 80 °С – 9,5 мл в секунду на 1 г порошка, что превышает скорость выделения водорода при гидротермальном синтезе приблизительно в 70 раз.

Другим преимуществом использования нанопорошка в данной реакции является то, что степень превращения алюминия составляет 98…100 % (в зависимости от температуры).

Более того, введение в дистиллированную воду даже незначительных количеств щелочи приводит к значительному возрастанию скорости реакции: при увеличении рН раствора до 12 скорость выделения водорода возрастает до 18 мл в секунду на 1 г порошка при 25 °С. Скорость выделения водорода при растворении алюминия микронного размера в растворе, содержащем 8 г/л NaOH, при этой же температуре, составляет лишь 1 мл в секунду на 1 г порошка.

Приведенные данные показывают, что электровзрывные нанопорошки алюминия, в отличие от компактного алюминия и крупных промышленных порошков, взаимодействуют с водой с большой скоростью и степенью превращения ~100 % и именно их применение позволит получать водород с достаточной скоростью при обычных условиях.

Преимущества:

– простой и эффективный способ получения водорода в обычных и полевых условиях,

– получение водорода с высокой скоростью – в 10 (десятки) раз, превышающая традиционные технологии ,

промышленное получение водорода из воды кислот цинка электролизом воды соляной кислоты газа в лаборатории своими руками серной кислоты
раствор методы схема уравнения установка способы реакции электролизер для получения водорода
химическое получение кислорода перекиси аммиака пероксида оксида жидкого водорода в домашних условиях металлом свойства железа видео
получение электроэнергии воды из водорода и кислорода в промышленности применение из алюминия
способы электролизер для получения водорода своими руками купить из воды
уравнение реакций технологии аппарат формула процесс промышленный способ бинарное неорганическое соединение для получения водорода пара
использование энергии получение водорода

Коэффициент востребованности 257

Изготовлен генератор, представляющий собой герметичную емкость с внутренним объемом 220 мл и отделяемой крышкой, в которой находятся герметичные, изолированные токоподводы-крепления для алюминия и газоотводная трубка для отвода водорода. В генератор заливают 200 г раствора поваренной соли концентрацией 17 Закрепляют к токоподводам-креплениям алюминиевые пластины площадью 13 см 2 каждая. Закрывают генератор крышкой, убедясь в герметичности. После чего подают напряжение на токоподводы. Для более быстрого удаления оксидной пленки с поверхности алюминия в начале подается напряжение до 1,5 В. После деструкции оксидной пленки понижают напряжение до рабочей величины. Для работы генератора выбран диапазон напряжений 0,3-1,5 В, так как при этих значениях напряжения характеристика G/W), выше, чем при больших или меньших значениях напряжения, что позволяет более рационально использовать электроэнергию, но генератор водорода может работать и в более широком диапазоне напряжений.

Предлагаемый способ можно реализовать более эффективно

Для увеличения выхода водорода при тех же значениях мощности можно применить многоэлектродную систему в одной ячейке три электрода между отрицательным и положительным электродами располагается пассивный электрод, и так две ячейки, получен более высокий результат. Также в качестве восстановителя можно использовать дисперсный алюминий, что позволяет повысить выход водорода.

В результате испытания генератора по методике примера 1 заливают в генератор с двумя алюминиевыми электродами 200 г морской воды. Полная площадь каждого электрода 13 см 2. В результате получены следующие результаты: выход водорода при 1,5 В 0,5 л/ч, выход относительно энергии при 1,5 В 0,52 Вт/ч.

При увеличении общей концентрации солей упариванием увеличивается выход водорода во времени и относительно затраченная энергия достигает максимума 16-23 солей морской воды. Данный способ позволяет обеспечить равномерное получение водорода и позволяет регулировать его выход с требуемым потребителю расходом.

Формула изобретения

Способ получения водорода, включающий взаимодействие алюминия с водным раствором галогенида щелочного или щелочноземельного металла, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности регулирования выхода водорода, взаимодействие осуществляют при одновременном пропускании электрического тока через реакционную смесь сначала при напряжении 1,5 В, а после удаления оксидной пленки напряжение снижают до 0,3 В.

Получение водорода в домашних условиях

Способ 1. Насыпаем в колбу небольшое количество едкого кали либо натра и заливаем 50 -100 мл воды, перемешиваем раствор до полного растворения кристаллов. Далее добавляем несколько кусочков алюминия. Сразу же начнется реакция с выделением водорода и тепла, сначала слабая, но постоянно усиливающаяся.

Дождавшись пока реакция будет происходить более активно, аккуратно добавим еще 10г. щелочи и несколько кусочком алюминия. Так мы значительно усилим процесс. Закупориваем колбу, пробиркой с трубкой ведущей сосуд для сбора газа. Ждем примерно 3 -5 мин. пока водород вытеснит воздух из сосуда.

2Al + 2NaOH + 6h4O → 2Na + 3h4

Способ 2. Водород из алюминия, сульфата меди и пищевой соли.

В колбу насыпаем немного сульфата меди, и соли. Добавляем воду и перемешиваем до полного растворения. Раствор должен, окрасится в зеленый цвет, если этого не произошло, добавьте еще небольшое количество соли. Колбу необходимо поставить в чашку наполненной холодной водой, т.к. при реакции, будет выделятся большое количество тепла. Добавляем в раствор несколько кусочков алюминия. Начнется реакция.

Способ 3. Водород из цинка и соляной кислоты.

Помещаем в пробирку кусочки цинка и заливаем их соляной кислотой. Являясь активным металлом цинк, взаимодействуя с кислотой, вытесняет из нее водород.

Zn + 2HCl → ZnCl2 + h4

Способ 4. Производство водорода электролизом.

Водород уже достаточно давно рассматривается и кое-где используется в качестве экологически чистого вида топлива. Но более широкому использованию водородного топлива мешает целый ряд неразрешенных на сегодняшний день проблем, главными из которых являются хранение и транспортировка. Однако, группа исследователей из американской Армейской научно-исследовательской лаборатории, проводя эксперименты на Абердинском испытательном полигоне близ Мериленда, сделала случайное открытие. Пролив воду на брусок особого алюминиевого сплава, состав которого держится пока в секрете, исследователи заметили мгновенно начавшийся процесс бурного выделения водорода.

Из школьного курса химии, если кто его еще помнит, водород является побочным продуктом реакции между водой и алюминием. Однако, данная реакция обычно протекает лишь при достаточно высокой температуре или в присутствии специальных катализаторов. Да и тогда она идет достаточно «неторопливо», на заполнение бака водородного автомобиля потребуется около 50 часов, а энергетическая эффективность такого метода получения водорода не превышает 50 процентов.

Все вышесказанное не имеет отношения к реакции, в которой принимает участие новый сплав алюминия. «Эффективность этой реакции вплотную приближается к 100 процентам, а сама реакция «разгоняется» до максимальной производительности менее, чем за три минуты» — рассказывает Скотт Грендаль, руководитель научной группы.

Использование системы, вырабатывающей водород по мере необходимости, решает массу имеющихся проблем. Воду и алюминиевый сплав легко транспортировать из одного места в другое, оба этих вещества сами по себе инертны и стабильны. Во-вторых, для начала реакции не требуется никакого катализатора, ни первоначального толчка, реакция начинает идти сразу же, как вода входит в контакт со сплавом.

Все вышесказанное еще не означает, что исследователи обнаружили панацею в области водородного топлива. В этом деле существует еще целый ряд вопросов, подлежащих выяснению или уточнению. Первым вопросом является то, будет ли работать такая схема получения водорода вне лаборатории, ведь существует множество примеров, когда экспериментальные технологии отлично работают в лабораторных условиях, но терпят полную неудачу при полевых испытаниях. Вторым вопросом является вопрос сложности и стоимости производства алюминиевого сплава, стоимость утилизации продуктов реакции, которые станут факторами, определяющим экономическую целесообразность нового способа получения водорода.

