La hausse du prix des ressources énergétiques stimule la recherche de types de combustibles plus efficaces et moins chers, y compris au niveau des ménages. La plupart des artisans passionnés sont attirés par l'hydrogène, dont le pouvoir calorifique est trois fois supérieur au méthane (38,8 kW contre 13,8 avec 1 kg de substance). La méthode d'extraction à la maison, semble-t-il, est connue - le fractionnement de l'eau par électrolyse. En fait, le problème est beaucoup plus compliqué. Notre article a 2 objectifs:
- analyser la question de savoir comment fabriquer un générateur d'hydrogène avec des coûts minimaux;
- envisagez d'utiliser un générateur d'hydrogène pour chauffer une maison privée, faire le plein d'une voiture et comme machine à souder.
Brève partie théorique
L'hydrogène, ou hydrogène, le premier élément du tableau périodique, est la substance gazeuse la plus légère à forte activité chimique. Pendant l'oxydation (c'est-à-dire la combustion), il émet une énorme quantité de chaleur, formant de l'eau ordinaire. Nous caractérisons les propriétés de l'élément, en les concevant sous forme de thèses:
- La combustion de l'hydrogène est un processus respectueux de l'environnement, aucune substance nocive n'est libérée.
- En raison de son activité chimique, le gaz libre ne se produit pas sur Terre. Mais dans la composition de l'eau, ses réserves sont inépuisables.
- L'élément est extrait en production industrielle par une méthode chimique, par exemple, dans le processus de gazéification (pyrolyse) du charbon. Souvent un sous-produit.
- Une autre façon d'obtenir de l'hydrogène gazeux est l'électrolyse de l'eau en présence de catalyseurs - le platine et d'autres alliages coûteux.
- Un simple mélange de gaz hydrogène + oxygène (oxygène) explose dès la moindre étincelle, libérant instantanément une grande quantité d'énergie.
Pour référence. Les scientifiques qui ont d'abord séparé la molécule d'eau en hydrogène et oxygène ont appelé le mélange de gaz explosif en raison de sa tendance à exploser. Par la suite, il a reçu le nom de Brown's gas (du nom de l'inventeur) et est devenu désigné par la formule hypothétique des ONG.
De ce qui précède, la conclusion suivante se suggère: 2 atomes d'hydrogène se combinent facilement avec 1 atome d'oxygène, mais ils sont très réticents à se séparer. La réaction d'oxydation chimique se déroule avec la libération directe d'énergie thermique selon la formule:
2H2 + O2 → 2H2O + Q (énergie)
C'est là un point important qui nous sera utile dans l'analyse approfondie des vols: l'hydrogène entre en réaction spontanément à partir de l'inflammation, et la chaleur est libérée directement. Pour séparer une molécule d'eau, il faudra dépenser de l'énergie:
2H2O → 2H2 + O2 - Q
Il s'agit d'une formule de réaction électrolytique qui caractérise le processus de fractionnement de l'eau en fournissant de l'électricité. Comment mettre cela en pratique et fabriquer un générateur d'hydrogène de vos propres mains, nous réfléchirons plus loin.
Création de prototypes
Pour vous faire comprendre à quoi vous avez affaire, nous vous suggérons d'abord d'assembler le générateur d'hydrogène le plus simple à un coût minimal. La conception d'une installation maison est illustrée dans le schéma.
En quoi consiste un électrolyseur primitif:
- réacteur - récipient en verre ou en plastique à parois épaisses;
- électrodes métalliques immergées dans un réacteur avec de l'eau et connectées à une source d'alimentation;
- le deuxième réservoir agit comme un obturateur d'eau;
- Tuyaux d'échappement de gaz HHO.
Un point important. L'usine d'hydrogène électrolytique fonctionne uniquement en courant continu. Par conséquent, utilisez l'adaptateur secteur, le chargeur de voiture ou la batterie comme source d'alimentation. Un alternateur ne fonctionnera pas.
Le principe de fonctionnement de l'électrolyseur est le suivant:
- Deux électrodes immergées dans l'eau sont alimentées en tension, de préférence à partir d'une source réglable.Pour améliorer la réaction, un peu d'alcali ou d'acide est ajouté au récipient (à la maison - sel ordinaire).
- À la suite de la réaction d'électrolyse, de l'hydrogène sera libéré du côté de la cathode connecté à la borne «moins» et de l'oxygène sera généré près de l'anode.
- En mélangeant, les deux gaz à travers un tube pénètrent dans un piège à eau qui remplit 2 fonctions: séparer la vapeur d'eau et empêcher un flash dans le réacteur.
