Kenaikan harga sumber daya energi merangsang pencarian jenis bahan bakar yang lebih efisien dan lebih murah, termasuk di tingkat rumah tangga. Kebanyakan pengrajin yang antusias tertarik oleh hidrogen, yang nilai kalorinya tiga kali lebih tinggi dari metana (38,8 kW berbanding 13,8 dengan 1 kg zat). Metode ekstraksi di rumah, tampaknya, diketahui - pemisahan air dengan elektrolisis. Faktanya, masalahnya jauh lebih rumit. Artikel kami memiliki 2 tujuan:
- untuk menganalisis pertanyaan tentang cara membuat generator hidrogen dengan biaya minimal;
- pertimbangkan untuk menggunakan generator hidrogen untuk memanaskan rumah pribadi, mengisi bahan bakar mobil, dan sebagai mesin las.
Bagian teoretis singkat
Hidrogen, alias hidrogen, elemen pertama dari tabel periodik, adalah zat gas paling ringan dengan aktivitas kimia tinggi. Selama oksidasi (yaitu pembakaran), ia memancarkan panas dalam jumlah besar, membentuk air biasa. Kami mengkarakterisasi sifat-sifat elemen, merancang mereka dalam bentuk tesis:
- Pembakaran hidrogen adalah proses yang ramah lingkungan, tidak ada zat berbahaya yang dilepaskan.
- Karena aktivitas kimianya, gas bebas tidak terjadi di Bumi. Tetapi dalam komposisi air, cadangannya tidak pernah habis.
- Unsur tersebut ditambang dalam produksi industri dengan metode kimia, misalnya, dalam proses gasifikasi (pirolisis) batubara. Seringkali merupakan produk sampingan.
- Cara lain untuk mendapatkan gas hidrogen adalah elektrolisis air dengan adanya katalis - platinum dan paduan mahal lainnya.
- Campuran sederhana gas-gas hidrogen + oksigen (oksigen) meledak dari percikan sekecil apapun, secara instan melepaskan sejumlah besar energi.
Sebagai referensi. Para ilmuwan yang pertama-tama memisahkan molekul air menjadi hidrogen dan oksigen disebut gas campuran karena kecenderungannya meledak. Selanjutnya, ia menerima nama gas Brown (dengan nama penemu) dan ditunjuk oleh formula hipotetis LSM.
Dari uraian di atas, kesimpulan berikut menunjukkan dirinya: 2 atom hidrogen mudah bergabung dengan 1 atom oksigen, tetapi mereka sangat enggan untuk berpisah. Reaksi oksidasi kimia berlangsung dengan pelepasan langsung energi termal sesuai dengan rumus:
2 jam2 + O2 → 2H2O + Q (energi)
Di sinilah letak poin penting yang akan berguna bagi kita dalam analisis penerbangan lebih lanjut: hidrogen masuk ke dalam reaksi spontan dari pengapian, dan panas dilepaskan secara langsung. Untuk memisahkan molekul air, energi harus dihabiskan:
2 jam2O → 2H2 + O2 - Q
Ini adalah formula reaksi elektrolitik yang mencirikan proses pemisahan air dengan memasok listrik. Cara mempraktikkannya dan membuat generator hidrogen dengan tangan Anda sendiri, kami akan pertimbangkan lebih lanjut.
Pembuatan prototipe
Untuk membuat Anda memahami apa yang Anda hadapi, pertama-tama kami sarankan untuk merakit generator hidrogen paling sederhana dengan biaya terendah. Desain instalasi buatan sendiri ditunjukkan pada diagram.
Apa yang dimaksud dengan electrolyzer primitif adalah:
- reaktor - wadah kaca atau plastik dengan dinding tebal;
- elektroda logam direndam dalam reaktor dengan air dan terhubung ke sumber daya;
- tangki kedua bertindak sebagai rana air;
- Pipa knalpot gas HHO.
Poin penting. Pabrik hidrogen elektrolitik hanya beroperasi pada arus searah. Karena itu, gunakan adaptor AC, charger mobil, atau baterai sebagai sumber listrik. Alternator tidak akan berfungsi.
Prinsip pengoperasian electrolyzer adalah sebagai berikut:
- Dua elektroda yang direndam dalam air disuplai dengan voltase, lebih disukai dari sumber yang dapat disesuaikan.Untuk meningkatkan reaksi, sedikit alkali atau asam ditambahkan ke wadah (di rumah - garam biasa).
- Sebagai hasil dari reaksi elektrolisis, hidrogen akan dilepaskan dari sisi katoda yang terhubung ke terminal "minus", dan oksigen akan dihasilkan di dekat anoda.