И в заключение следует отметить, что на выяснение упомянутых выше вопросов, скорее всего, уйдет не так уж и много времени. И только после этого можно будет сделать выводы о дальнейшей жизнеспособности нового метода получения водородного топлива.

Источники: www.ntpo.com, all-he.ru, h4-o.sosbb.net, 505sovetov.ru, dailytechinfo.org, joyreactor.cc

Кракен – гигантский осьминог

Гигантские крысы

Загадочные вирусы

Видение Джуд-Хаэля. Девушка с небес

Где предпочтительно остановиться в Москве

Москва — огромный мегаполис, ежедневно встречающий многочисленных приезжих. Кто-то отправляется сюда с экскурсионным визитом, у кого-то цель – деловая поездка. Удобство…

Китайская культура — древняя цивилизация

Согласно утверждению китайского ученого Лян Цичао, Китай вместе с Вавилоном, Индией и Египтом является одной из четырех древних цивилизаций. Эта большая…

Философия Древнего Востока

Особенности направлений древнеиндийской философии: брахманизм; философия эпического периода; неортодоксальные и ортодоксальные школы. Школы и направления древнекитайской философии: конфуцианство; даосизм; моизм; легизм; …

Активный металл. Он устойчив на воздухе, при нормальной температуре быстро окисляется, покрываясь плотной пленкой оксида, которая защищает металл от дальнейшего разрушения.

Взаимодействие алюминия с другими веществами

При обычных условиях не взаимодействует с водой даже в состоянии кипения. При удалении защитной оксидной пленки алюминий вступает в энергичное взаимодействие с водяным паром воздуха, превращаясь в рыхлую массу гидроксида алюминия с выделением водорода и тепла. Уравнение реакции:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂

Гидроксид алюминия

Если снять защитную оксидную пленку с алюминия, то металл вступает в активное взаимодействие с . При этом порошок алюминия сгорает, образуя оксид. Уравнение реакции:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

Этот металл также активно взаимодействует со многими кислотами. При реакции с соляной кислотой наблюдается выделение водорода:

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂

При обычных условиях концентрированная азотная кислота не взаимодействует с алюминием, так как будучи сильным окислителем, она делает оксидную пленку еще крепче. По этой причине азотная кислота хранится и перевозится в алюминиевой посуде.

Транспортировка кислот

Алюминий при обычной температуре пассивируется разбавленной азотной и концентрированной серной кислотами. В горячей серной кислоте металл растворяется:

2Al + 4H₂SO4 = Al₂(SO4)₃ + S + 4H₂O

Взаимодействие с неметаллами

Алюминий реагирует с галогенами, серой, азотом, и всеми неметаллами. Для протекания реакции необходимо нагревание, после чего взаимодействие происходит с выделением большого количества тепла.

Взаимодействие алюминия с водородом

Алюминий непосредственно с водородом не реагирует, хотя известно твердое полимерное соединение алан , в котором существуют так называемые трехцентровые связи. При температуре выше 100 градусов Цельсия алан необратимо разлагается на простые вещества. Гидрид алюминия бурно реагирует с водой.

Алюминий напрямую не реагирует с водородом: металл образует соединения путем потери электронов, которые принимаются другими элементами. Атомы водорода не принимают электроны, которые отдают металлы для образования соединений. «Принуждать» атомы водорода принять электроны с образованием твердых ионных соединений (гидридов) могут только очень реактивные металлы (калий, натрий, магний, кальций). Для прямого синтеза гидрида алюминия из водорода и алюминия требуется огромное давление (около 2 миллиардов атмосфер) и температура выше 800 К. вы сможете узнать о химических свойствах других металлов.

Следует отметить, что — это единственный газ, заметно растворяющийся в алюминии и его сплавах. Растворимость водорода изменяется пропорционально температуре и квадратному корню из давления. Растворимость водорода в жидком алюминии значительно выше, чем в твердом. Это свойство незначительно изменяется в зависимости от химического состава сплавов.

Алюминий и его водородная пористость

Алюминиевая пена

Образование в алюминии пузырей водорода непосредственно зависит от скорости охлаждения и затвердевания, а также от наличия центров зарождения для выделения водорода — захваченных внутрь расплава оксидов. Для образования пористости алюминия необходимо значительное превышение содержания растворенного водорода по сравнению с растворимостью водорода в твердом алюминии. При отсутствии центров зарождения для выделения водорода требуется относительно высокая концентрация вещества.

Расположение водорода в затвердевшем алюминии зависит от уровня его содержания в жидком алюминии и условий, при которых происходило затвердевание. Так как водородная пористость — это результат механизмов зарождения и роста, контролируемых диффузией, то такие процессы, как снижение концентрации водорода и увеличение скорости затвердевания, подавляют зарождение и рост пор. Из-за этого выполненные методом литья в разъемный кокиль отливки металла более подвержены дефектам, связанным с водородом, чем отливки, изготовленные методом литья под давлением.

Есть разные источники попадания водорода в алюминий .

Шихтовые материалы (лом, слитки, литейный возврат, оксиды, песок и смазки, применяющиеся при механической обработке). Эти загрязнители — потенциальные источники водорода, образовавшегося при химическом разложении паров воды или восстановлении органических веществ.

Плавильные инструменты . Скребки, пики, лопаты являются источником водорода. Оксиды и остатки флюсов на инструментах впитывают влагу из окружающего воздуха. Печные огнеупоры, распределительные каналы, ковши для отбора проб, известковые желоба и цементные растворы — потенциальные источники водорода.

Атмосфера печи . Если плавильная печь работает на мазуте или на природном газе, возможно неполное сгорание топлива с образованием свободного водорода.

Флюсы (гигроскопичные соли, готовые мгновенно впитывать воду). По этой причине влажный флюс неизбежно вносит в расплав водород, образовавшийся при химическом разложении воды.

Литейные формы . В процессе заполнения литейной формы жидкий алюминий течет турбулентно и захватывает воздух во внутренний объем. Если воздух не успеет выйти из формы до начала затвердевания алюминия, то водовод проникнет в металл.

Обзор генераторов водородной воды BORK — читайте на сайте BORK

Водородная вода — это жидкость, обогащенная газообразным молекулярным водородом. Польза водородной воды заключается в способности подавлять окислительные процессы. При попадании в организм такая вода замедляет реакции окисления в клетках. Растворенный в жидкости свободный водород, связывается с радикалами и препятствует нарушению процесса клеточного развития.

Генератор водородной воды: преимущества использования

Обогащенная водородом жидкость:

стимулирует скорость обменных процессов;
насыщает кислородом клетки крови;
замедляет клеточное старение.

Регулярное употребление водородной воды повышает сопротивляемость организма бактериальным и вирусным воздействиям, улучшает общее самочувствие. Рекомендуется пить такую воду во время занятий спортом, при снижении веса, а также в профилактических и оздоровительных целях. Водородная вода активно используется в косметологии для создания тоников, масок и кремов для лица.

Генераторы воды с доставкой

В интернет-магазине Bork вы можете купить портативные генераторы водородной воды, разработанные в Японии. Это устройства в компактном алюминиевом корпусе со встроенным аккумулятором. Принцип действия приборов основан на электролизе. Под воздействием электрического заряда в воде разрушаются молекулярные связи, после чего начинается высвобождение водорода. В результате этой электрохимической реакции не выделяются никакие побочные продукты. Водородную воду можно пить сразу, без дополнительной фильтрации.

Благодаря легким беспроводным устройствам вы сможете самостоятельно обогащать водородом обычную воду в домашних условиях. Особенности представленных в каталоге приборов:

компактные размеры, небольшой вес;
отсутствие проводов;
возможность подключения с помощью USB-кабеля;
минимальное время насыщения — одна или три минуты.

Девайсы работают от встроенных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 60 циклов обогащения воды. Герметичные металлические колбы хорошо сохраняют полезные свойства жидкости. Небольшого объема 120 мл достаточно для приготовления разовой порции для питья.