- Du deuxième réservoir, le gaz explosif de NNO est envoyé au brûleur, où il est brûlé pour former de l'eau.
Pour réaliser de vos propres mains la conception du générateur illustrée dans le schéma, vous aurez besoin de 2 bouteilles en verre à col et capuchons larges, un compte-gouttes médical et 2 douzaines de vis. Un ensemble complet de matériaux est montré sur la photo.
Parmi les outils spéciaux, un pistolet à colle est nécessaire pour sceller les couvercles en plastique. La procédure de fabrication est simple:
- Tordez les bâtons plats en bois avec des vis autotaraudeuses, en plaçant leurs extrémités dans des directions différentes. Soudez les têtes de vis ensemble et connectez les fils - obtenez les futures électrodes.
- Faire un trou dans le couvercle, y insérer le boîtier découpé du compte-gouttes et des fils, puis sceller des deux côtés avec un pistolet à colle.
- Placer les électrodes dans la bouteille et visser le bouchon.
- Dans le deuxième capuchon, percez 2 trous, insérez les tubes compte-gouttes et vissez sur une bouteille remplie d'eau plate.
Pour démarrer le générateur d'hydrogène, versez de l'eau salée dans le réacteur et allumez la source d'alimentation. Le début de la réaction est marqué par l'apparition de bulles de gaz dans les deux conteneurs. Réglez la tension à la valeur optimale et mettez le feu au gaz brun sortant de l'aiguille du compte-gouttes.
À propos de la cellule d'hydrogène Meyer
Si vous avez réalisé et testé la conception décrite ci-dessus, alors en brûlant la flamme au bout de l'aiguille, vous avez probablement remarqué que les performances d'installation sont extrêmement faibles. Pour obtenir plus de gaz explosif, vous devez fabriquer un appareil plus sérieux, appelé la cellule Stanley Meyer en l'honneur de l'inventeur.
Le principe de fonctionnement de la cellule est également basé sur l'électrolyse, seules l'anode et la cathode sont réalisées sous forme de tubes insérés l'un dans l'autre. La tension est fournie par le générateur d'impulsions via deux bobines résonantes, ce qui permet de réduire la consommation de courant et d'augmenter la productivité du générateur d'hydrogène. Le circuit électronique de l'appareil est représenté sur la figure:
Remarque. Les détails sur le fonctionnement du système sont décrits sur la ressource http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
Pour fabriquer une cellule Meyer, vous aurez besoin de:
- un boîtier cylindrique en plastique ou en plexiglas; les artisans utilisent souvent un filtre à eau avec un couvercle et des buses;
- tubes en acier inoxydable d'un diamètre de 15 et 20 mm, longueur 97 mm;
- fils, isolateurs.
Des tubes résistant à la corrosion sont fixés à la base du diélectrique, les fils connectés au générateur y sont soudés. La cellule se compose de 9 ou 11 tubes placés dans un boîtier en plastique ou en plexiglas, comme indiqué sur la photo.
Les éléments sont connectés selon tous les schémas connus sur Internet, qui comprennent une unité électronique, une cellule Meyer et un sas à eau (le nom technique est le bulleur). Pour des raisons de sécurité, le système est équipé de capteurs de pression critique et de niveau d'eau. Selon les avis des artisans amateurs, une telle installation à hydrogène consomme un courant de l'ordre de 1 ampère à une tension de 12 V et présente des performances suffisantes, bien que les chiffres exacts ne soient pas disponibles.
Réacteur à plaques
Un générateur d'hydrogène haute performance capable d'assurer le fonctionnement d'un brûleur à gaz est composé de plaques inox mesurant 15 x 10 cm, le nombre est de 30 à 70 pcs. Des trous sont percés sous eux pour serrer les goujons, et une borne est coupée dans le coin pour connecter le fil.
En plus de la tôle de grade 316, vous devrez acheter:
- Caoutchouc de 4 mm d'épaisseur résistant aux alcalis;
- plaques d'extrémité en plexiglas ou textolite;
- tirants M10-14;
- clapet anti-retour pour appareils de soudage au gaz;
- filtre à eau sous un hydrolock;
- tuyaux de raccordement en acier inoxydable ondulé;
- hydroxyde de potassium sous forme de poudre.
Les plaques doivent être assemblées en un seul bloc, isolées les unes des autres avec des joints en caoutchouc avec une découpe centrale, comme indiqué sur le dessin. Tirez fermement sur le réacteur résultant avec des goujons et connectez-le aux buses d'électrolyte. Ce dernier provient d'un conteneur séparé équipé d'un couvercle et de vannes d'arrêt.