- Pencampuran, kedua gas melalui tabung memasuki perangkap air yang melakukan 2 fungsi: memisahkan uap air dan mencegah kilatan di reaktor.
- Dari tangki kedua, gas ledakan NNO diumpankan ke pembakar, di mana ia dibakar untuk membentuk air.
Untuk membuat desain generator yang diperlihatkan dalam diagram dengan tangan Anda sendiri, Anda akan membutuhkan 2 botol kaca dengan leher dan tutup lebar, pipet medis dan 2 lusin sekrup. Seperangkat materi lengkap ditampilkan di foto.
Dari alat khusus, diperlukan lem untuk menyegel penutup plastik. Prosedur pembuatannya sederhana:
- Putar tongkat kayu pipih dengan sekrup penyadap sendiri, letakkan ujungnya ke arah yang berbeda. Solder kepala sekrup bersama-sama dan sambungkan kabel - dapatkan elektroda masa depan.
- Buat lubang di sampulnya, masukkan case cutper dan kabel di sana, lalu tutup kedua sisinya dengan lem.
- Masukkan elektroda ke dalam botol dan pasang tutupnya.
- Di tutup kedua, bor 2 lubang, masukkan tabung penetes dan sekrup ke botol diisi dengan air biasa.
Untuk memulai generator hidrogen, tuangkan air asin ke dalam reaktor dan nyalakan sumber listrik. Permulaan reaksi ditandai dengan munculnya gelembung gas di kedua wadah. Sesuaikan voltase ke nilai optimal dan nyalakan gas Brown yang keluar dari jarum penetes.
Tentang sel hidrogen Meyer
Jika Anda membuat dan menguji desain yang dijelaskan di atas, maka dengan membakar api di ujung jarum Anda mungkin memperhatikan bahwa kinerja pemasangannya sangat rendah. Untuk mendapatkan gas yang lebih eksplosif, Anda perlu membuat perangkat yang lebih serius, yang disebut sel Stanley Meyer untuk menghormati penemunya.
Prinsip operasi sel juga didasarkan pada elektrolisis, hanya anoda dan katoda dibuat dalam bentuk tabung yang dimasukkan satu sama lain. Tegangan dipasok dari generator pulsa melalui dua kumparan resonansi, yang memungkinkan untuk mengurangi konsumsi arus dan meningkatkan produktivitas generator hidrogen. Sirkuit elektronik perangkat ditunjukkan pada gambar:
Catatan. Rincian tentang operasi skema dijelaskan pada sumber daya http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
Untuk membuat sel Meyer, Anda perlu:
- kasing silindris yang terbuat dari plastik atau kaca akrilik; pengrajin sering menggunakan saringan air dengan penutup dan nozel;
- tabung stainless steel dengan diameter 15 dan 20 mm, panjang 97 mm;
- kabel, isolator.
Tabung tahan korosi melekat pada dasar dielektrik, kabel yang terhubung ke generator disolder kepada mereka. Sel terdiri dari 9 atau 11 tabung ditempatkan dalam wadah plastik atau kaca, seperti yang ditunjukkan dalam foto.
Elemen-elemen terhubung sesuai dengan semua skema yang dikenal di Internet, yang meliputi unit elektronik, sel Meyer dan kunci air (nama teknis adalah bubbler). Untuk alasan keamanan, sistem ini dilengkapi dengan sensor untuk tekanan kritis dan ketinggian air. Menurut ulasan pengrajin rumah tangga, instalasi hidrogen seperti ini mengkonsumsi arus sekitar 1 ampere pada tegangan 12 V dan memiliki kinerja yang memadai, meskipun tidak ada angka pasti.
Reaktor Plat
Generator hidrogen berkinerja tinggi yang mampu memastikan operasi pembakar gas terbuat dari pelat stainless berukuran 15 x 10 cm, jumlahnya 30 hingga 70 pcs. Lubang-lubang untuk stud yang mengencangkan dibor di dalamnya, dan terminal untuk menghubungkan kawat terputus di sudut.
Selain lembaran logam grade 316, Anda harus membeli:
- Karet setebal 4 mm tahan terhadap alkali;
- pelat ujung yang terbuat dari plexiglass atau textolite;
- batang pengikat M10-14;
- periksa katup untuk peralatan pengelasan gas;
- filter air di bawah hydrolock;
- menghubungkan pipa dari baja stainless bergelombang;
- kalium hidroksida dalam bentuk bubuk.
Pelat harus dirakit menjadi satu unit, diisolasi dari satu sama lain dengan gasket karet dengan tengah memotong, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Tarik reaktor yang dihasilkan erat dengan stud dan sambungkan ke nozel elektrolit. Yang terakhir ini berasal dari wadah terpisah yang dilengkapi dengan katup penutup dan penutup.