Заказать портативный генератор водородной воды вы можете онлайн на нашем сайте. Оформите заказ, выберите способ оплаты и получения покупки. Мы доставляем товары по всей России.

Генератор водородной воды BORK HW600 gg

Водородная вода как мощный антиоксидант
Насыщение водородом всего за 1 минуту
Компактный алюминиевый корпус с базой для подзарядки
Разработан и сделан в Японии

39 тыс. р.

Купить

Вы можете выбрать и приобрести в интернет-бутике BORK или в фирменных бутиках.

Обзор пылесосов BORK Как выбрать очиститель воздуха

4 способа получения газообразного водорода дома или в лаборатории

Электролиз воды — один из простых способов получения газообразного водорода. (Wikihow / CC BY-NC-SA 3.0)

Газообразный водород легко сделать дома или в лаборатории, используя обычные химические вещества и повседневные материалы. Получив газ, вы можете использовать его для множества интересных научных проектов. Конечно, вы не «производите» водород, поскольку это элемент. Он образуется в результате химических реакций, которые его высвобождают. Вот как безопасно получить водород.

Получение газообразного водорода — Метод 1

Электролиз воды (H ₂ O) — один из самых простых способов получения газообразного водорода.Электролиз расщепляет воду на газообразный водород и газообразный кислород. Таким образом, вы также можете собирать нечистый кислород, используя этот метод.

Материалы

Для этого метода необходимы только основные материалы:

Вода
9-вольтная батарея
2 скрепки (или проволока)
Емкость с водой

Порядок действий

Разогнуть скрепки и подсоедините по одной к каждой клемме аккумулятора.
Остальные концы, не касаясь, опустить в емкость с водой.Поздравляю! У вас электролиз.
Вы увидите пузыри на обоих проводах. Тот, у которого больше пузырьков, выделяет чистый водород. Остальные пузырьки — это нечистый кислород. Чтобы проверить, какой газ является водородом, поднесите к баллону зажженную спичку или зажигалку. Пузырьки водорода загорятся; пузырьки кислорода не горят.
После того, как вы определили источник водорода, вы можете его забрать. Соберите газообразный водород, перевернув наполненную водой трубку или сосуд над проволокой, производящей газообразный водород.Причина, по которой вам нужна вода в контейнере, заключается в том, чтобы вы могли собирать водород, не получая воздуха. Воздух содержит 20% кислорода, который вы не должны попадать в контейнер, чтобы он не стал опасно воспламеняющимся. Не собирайте газ, отходящий от обоих проводов, в один и тот же контейнер, так как это смесь водорода и кислорода, и она легко воспламеняется. При желании можно использовать второй контейнер с водой для сбора нечистого кислорода.
Отсоединить аккумулятор. Закройте или закройте емкость с водой и газом, прежде чем перевернуть ее вправо.Промаркируйте контейнер.

Получение водородного газа — Метод 2

Хотя электролиз является хорошим методом получения водорода, есть два улучшения, которые значительно повышают выход. Первый — использовать грифель карандаша (чистый графит) в качестве электродов. Второй совет — добавить в воду щепотку соли, которая станет электролитом.

Из графита получаются хорошие электроды, поскольку он электрически нейтрален и не растворяется во время электролиза. Соль диссоциирует на ионы в воде и увеличивает ток, ускоряя реакцию электролиза.

Материалы

Помимо карандашей и соли, существенным изменением является то, что у вас появилось больше вариантов для батареи.

2 карандаша
Соль (хлорид натрия или английская соль)
Картон
Вода
Батарея (может опуститься до 1,5 В, так как есть электролит)
2 Скрепки или кусочки электрического провода
Емкость с водой

Процедура

Снимите ластики и металлические колпачки с карандашей и заточите оба конца, чтобы обнажить грифель карандаша.
Добавьте щепотку соли в емкость с водой.
Используйте картон, чтобы подставить карандаши в соленую воду. Положите картон на емкость с водой. Вставьте карандаши в картон так, чтобы грифель был погружен в жидкость, но не касался дна или стенок емкости.
Прикрепите проволоку к каждому карандашу. Подключите каждый провод к клемме аккумулятора.
Собрать газ, как и прежде, в емкость, наполненную водой.

Получение газообразного водорода — Метод 3

При химических реакциях часто выделяется газообразный водород.Одна реакция происходит между цинком и соляной кислотой с образованием хлорида цинка и газообразного водорода:

Zn (s) + 2HCl (l) → ZnCl ₂ (l) + H ₂ (g)

Большинство металлов реагируют с кислотой для выделения водорода, поэтому не стесняйтесь заменять железо или алюминий, если он более доступен. Собирать газ немного сложнее из-за кислоты. Рекомендуется проводить эту реакцию в вытяжном шкафу и в защитных очках и перчатках. Один из способов — перевернуть стеклянный сосуд с кислотой над металлом, чтобы газ вытеснил жидкость.Гораздо безопаснее перевернуть пустую емкость для сбора реакционной смеси и позволить водороду вытеснить воздух. Водород легче воздуха и будет подниматься вверх. В конце процесса сборная ёмкость будет содержать немного воздуха (и кислорода).

Материалы и процедура

Соляная кислота или соляная кислота
Гранулы цинка (или полоски алюминиевой или железной опилки)

При смешивании кислоты и металла немедленно выделяются пузырьки газообразного водорода. Будьте осторожны, чтобы не прикасаться к кислоте.Кроме того, ожидайте выделения тепла в результате этой экзотермической реакции.

Получение водородного газа — Метод 4

Сильные основания также активно вступают в реакцию со многими металлами. Гидроксид натрия (NaOH) и гидроксид калия (КОН) содержат элемент водород и выделяют водородный газ. Например, реакция алюминия и гидроксида натрия с образованием водорода и алюмината натрия:

2Al (s) + 6NaOH (aq) → 3H ₂ (g) + 2Na ₃ AlO ₃ (aq)

Материалы

Гидроксид натрия (обычно продается как очиститель канализации)
Алюминий (часто входит в состав очистителей канализации или вы можете использовать алюминиевую фольгу)
Вода

Процедура

Поместите очиститель канализации и алюминий в стакан блюдо.Не используйте металл или пластик, потому что очиститель канализации может вступить в реакцию с металлом. Тепло, выделяемое в результате реакции, может повредить пластик.
Наполните стеклянный контейнер водой для сбора газообразного водорода.
Переверните емкость с водой над кучей химикатов и соберите водородный газ.

Информация о безопасности

Ознакомьтесь с информацией о безопасности для любых химических веществ, которые вы можете использовать. В частности, соляная кислота (сильная кислота) и гидроксид натрия (сильное основание) являются едкими веществами и могут вызвать химические ожоги.Если вы используете эти химические вещества, обязательно надевайте перчатки, защитные очки и другое защитное снаряжение.
Храните водород вдали от открытого огня, источников тепла и возгорания.
Имейте в виду, что смешивание газообразного водорода с кислородом или воздухом (который содержит кислород) увеличивает его воспламеняемость, поскольку кислород является окислителем.

Если вам нравится получать газообразный водород и вы хотите попробовать аналогичный проект, попробуйте сделать газообразный хлор.

Ссылки

Водород из воды — 3 метода производства

Получение водорода из воды — одна из самых горячих и быстро развивающихся областей в мире возобновляемых источников энергии.

Тем не менее, основные методы производства водорода остались прежними по своей сути, и теперь все новшества основываются на тех же старых принципах.

1. Электролиз

Электролиз — это техническое название использования электричества для разделения воды на составляющие элементы, водород и кислород. Расщепление воды осуществляется путем пропускания электрического тока через воду. Электричество поступает в воду через катод, отрицательно заряженный вывод, проходит через воду и проходит через анод, положительно заряженный вывод.Водород собирается на катоде, а кислород собирается на аноде. Электролиз производит очень чистый водород из воды для использования в электронной, фармацевтической и пищевой промышленности.