Remarque. Nous expliquons comment réaliser un électrolyseur à flux (sec). Il est plus facile de fabriquer un réacteur avec des plaques d'immersion - vous n'avez pas besoin de mettre des joints en caoutchouc et l'unité assemblée est abaissée dans un récipient scellé avec de l'électrolyte.
L'assemblage ultérieur d'un générateur produisant de l'hydrogène est effectué de la même manière, mais avec des différences:
- Sur le boîtier de l'appareil est fixé un réservoir pour la préparation de l'électrolyte. Ce dernier est une solution d'hydroxyde de potassium à 7-15% dans l'eau.
- Au lieu de l'eau, un soi-disant désoxydant - acétone ou solvant inorganique - est versé dans le «barboteur».
- Un clapet anti-retour doit être placé devant le brûleur, sinon, lorsque le brûleur à hydrogène est éteint sans à-coup, un coup inversé cassera les tuyaux et le «bulleur».
Est-il rentable d'avoir de l'hydrogène à la maison
La réponse à cette question dépend de l'étendue du mélange oxygène-hydrogène. Tous les dessins et diagrammes publiés par diverses ressources en ligne sont conçus pour produire du gaz HHO aux fins suivantes:
- utiliser l'hydrogène comme carburant pour les voitures;
- brûler sans fumée de l'hydrogène dans les chaudières et les poêles de chauffage;
- appliquer pour le soudage au gaz.
Le principal problème qui traverse tous les avantages du carburant hydrogène: le coût de l'électricité pour le dégagement de matière pure dépasse la quantité d'énergie reçue de sa combustion. Quelles que soient les affirmations des adeptes des théories utopiques, l'efficacité maximale de l'électrolyseur atteint 50%. Cela signifie que 1 kW de chaleur a consommé 2 kW d'électricité. L'avantage est nul, voire négatif.
Rappelons que nous avons écrit dans la première section. L'hydrogène est un élément très actif et réagit seul avec l'oxygène, générant beaucoup de chaleur. En essayant de séparer une molécule d'eau stable, nous ne pouvons pas apporter d'énergie directement aux atomes. Le fractionnement est effectué par l'électricité, dont la moitié est dissipée par le chauffage des électrodes, de l'eau, des enroulements des transformateurs, etc.
Informations générales importantes. La chaleur spécifique de la combustion de l'hydrogène est trois fois plus élevée que celle du méthane, mais - en masse. Si nous les comparons en volume, alors lors de la combustion de 1 m³ d'hydrogène, seulement 3,6 kW d'énergie thermique seront libérés, contre 11 kW pour le méthane. Après tout, l'hydrogène est l'élément chimique le plus léger.
Considérez maintenant le gaz explosif obtenu par électrolyse dans un générateur d'hydrogène fait maison, comme carburant pour les besoins ci-dessus:
- Le prix d'installation final, la faible productivité et l'efficacité rendent extrêmement peu rentable la combustion d'hydrogène pour chauffer une maison privée. Il est plus facile d'installer n'importe quelle chaudière électrique - TEN, induction ou électrode - que d'enrouler le compteur avec un électrolyseur.
- Pour remplacer 1 litre d'essence pour une voiture, 4 766 litres d'hydrogène pur ou 7 150 litres de gaz détonant seront nécessaires, dont un tiers d'oxygène. L'inventeur le plus moche sur Internet n'a pas encore fabriqué d'électrolyseur capable de fournir des performances similaires.
- Un appareil de soudage au gaz qui brûle de l'hydrogène est plus compact et plus léger que les bouteilles contenant de l'acétylène, du propane et de l'oxygène. De plus, la température de la flamme jusqu'à 3000 ° C vous permet de travailler avec tous les métaux, le coût d'obtention du carburant ici ne joue pas un rôle particulier.
Pour référence. Pour brûler de l'hydrogène dans une chaudière, vous devrez repenser complètement la structure, car un brûleur à hydrogène peut faire fondre n'importe quel acier.
Conclusion
L'hydrogène dans la composition du gaz des ONG obtenu à partir d'un générateur d'hydrogène fait maison est utile à deux fins: les expériences et le soudage au gaz.Même si nous éliminons la faible efficacité de l'électrolyseur et les coûts de son assemblage avec l'électricité consommée, la productivité n'est tout simplement pas suffisante pour chauffer le bâtiment. Cela s'applique également au moteur à essence d'une voiture de tourisme.