Catatan. Kami memberi tahu cara membuat electrolyzer tipe kering (kering). Lebih mudah membuat reaktor dengan pelat imersi - Anda tidak perlu meletakkan gasket karet, dan unit yang dirakit diturunkan ke dalam wadah tertutup dengan elektrolit.
Perakitan selanjutnya dari generator penghasil hidrogen dilakukan dengan cara yang sama, tetapi dengan perbedaan:
- Pada selubung peralatan terpasang tangki untuk persiapan elektrolit. Yang terakhir adalah larutan 7-15% kalium hidroksida dalam air.
- Alih-alih air, deoxidizer yang disebut - aseton atau pelarut anorganik - dituangkan ke dalam "bubbler".
- Katup periksa harus ditempatkan di depan pembakar, jika tidak, ketika pembakar hidrogen dimatikan dengan lancar, pukulan terbalik akan mematahkan selang dan "bubbler".
Apakah menguntungkan mendapatkan hidrogen di rumah
Jawaban untuk pertanyaan ini tergantung pada ruang lingkup campuran oksigen-hidrogen. Semua gambar dan diagram yang diterbitkan oleh berbagai sumber daya online dirancang untuk menghasilkan gas HHO untuk tujuan berikut:
- gunakan hidrogen sebagai bahan bakar untuk mobil;
- tanpa asap membakar hidrogen dalam memanaskan boiler dan kompor;
- berlaku untuk pengelasan gas.
Masalah utama yang melintasi semua keunggulan bahan bakar hidrogen: biaya listrik untuk melepaskan materi murni melebihi jumlah energi yang diterima dari pembakarannya. Apa pun yang diklaim oleh para penganut teori utopia, efisiensi maksimum dari elektroliser mencapai 50%. Ini berarti bahwa 1 kW panas mengkonsumsi listrik 2 kW. Manfaatnya nol, bahkan negatif.
Ingatlah bahwa kami menulis di bagian pertama. Hidrogen adalah elemen yang sangat aktif dan bereaksi dengan oksigen sendiri, menghasilkan banyak panas. Mencoba memisahkan molekul air yang stabil, kita tidak dapat membawa energi langsung ke atom. Pemisahan dilakukan oleh listrik, setengahnya dihamburkan dengan memanaskan elektroda, air, belitan transformator dan sebagainya.
Informasi latar belakang penting. Panas spesifik dari pembakaran hidrogen tiga kali lebih tinggi dari metana, tetapi - menurut massa. Jika kita membandingkannya dengan volume, maka ketika membakar 1 m³ hidrogen, hanya 3,6 kW energi panas yang akan dilepaskan dibandingkan dengan 11 kW untuk metana. Bagaimanapun, hidrogen adalah unsur kimia paling ringan.
Sekarang pertimbangkan gas peledak yang diperoleh dengan elektrolisis dalam generator hidrogen buatan sendiri, sebagai bahan bakar untuk kebutuhan di atas:
- Harga pemasangan akhir, produktivitas rendah dan efisiensi membuatnya sangat tidak menguntungkan untuk membakar hidrogen untuk memanaskan rumah pribadi. Lebih mudah untuk menempatkan salah satu boiler listrik - SEPULUH, induksi atau elektroda - daripada untuk "angin" meter dengan elektroliser.
- Untuk mengganti 1 liter bensin untuk mobil, diperlukan 4.766 liter hidrogen murni atau 7.150 liter gas detonasi, sepertiganya adalah oksigen. Penemu paling buruk di Internet belum membuat electrolyzer yang mampu memberikan kinerja serupa.
- Alat pengelasan gas yang membakar hidrogen lebih kompak dan lebih ringan daripada silinder dengan asetilena, propana dan oksigen. Plus, suhu nyala hingga 3000 ° C memungkinkan Anda untuk bekerja dengan logam apa pun, biaya untuk mendapatkan bahan bakar di sini tidak memainkan peran khusus.
Sebagai referensi. Untuk membakar hidrogen dalam boiler, Anda harus mendesain ulang struktur secara menyeluruh, karena pembakar hidrogen dapat melelehkan baja apa pun.
Kesimpulan
Hidrogen dalam komposisi gas LSM yang diperoleh dari generator hidrogen buatan sendiri berguna untuk dua tujuan: percobaan dan pengelasan gas.Sekalipun kita membuang efisiensi rendah dari elektroliser dan biaya pemasangannya bersama dengan listrik yang dikonsumsi, tidak ada cukup produktivitas untuk memanaskan gedung. Ini juga berlaku untuk mesin bensin mobil penumpang.