По сравнению с паровым риформингом, электролиз очень дорог. Электрические затраты, необходимые для разделения воды на водород и кислород, составляют около 80% затрат на производство водорода. Потенциально электролиз в сочетании с возобновляемым источником энергии может обеспечить полностью чистый и возобновляемый источник энергии.В других случаях электролиз может сочетаться с гидроэлектростанцией или электричеством в непиковое время, чтобы снизить стоимость электролиза.

2. Фотоэлектролиз

Фотоэлектролиз, известный в некоторых кругах как святой Грааль водорода, представляет собой прямое преобразование солнечного света в электричество. Фотоэлектрические элементы, полупроводники и электролизер объединены, чтобы создать устройство, которое генерирует водород из воды . Фотоэлектролизер помещается в воду и при воздействии солнечного света начинает выделять водород.Фотоэлектрические элементы и полупроводник объединяются для выработки электричества из солнечного света, достаточного для питания электролизера. Затем водород собирается и хранится. Большая часть исследований в этой области проводится в Голдене, штат Колорадо, в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.

3. Фотобиологический

Фотобиологическое производство водорода включает использование солнечного света, биологического компонента, катализаторов и инженерной системы. Определенные организмы, водоросли и бактерии, производят водород в качестве побочного продукта своих метаболических процессов.Эти организмы обычно живут в водной среде и поэтому извлекают водород из воды , используя свои биологические функции.

В настоящее время эта технология все еще находится на стадии исследований и разработок, и теоретическая эффективность преобразования солнечного света оценивается в 24%. Было идентифицировано более 400 штаммов примитивных растений, способных производить водород, из которых 25 впечатляюще достигли 100% эффективности преобразования монооксида углерода в водород.

В одном примере исследователи обнаружили, что водоросль Chlamydomonas reinhardtii обладает ферментом, называемым гидрогеназой, который способен расщеплять воду на составляющие ее части — водород и кислород. Исследователи определили механизм запуска и остановки этого процесса, который может привести к практически безграничному методу производства чистого возобновляемого водорода.

Водорослям нужна сера для роста и фотосинтеза. Ученые обнаружили, что, когда они лишили водорослей серы в бескислородной среде, водоросли вернулись в режим использования гидрогеназы.Этот механизм производства водорода из воды развился на протяжении миллионов лет эволюции для выживания в богатой кислородом и бескислородной среде. Оказавшись в этом цикле, водоросли выделяют водород, а не кислород. Дальнейшие исследования необходимы для повышения эффективности инженерных систем завода, методов сбора и затрат на производство водорода.

(Посещали 21861 раз, сегодня 3 посещали)

Норвежская команда обнаружила более дешевый способ производства водородного топлива

Опубликовано 23 августа 2019 г., 13:58 автор: Новости Близнецов

[Георг Матисен]

Норвежские ученые разработали материал, который может производить водород из водяного пара, а не из жидкой воды.Это окупается, потому что тепло дешевле электричества.

Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале Nature Materials в статье под названием «Смешанные протоно- и электронопроводящие двойные перовскитные аноды для стабильных и эффективных трубчатых протонно-керамических электролизеров».

Водород может занять место, когда батареи больше не могут выполнять свою работу. Когда важно хранить большое количество энергии, например, больше, чем нужно для того, чтобы водить машину в течение нескольких часов, становится дешевле и эффективнее хранить ее в виде водорода.

Проще говоря, вы используете энергию для расщепления воды на водород и кислород. Когда вам нужно производить энергию, вы обращаете весь процесс вспять, повторно вводя водород и производя энергию и воду.

«Наиболее часто применяемый метод для этого остается таким же, как и метод, применявшийся на водородном заводе« Ваннстоффен »на электростанции Веморк в Телемарке столетие назад», — объясняют Эйнар Велестад и Рагнар Страндбакке. Веллестад — научный сотрудник SINTEF. Индустрия и Страндбакке, аспирант Центра материаловедения и нанотехнологий Университета Осло.

Низкотемпературный электролиз

Речь идет о низкотемпературном электролизе. Метод стал лучше, дешевле и эффективнее, но по-прежнему требует много энергии.

«В течение многих лет практически ничего не происходило, потому что было очень дешево производить водород из природного газа, и потому что изменение климата не было проблемой, которую нужно было принимать во внимание», — говорит Веллестад. «Теперь, когда мы уделяем больше внимания возобновляемым источникам энергии. , фокус усилился.«

Возобновляемая энергия означает большее колебание цен. Объемы доступной солнечной, ветровой и волновой энергии меняются в течение года. По этой причине более важно хранить энергию, вырабатываемую в дни пикового производства, и использовать ее, когда спрос превышает производство.

Вёллестад и Страндбакке в настоящее время работают над проектом ЕС, включающим исследовательские эксперименты при совершенно разных температурах. Они используют пар вместо жидкой воды для производства водорода.

«Тепло способствует реакции, и при более высоких температурах каталитическая активность намного выше», — говорят исследователи. Это означает, что для протекания реакции требуется меньше электроэнергии, что делает производимый водород более конкурентоспособным на рынке ». Тепло намного дешевле электричества », — говорит Веллестад.

Избегайте благородных металлов

«Работа при более высоких температурах дает дополнительное преимущество», — говорит Веллестад.«Необязательно использовать благородные металлы».

Дело в том, что следующее поколение низкотемпературных электролизеров (аппаратов, в которых происходит электролиз) требует платины и других дорогих благородных металлов, чтобы сделать водное деление эффективным. «При более высоких температурах и большей каталитической активности нам больше не нужны эти дорогие материалы для завершения реакции», — говорит он.

«Изготовить такую трубу, наверное, не дешевле, чем произвести батарею.Но вам понадобится всего одна труба, чтобы произвести такое же количество энергии, которое потребовало бы нескольких батарей. По сравнению с батареями, наш процесс потребляет гораздо меньшие объемы сырья по сравнению с количеством хранимой энергии », — говорит исследователь SINTEF Эйнар Веллестад.

Проблема заключалась в том, чтобы найти материалы, которые могут удовлетворить строгие требования, возникающие при температуре пара до 600 градусов. Здесь на сцену выходят материаловеды Веллестад и Страндбакке.Они начали со списка из 120 материалов, которые, по их мнению, могли бы подходить для различных аспектов процесса.

«Лучшие материалы для этой реакции, то есть те, которые мы считали лучшими, не выдерживают воздействия пара при таких температурах», — говорит Веллестад. «Мы использовали материал, который, как мы знали, был эффективным, но заметили, что он не выдерживает давления пара. Поэтому мы, наконец, решили выбрать этот материал и немного подправить химию », — говорит он.

Увеличить масштаб

Теперь у них есть первый электролизер, который эффективно работает с использованием сжатого пара и может быть расширен для использования в промышленных процессах. Однако недостаточно просто продемонстрировать это в небольшой лаборатории. Если исследования будут применяться на практике, должна быть возможность запускать процесс в более крупных масштабах.

«Мы изготовили трубы, которые будут использоваться, что делает систему полностью масштабируемой», — говорит Веллестад.

Последним преимуществом является то, что использование этого типа технологии и конструкции означает, что производимый водород полностью сухой. Все другие электролитические процессы производят водород, загрязненный водой или другими молекулами. Они должны быть отделены до того, как водород можно будет хранить под давлением. Это не очень сложный процесс, но дополнительная работа означает, что единицы установки должны быть больше.

Материал, который они используют, состоит из бария, лантана, гадолиния, кобальта и кислорода, и исследователи назвали его BGLC.

«Что мы сделали, так это заменили часть бария в исходном материале на большее количество лантана с простой целью сделать его более простым», — говорит Веллестад.

Дешевле аккумуляторов…

Звучит дорого, но на самом деле с экономической точки зрения все в порядке.

Если мы рассмотрим трубу и батарею, запасающие одинаковое количество электроэнергии в течение одного часа, батарея будет дешевле. Но если вы хотите хранить такое же количество электроэнергии в течение 24 часов, вам понадобятся 24 батареи. Выбирая водород, вам по-прежнему требуется только одна труба. Вы просто продолжаете наполнять резервуар для хранения или, при необходимости, приобретаете резервуар большего размера.

«По сравнению с батареями, наш процесс потребляет гораздо меньшие объемы сырья по сравнению с количеством энергии, которое хранится», — говорит Веллестад.

Он считает водород хорошим вариантом, особенно в транспортном и промышленном секторах. В транспортном секторе водород подходит для перевозки на большие расстояния тяжелыми перевозчиками, такими как поезда, корабли и тягачи. В промышленном секторе Vøllestad выделяет производство стали, где в производственном процессе требуется большое количество тепла. Это тепло, которое можно использовать для нагрева воды для электролиза.

… в долгосрочной перспективе

Следующий шаг — перевести производственный процесс на коммерческую основу.Компания CoorsTek Membrane Sciences, которая участвует в проекте в качестве отраслевого партнера, прекрасно понимает, что это не произойдет в одночасье.

«Сроки разработки почти всех связанных с энергией технологий велики, — говорит Пер Вестре, управляющий директор CoorsTek в Норвегии. — Между изобретением литий-ионной батареи и ее нынешним применением в миллионах автомобилей прошло много лет. . «

«Наша разработка керамических мембран для электрохимических процессов — долгосрочный проект.Нет сомнений в том, что рынок существует и что паровой электролиз интересен, если нам удастся разработать технологию по разумной цене », — говорит Вестре.

Исследование следующей задачи

«Есть еще много шагов, которые необходимо оптимизировать и развивать», — вставляет Воллестад. «Метод производства должен быть обновлен, и мы должны продемонстрировать стабильность с течением времени. На сегодняшний день мы провели измерения на одной трубе для более чем 700 часов, но в промышленных масштабах вы должны построить систему, состоящую из сотни, тысячи или, возможно, десяти тысяч труб.«

Работа идет полным ходом. Исследование, в результате которого был получен материал BGLC, теперь опубликовано в июньском выпуске журнала Nature Materials. Публикация в таком престижном журнале требует времени, и работа значительно продвинулась со времени подачи статьи.

«Мы уже восемнадцать месяцев в новом проекте ЕС, в котором мы работаем, чтобы решить следующий ряд проблем», — говорят Веллестад и Страндбакке.

Эта статья любезно предоставлена Gemini Research News и может быть найдена в исходной форме здесь.

Мнения, выраженные в данном документе, принадлежат автору и не обязательно принадлежат The Maritime Executive.

Производство и доставка водорода | Водород и топливные элементы | Водородные и топливные элементы

Исследователи из NREL разрабатывают передовые процессы для экономичного производства водорода. из устойчивых ресурсов.

Узнайте, как NREL развивает и продвигает ряд путей к возобновляемому водороду производство. Текстовая версия

Биологическое расщепление воды

Некоторые фотосинтетические микробы используют световую энергию для производства водорода из воды в виде часть их метаболических процессов.Поскольку кислород образуется вместе с водородом, фотобиологическая технология производства водорода должна преодолевать присущую ему чувствительность к кислороду ферментативных систем, выделяющих водород. Исследователи NREL решают эту проблему с помощью скрининг на естественные организмы, которые более устойчивы к кислороду и создание новых генетических форм организмов, способных поддерживать производство водорода в наличие кислорода.Исследователи также разрабатывают новую систему, в которой используется метаболический переключение (лишение серы) на цикл клеток водорослей между фотосинтетическим ростом фаза и фаза производства водорода.

Контактное лицо: Мария Гирарди

Ферментация

Ученые NREL разрабатывают технологии предварительной обработки для преобразования лигноцеллюлозного биомасса в сырье, богатое сахаром, которое может быть непосредственно ферментировано для получения водорода, этанол и ценные химикаты.Исследователи также работают над определением консорциума. Clostridium, которые могут напрямую сбраживать гемицеллюлозу до водорода. Другое исследование области включают биоразведку эффективных целлюлолитических микробов, таких как Clostridium thermocellum, который может сбраживать кристаллическую целлюлозу непосредственно до водорода, чтобы снизить затраты на сырье. После идентификации модельной целлюлолитической бактерии ее потенциал для генетических манипуляций, включая чувствительность к антибиотикам и простоту генетического трансформация, будет определена.Будущие проекты ферментации NREL будут сосредоточены на по разработке стратегий для создания мутантов, которые селективно блокируются от производства отработанные кислоты и растворители для максимального увеличения выхода водорода.

Контактное лицо: Пин-Чинг Манесс

Конверсия биомассы и отходов

Водород можно производить путем пиролиза или газификации ресурсов биомассы, таких как сельскохозяйственные остатки, такие как скорлупа арахиса; бытовые отходы, включая пластмассы и отходы смазка; или биомасса, специально выращенная для использования в энергии.Пиролиз биомассы производит жидкий продукт (био-масло), содержащий широкий спектр компонентов, которые могут быть разделены на ценные химические вещества и топливо, включая водород. Исследователи NREL в настоящее время сосредоточены на производстве водорода путем каталитического риформинга пиролиза биомассы продукты. Конкретные области исследований включают реформирование потоков пиролиза и разработку и испытание псевдоожижаемых катализаторов.

Контактное лицо: Ричард Френч

Фотоэлектрохимическое расщепление воды

Самый чистый способ производства водорода — использование солнечного света для прямого разделения воды. в водород и кислород.Технология многопереходных ячеек, разработанная фотоэлектрическими промышленность используется для фотоэлектрохимических (PEC) систем сбора света, которые генерируют достаточное напряжение для разделения воды и стабильны в среде вода / электролит. Разработанная NREL система PEC производит водород из солнечного света без дополнительных затрат. и усложнение электролизеров, при КПД преобразования солнечной энергии в водород На 12,4% ниже теплотворная способность при использовании отраженного света.Ведутся исследования, чтобы выявить больше эффективные, недорогие материалы и системы, долговечные и устойчивые к коррозии в водной среде.

Контактное лицо: Джон Тернер или Тодд Дойч

Солнечная система термоделирования воды

Исследователи NREL используют реактор High-Flux Solar Furnace, чтобы концентрировать солнечную энергию и генерировать температуры от 1000 до 2000. градусов Цельсия.Для термохимической реакции требуются сверхвысокие температуры. циклы для производства водорода. Такой высокотемпературный, высокопоточный, термохимический процессы предлагают новый подход к экологически безопасному производству водорода. Очень высокие скорости реакции при таких повышенных температурах вызывают очень быструю реакцию. скорости, которые значительно увеличивают производительность и более чем компенсируют прерывистый характер солнечного ресурса.

Контактное лицо: Джуди Неттер

Возобновляемый электролиз

Возобновляемые источники энергии, такие как фотоэлектрическая энергия, ветер, биомасса, гидро- и геотермальная энергия. может обеспечить нашу страну чистой и устойчивой электроэнергией. Однако возобновляемая энергия источники естественным образом изменчивы, требуют накопления энергии или гибридной системы для размещения суточные и сезонные изменения.Одно из решений — производить водород путем электролиза — расщепления с помощью электрического тока — воды и использовать этот водород в топливном элементе для производства электричество в периоды низкого производства электроэнергии или пикового спроса, или для использования водорода в транспортных средствах на топливных элементах.

Исследователи из Центра интеграции энергетических систем NREL и Центра испытаний и исследований водородной инфраструктуры изучают вопросы, связанные с использованием возобновляемых источников энергии для производства водород путем электролиза воды.NREL тестирует интегрированные системы электролиза и исследует варианты дизайна для снижения капитальных затрат и повышения производительности.

Узнайте больше об исследованиях электролиза возобновляемых источников энергии NREL.

Контактное лицо: Кевин Харрисон

Надежность шланга дозатора водорода

С акцентом на снижение затрат и повышение надежности и безопасности NREL выполняет ускоренные испытания и циклическое использование шлангов для подачи водорода на 700 бар на предприятии по интеграции энергетических систем с использованием автоматизированной робототехники для моделирования полевых условий.Посмотрите видео с роботом, который имитирует повторяющееся напряжение человека, сгибающегося и скручивающегося. шланг для подачи водорода в бортовой накопительный бак транспортного средства на топливных элементах. Исследователи проводить механические, термические испытания и испытания под давлением для новых и бывших в употреблении систем подачи водорода шланги. Материал шланга анализируется для выявления проникновения водорода, охрупчивания, и зарождение / распространение трещины.

Контактное лицо: Кевин Харрисон

Анализ путей производства и доставки водорода

NREL выполняет анализ на системном уровне в различных областях устойчивого производства водорода. и пути доставки.Эти усилия сосредоточены на определении улучшений статуса, в результате от технологических достижений, стоимости как функции объема производства и потенциала для снижения затрат. Результаты помогают выявить препятствия на пути к успеху этих путей. основные факторы затрат и остающиеся проблемы НИОКР. Разработанные NREL тематические исследования по анализу водорода обеспечивают прозрачные прогнозы текущих и будущих затрат на производство водорода. Узнайте больше о работе NREL по системному анализу.

Контактное лицо: Женевьева Заур

Сеть энергетических материалов HydroGEN

NREL служит ведущей лабораторией консорциума HydroGEN Energy Materials Network (EMN).

Последние публикации

Прямое преобразование солнечной энергии в водород с помощью инвертированного метаморфического многопереходного полупроводника Архитектура, Энергия природы (2017)

Замечательная стабильность немодифицированных фотокатодов GaAs при выделении водорода в Кислотный электролит, Журнал химии материалов A (2016)

Эффективность преобразования солнечной энергии в водород: яркий свет на производительность фотоэлектрохимических устройств, Энергетика и экология (2016)

Обратимая пассивация поверхности GaInP2 за счет адсорбции воды: модельная система для зависимости от окружающей среды Фотолюминесценция, Журнал физической химии C (2016)

CO2-фиксирующий метаболизм одного углерода в разрушающей целлюлозу бактерии Clostridium thermocellum, Proceedings of the National Academy of Sciences (2016)

Путь фосфокетолазы способствует метаболизму углерода у цианобактерий, Nature Plants (2016)

Контакт

Huyen Dinh

Электронная почта
303-275-3605

исследователей используют мембраны, удаляющие соль из воды, чтобы помочь «расщепить» морскую воду на топливо — ScienceDaily

Сила солнца, ветра и моря вскоре может объединиться для производства экологически чистого водородного топлива, по мнению команды Penn State. исследователи.Команда интегрировала технологию очистки воды в новый экспериментальный проект электролизера морской воды, который использует электрический ток для разделения водорода и кислорода в молекулах воды.

По словам Брюса Логана, профессора экологической инженерии в Каппе и профессора Университета Эвана Пью, этот новый метод «расщепления морской воды» может облегчить превращение энергии ветра и солнца в пригодное для хранения и портативное топливо.

«Водород — отличное топливо, но его нужно производить», — сказал Логан.«Единственный устойчивый способ сделать это — использовать возобновляемую энергию и производить ее из воды. Вам также необходимо использовать воду, которую люди не хотят использовать для других целей, и это будет морская вода. Итак, Святой Грааль производства водород должен был объединить морскую воду, энергию ветра и солнца, найденную в прибрежных и морских средах ».

Несмотря на обилие морской воды, он обычно не используется для разделения воды. Если вода не опресняется перед подачей в электролизер — дорогостоящий дополнительный этап — ионы хлора в морской воде превращаются в токсичный газообразный хлор, который разрушает оборудование и просачивается в окружающую среду.

Чтобы предотвратить это, исследователи вставили тонкую полупроницаемую мембрану, первоначально разработанную для очистки воды в процессе обработки обратным осмосом (RO). Мембрана обратного осмоса заменила ионообменную мембрану, обычно используемую в электролизерах.

«Идея обратного осмоса заключается в том, что вы оказываете действительно высокое давление на воду, проталкиваете ее через мембрану и удерживаете ионы хлора позади», — сказал Логан.

В электролизере морская вода больше не проталкивается через мембрану обратного осмоса, а сдерживается ею.Мембрана используется, чтобы помочь разделить реакции, которые происходят возле двух погруженных электродов — положительно заряженного анода и отрицательно заряженного катода, подключенных к внешнему источнику питания. При включении питания молекулы воды начинают расщепляться на аноде, высвобождая крошечные ионы водорода, называемые протонами, и образуя газообразный кислород. Затем протоны проходят через мембрану и объединяются с электронами на катоде с образованием газообразного водорода.

При вставленной мембране обратного осмоса морская вода остается на катодной стороне, а ионы хлора слишком велики, чтобы проходить через мембрану и достигать анода, предотвращая образование газообразного хлора.

Но при расщеплении воды, как заметил Логан, другие соли намеренно растворяются в воде, чтобы сделать ее проводящей. Ионообменная мембрана, которая фильтрует ионы по электрическому заряду, позволяет ионам соли проходить через нее. Мембрана обратного осмоса этого не делает.

«Мембраны обратного осмоса препятствуют движению соли, но генерировать ток в цепи можно только потому, что заряженные ионы в воде перемещаются между двумя электродами», — сказал Логан.

Поскольку движение более крупных ионов ограничено мембраной обратного осмоса, исследователям необходимо было проверить, достаточно ли крошечных протонов, движущихся через поры, чтобы поддерживать высокий электрический ток.

«По сути, мы должны были показать, что то, что выглядело как грунтовая дорога, могло быть межгосударственным», — сказал Логан. «Нам пришлось доказать, что мы можем пропускать большой ток через два электрода, когда между ними была мембрана, которая не позволяла ионам соли перемещаться вперед и назад».

В ходе серии экспериментов, недавно опубликованных в Energy & Environmental Science , исследователи протестировали две коммерчески доступные мембраны обратного осмоса и две катионообменные мембраны, тип ионообменной мембраны, которая позволяет перемещать все положительно заряженные ионы в системе. .

Каждый из них был протестирован на сопротивление мембраны движению ионов, количество энергии, необходимое для завершения реакций, образование газообразного водорода и кислорода, взаимодействие с ионами хлора и повреждение мембраны.

Логан объяснил, что, хотя одна мембрана обратного осмоса оказалась «грунтовой дорогой», другая показала хорошие результаты по сравнению с катионообменными мембранами. Исследователи все еще выясняют, почему между двумя мембранами обратного осмоса была такая разница.

«Идея может сработать», — сказал он.«Мы не знаем точно, почему эти две мембраны функционируют так по-разному, но это то, что мы собираемся выяснить».

Недавно исследователи получили грант в размере 300 000 долларов от Национального научного фонда (NSF) на продолжение исследований электролиза морской воды. Логан надеется, что их исследования сыграют решающую роль в сокращении выбросов углекислого газа во всем мире.

«Мир ищет возобновляемый водород», — сказал он. «Например, Саудовская Аравия планировала построить водородный завод стоимостью 5 миллиардов долларов, который будет использовать морскую воду.Прямо сейчас воду надо опреснять. Может быть, они могут использовать этот метод вместо этого ».

История Источник:

Материалы предоставлены Penn State . Оригинал написан Тимом Шли. Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Лучший способ получить водород из воды

Экспериментальный подход к расщеплению воды может привести к относительно дешевому и чистому методу крупномасштабного производства водорода, не требующему ископаемого топлива.В процессе вода расщепляется на водород и кислород с использованием тепла и катализаторов из недорогих материалов.

Марк Э. Дэвис

Разделение воды с использованием тепла является альтернативой электролизу, который является дорогостоящим и требует большого количества электроэнергии. Новый подход, разработанный профессором химического машиностроения Калифорнийского технологического института Марком Дэвисом, позволяет избежать основных проблем, связанных с предыдущими методами расщепления воды с использованием тепла. Он работает при относительно низких температурах и не производит никаких токсичных или коррозионных промежуточных продуктов.

Почти весь водород, используемый в настоящее время в промышленных процессах, таких как производство бензина, поступает в результате риформинга природного газа. Если автопроизводители начнут продавать большое количество автомобилей на водородных топливных элементах, как они заявили, что планируют это сделать в конечном итоге, водород для них также, вероятно, будет поступать из природного газа, если процессы, подобные тем, которые производятся в Калифорнийском технологическом институте, не будут коммерциализированы.

Основной подход к высокотемпературному разделению воды заключается в нагревании окисленного металла для удаления кислорода с последующим добавлением воды.В случае Дэвиса исходным материалом является оксид марганца, и реакции облегчаются за счет перемещения ионов натрия внутрь и наружу. «Без натрия температура поднялась бы намного выше 1000 ° C», — говорит Дэвис. С ним реакции протекают при температуре 850 ° C и ниже.

Технология, наверное, далека от коммерциализации. Он по-прежнему требует довольно высоких температур — например, на пару сотен градусов выше, чем те, которые используются для привода паровых турбин на угольных и атомных электростанциях.Для получения таких температур без использования ископаемого топлива, вероятно, потребуется одна из двух технологий, ни одна из которых в настоящее время не используется в коммерческих целях: высокотемпературные ядерные реакторы или солнечные тепловые установки с высокой концентрацией, которые используют кольца зеркал для более интенсивной концентрации солнечного света, чем это происходит сегодня в России. солнечные тепловые электростанции.

Подход Caltech также необходимо протестировать, чтобы убедиться, что цикл разделения воды может выполняться многократно. На данный момент исследователи показали, что одни и те же материалы можно использовать повторно пять раз, но «если вы хотите, чтобы одна из этих вещей работала по-настоящему, вам пришлось бы запускать ее тысячи циклов», — говорит Дэвис.Он говорит, что такое тестирование выходит за рамки его лаборатории. «Мы хорошо понимаем, что в этом цикле может быть много циклов, но пока вы этого не сделаете, вы не будете знать», — говорит он. «Все, что мы здесь сделали, это доказали, что химия может работать».

Скорость производства водорода также должна быть увеличена — например, путем перехода на материалы с большей площадью поверхности. И Дэвис надеется еще больше снизить необходимую температуру. Цель состоит в том, чтобы использовать этот или аналогичный процесс для использования отходящего тепла на сталелитейных заводах и электростанциях.«Это хорошее начало, но чем ниже мы спускаемся, тем лучше», — говорит он.

Новая технология разделения воды для получения чистого водорода

Фотографии исследователей, на которых изображены (слева направо): доктор Хен Дотан, Авигейл Ландман, профессор Авнер Ротшильд, профессор Гидеон Грейдер. Предоставлено: Чен Галили, пресс-секретарь Техниона.

Производство электролитического водорода влечет за собой производство водорода из воды с использованием электроэнергии, которая в идеале должна поступать из возобновляемых источников энергии, таких как солнечный свет и ветер.Хотя этот метод производства водорода может быть очень многообещающим решением для повышения устойчивости, исследователям придется преодолеть несколько ключевых проблем, чтобы он получил широкое распространение.

В недавнем исследовании, опубликованном в Nature Energy , группа исследователей из Израильского технологического института Техниона рассмотрела некоторые из этих проблем, представив новую технику расщепления воды, которая может улучшить существующие методы электролитического производства водорода.Их исследование черпает вдохновение из одного из их предыдущих исследований фотоэлектрохимического (PEC) расщепления воды, в котором они пытались объединить солнечную энергию и электролиз воды (фото) для получения водорода из солнечного света и воды.

Одной из самых серьезных проблем, описанных в этой предыдущей работе, был сбор газообразного водорода из миллионов ячеек PEC, распределенных в солнечной области. В своем исследовании исследователи из Техниона попытались разработать метод, который мог бы эффективно решить эту проблему.

«Взяв фотоэлектрические (PV) солнечные электростанции в качестве базового сценария, солнечная ферма состоит из миллионов отдельных фотоэлементов, где ток (и напряжение) собираются от каждого из них в металлическую сеть», — сказал Авнер Ротшильд. , один из исследователей, проводивших исследование, сообщил TechXplore. «Это легко с электричеством, но не с водородом».

В идеальной солнечной электростанции PEC будущего фотоэлементы будут заменены на элементы PEC, которые могут производить водород в компоненте, известном как катодный отсек, и кислород в отдельной камере, называемой анодным отсеком.Эти два отсека должны быть разделены, по крайней мере, мембраной, чтобы гарантировать, что водород и кислород не смешиваются, поскольку это может вызвать взрыв. Кроме того, газообразный водород необходимо собирать из каждой отдельной ячейки.

Создание этой установки до сих пор оказалось технически сложным и дорогостоящим, так как для этого требовался очень дорогостоящий трубопроводный коллектор. В конечном итоге это сделало нереальной реализацию решений для крупномасштабного производства водорода путем разделения воды PEC.

«Мы искали выход из этой проблемы и пришли к идее разделения кислородного и водородного отсеков в ячейке PEC на две отдельные ячейки, чтобы кислород генерировался в солнечном поле и выбрасывался в атмосферу. в то время как водород генерируется в центральном реакторе на углу поля », — сказал Ротшильд. «Разделение на две ячейки стало возможным благодаря установке еще одного набора из двух электродов, называемых вспомогательными электродами, которые заряжаются и разряжаются одновременно ионами OH ^—, участвующими в реакции расщепления воды, тем самым опосредуя ионный обмен между двумя ячеек (что необходимо для замыкания электрической цепи).«

В своей предыдущей статье, опубликованной в Nature Materials , Ротшильд и его коллеги представили революционный новый подход к архитектуре электролиза воды (электролизеры) и фотоэлектролиза (PEC). Этот многообещающий подход, однако, создал еще одну проблему — регенерацию вспомогательных электродов, когда они насыщаются в конце производственного цикла. Исследователи предположили, что электроды можно менять местами в конце каждого цикла, но это было бы довольно громоздко, поэтому они продолжили поиск альтернативных решений.

«Затем мы обнаружили, что при нагревании вспомогательного электрода в водородной ячейке после того, как он был заряжен (чтобы стать NiOOH), он самопроизвольно выделяет пузырьки газообразного кислорода и восстанавливается до своего исходного состояния (Ni (OH) ₂)», — сказал Ротшильд. «Это открытие привело к развитию процесса расщепления воды E-TAC, который представлен в настоящей работе».

E-TAC, новая технология разделения воды, предложенная Ротшильдом и его коллегами, имеет высокую энергоэффективность 98.7 процентов, следовательно, он значительно превосходит обычные электролизеры, которые обычно имеют энергоэффективность от ~ 70 до 80 процентов для современных устройств. Еще одним преимуществом E-TAC является то, что он производит водород и кислород последовательно, тогда как в большинстве других электролизеров они производятся одновременно. Это в конечном итоге устраняет необходимость в мембране, разделяющей газы водорода и кислорода, что значительно упрощает конструкцию и сборку ячеек, а также их эксплуатацию и техническое обслуживание.

«Потенциально это может привести к значительной экономии капитальных и эксплуатационных затрат, что приведет к разработке рентабельной технологии разделения воды, которая может конкурировать с SMR (паровой риформинг метана), предлагая дешевый водород без выбросов CO ₂, при условии, что электроэнергия поступает из возобновляемых источников, таких как гидроэнергия, солнечная или ветровая энергия », — сказал Ротшильд.

При обычном электролизе воды водород и кислород всегда производятся одновременно в катодном и анодном отсеках соответственно.Отделения расположены как можно ближе друг к другу, чтобы минимизировать электрические омические потери, и они разделены мембраной, чтобы избежать образования взрывоопасной смеси H ₂ / O ₂.

«Катод восстанавливает воду, генерируя водород (H ₂ молекул) и гидроксид-ионы (OH ^—) посредством реакции, известной как HER (реакция выделения водорода)», — сказал Ротшильд. «Ионы OH ^— мигрируют к аноду через электролит и мембрану, где они окисляются посредством OER (реакция выделения кислорода).Вместе эти две реакции (HER и OER) завершают реакцию расщепления воды: 2H ₂ O 2H ₂ + O ₂. «

В обычном электролизе воды две электрохимические реакции, описанные Ротшильдом, связаны как во времени, так и в пространстве, поскольку они происходят одновременно, в одной и той же ячейке и в непосредственной близости. Более того, эти характеристики одинаковы независимо от того, применяется ли процесс к щелочным электролизерам или электролизерам с ПЭМ.

Изображение, показывающее разницу между традиционным подходом к расщеплению воды (щелочной электролиз) и техникой расщепления воды E-TAC, предложенной исследователями.Предоставлено: Дотан и др.

В отличие от этого традиционного подхода к электролизу воды, процесс расщепления воды, разработанный исследователями, разделяет реакции HER и OER, которые вместо этого происходят в разное время и потенциально в разных частях устройства. Поэтому E-TAC может быть описан не как непрерывный процесс, а как «периодический процесс» с двумя циклами, первый из которых генерирует водород электрохимически, а второй кислород — посредством спонтанной химической реакции.

«Мы помещаем катод (тот же катод, который используется в щелочном электролизе) и анод (который отличается от анода при обычном электролизе) в электролитической ячейке и пропускаем ток между ними», — сказал Ротшильд.«Катод генерирует водород посредством реакции HER, точно так же, как это происходит в случае обычного электролиза воды, но анод делает совершенно другую вещь. Анод по существу заряжается, поглощая ионы OH ^—, которые генерируются на катоде, и постепенно превращаются из Ni (OH) ₂ (гидроксид никеля) в NiOOH (оксигидроксид никеля) ».

Интересно, что реакция, производимая на аноде, аналогична реакции, которая происходит на катоде щелочных батарей (например.грамм. Ni-MH аккумуляторы) во время зарядки. Это говорит о том, что он может хорошо работать в течение многих циклов, как и в щелочных батареях.

Однако иногда заряд анода в процессе E-TAC необходимо прервать, потому что, если он будет перезаряжен, он может начать генерировать кислород. Поэтому, когда заряд превышает определенный уровень, исследователям необходимо ограничить напряжение, прикладываемое к ячейкам, чтобы избежать возможных взрывов, возникающих в результате совместного производства кислорода и водорода.

«Чтобы продолжить процесс E-TAC, нам необходимо регенерировать заряженный анод (NiOOH) обратно в его исходное состояние (Ni (OH) ₂)», — пояснил Ротшильд. «Мы делаем это, повышая его температуру, тем самым ускоряя скорость спонтанной химической реакции между заряженным анодом и водой, которая высвобождает кислород и восстанавливает анод обратно в исходное состояние».

Технология, разработанная Ротшильдом и его коллегами, таким образом, предполагает использование тепла для управления химической реакцией, в результате которой образуется кислород, поскольку скорость реакции замедляется при низких температурах и ускоряется при высоких температурах.Генерация водорода происходит при низкой температуре или температуре окружающей среды, а образование кислорода — при высоких температурах около 95 градусов Цельсия. Вот почему исследователи решили назвать это процессом E-TAC, что означает электрохимически-термически активированный химический процесс.

«В лабораторных испытаниях, представленных в нашей статье, мы вручную переместили анод из холодной ячейки (т. Е. Стеклянного стакана, наполненного щелочным водным раствором при температуре окружающей среды) в горячую ячейку (т.е.е. стакан того же типа, но нагретый до 95 градусов Цельсия), поэтому разделение между производством водорода и кислорода происходило не только по времени, но и по месту », — пояснил Ротшильд.« Однако в реальной промышленной системе мы предвидим другой сценарий, в котором два электрода (анод и катод) и неподвижны (неподвижны), тогда как ячейка, в которой они находятся, последовательно заполняется холодными или горячими растворами электролита ».

Разделение производства водорода и кислорода, которое устраняет необходимость в мембране, разделяющей две разные камеры внутри электролитических ячеек, приводит к значительной экономии по сравнению с традиционными подходами к электролизу.Фактически, герметизация мембраны обычно является дорогостоящей, а также усложняет весь производственный процесс. Мембрана в обычных системах требует воды высокой чистоты и постоянного обслуживания, и все это не требуется в E-TAC.

Кроме того, методика, разработанная Ротшильдом и его коллегами, полностью исключает риск летучих столкновений между кислородом и водородом, а также связанных с этим взрывов. С другой стороны, в традиционных системах этот риск все еще присутствует, поскольку мембрана может порваться или ее уплотнение может сломаться.

«В настоящее время использование мембран также ограничивает давление при производстве водорода», — сказал Ротшильд. «E-TAC делает мембрану ненужной, тем самым облегчая производство водорода при гораздо более высоком давлении и устраняя некоторые из высоких затрат на последующее сжатие водорода. Более того, в новом процессе, который мы предложили, кислород образуется посредством спонтанной химической реакции между заряженными анод и вода, без использования электрического тока.Эта реакция устраняет необходимость в электричестве во время производства кислорода и увеличивает энергетический КПД с ~ 70 до 80 процентов при использовании обычных методов до беспрецедентного уровня 98.7 процентов ».

Метод, разработанный Ротшильдом и его коллегами, может снизить эксплуатационные расходы на устойчивое производство водорода и стоимость оборудования. Исследователи подсчитали, что производственные затраты на оборудование на основе E-TAC будут примерно вдвое меньше, чем на существующие технологии.

«Процесс, который мы изобрели, представляет собой концептуальный прорыв в разделении воды, и, учитывая преимущества, которые он предлагает, он может изменить правила игры и привести к новой технологии производства водорода из воды без выбросов CO ₂, что может конкурировать с SMR в производстве чистого водорода и обеспечить переход от ископаемого топлива к чистому водородному топливу », — сказал Ротшильд.

После того, как они закончили писать свою статью, исследователи из Техниона запатентовали свое изобретение и основали стартап под названием H ₂ Pro с миссией разработки и распространения новой технологии разделения воды на основе техники E-TAC. Они надеются вскоре коммерциализировать эту технологию за счет увеличения размеров электродов и ячеек, используемых в их исследовании, создания и тестирования генераторов водорода на основе процесса разделения воды E-TAC, оптимизации своей схемы работы и изучения производства водорода под высоким давлением.

«Мы также планируем проводить дальнейшие академические исследования для изучения новых электродных материалов и применять передовые аналитические методы, чтобы понять корреляцию между электродным составом и микроструктурой и его функциональными свойствами, чтобы разработать следующее поколение Ni (OH) ₂ — электроды для нашего процесса водоразделения E-TAC », — сказал Ротшильд. «Наша цель — повысить их производительность (чтобы мы могли запускать более длительные процессы) за счет быстрой зарядки и регенерации, чтобы обеспечить высокую производительность производства водорода.»

Исследователи совершили прорыв в производстве водородного топлива.

Дополнительная информация: Разделение выделения водорода и кислорода с помощью двухступенчатого электрохимико-химического цикла для эффективного общего расщепления воды. Nature Energy , DOI: 10.1038 / s41560-019-0462-7

Avigail Landman et al. Фотоэлектрохимическое расщепление воды в отдельных ячейках с кислородом и водородом, Nature Materials (2017). DOI: 10.1038 / nmat4876

Цитата : Новая технология расщепления воды для получения чистого водорода (2 октября 2019 г.) получено 14 мая 2021 г. из https: // techxplore.ru / news / 2019-09-water-splitting-Technologie-Hydrogen.