Генератор водорода своими руками — поэтика мифа и проза реальности / Схемы / Водоснабжение и отопление / Публикации / Санитарно-технические работы
Ракета мчит космический корабль в просторы Вселенной. Неимоверную мощь двигателей верхней её ступени питает сжиженное топливо: водород и кислород. Водород (Hydrogenium) не уступает по теплотворности природному газу, для работы на нём с минимальной переделкой подходят все существующие бензиновые ДВС и газовые котлы отопления. h3 — единственный известный науке абсолютно чистый вид топлива. В процессе горения образуется соединение с кислородом — прозрачная, как слеза, дистиллированная водица. Запасы водорода во Вселенной неисчерпаемы, этот чудесный газ вместе с гелием является основным строительным материалом мироздания.
Содержание
- Краткая история водородной энергетики
- Общее устройство электролитического генератора водорода
- Закон сохранения энергии
- Перспективы водородной энергетики
- Отечественный опыт строительства водородных генераторов в домашних условиях
- Выводы
Даже организм человека на 63% состоит из молекул водорода.
Он окружает нас со всех сторон: протяни руки — и они полны гидрогениума. Больше всего h3 содержится в океанах, морях и реках. Одна беда: в свободном состоянии на Земле находится лишь ничтожная его часть, добыча в чистом виде невозможна. Небольшой процент h3 содержит биогаз, сепарацией его не занимаются, предпочитая сжигать вместе с метаном. Однако существует ряд технологий, позволяющих получать чистый водород из различных химических соединений. Наиболее перспективным является метод электролиза, сырьём служит вода.
В последнее время интернет заполонила коммерческая реклама недешёвых реакторов (генераторов) водорода, а сайты для домашних умельцев охотно клонируют статьи о том, как сделать водородный генератор для отопления своими руками.
Краткая история водородной энергетики
О выделении горючего газа при взаимодействии кислот и металлов известно было ещё средневековым алхимикам. Но только в 1783 году Лавуазье и Меньё смогли превратить эмпирические знания в прибор по получению «горючего воздуха» из воды.
С тех пор не прекращаются научные исследования и попытки построить эффективный водородный генератор для отопления или автомобиля, который сделал бы водородную энергетику рентабельной.
На сегодняшний день нет никаких проблем в переходе энергетики и транспорта на водородное топливо, производители готовы сделать это хоть завтра. В 2008 году авиастроительная компания Airbus подтвердила свою готовность перейти с авиакеросина на h3, проведя испытательный полёт на модели A320. Первый серийный водородомобиль HondaFCX уже колесит по дорогам Японии. Тем не менее, в общей массе мировой энергетики это капля в море. Для массового развития водородной энергетики не хватает главного — дешёвого чистого h3. «Халявный» Hydrogenium получают лишь в качестве побочного продукта некоторых химических производств, именно на таком топливе работает на предприятии «Саянскхимпласт» с 2005 года первая и пока единственная в России «водородная» котельная. Активно работает в России с 2006 года «Институт водородной экономики», издавший уже более 60 томов научных исследований.
Не ограничиваются научными трудами более предприимчивые зарубежные компании, в научно-технические разработки по генерации чистого водорода вкладывают миллиарды долларов.
Вода расходуется, её уровень следует поддерживать постоянно и если делать это не вручную, понадобится система автоматической подпитки. Наконец, чтобы электролиз проходил с достаточной интенсивностью, вода должна содержать достаточное количество растворённых солей, в мягкой воде реакция будет слабой, а в дистиллированной вовсе отсутствовать. Значит, наливать воду из крана нельзя: её придётся готовить (самый простой вариант — столовая ложка гидроксида натрия на 10 л воды), а это дополнительные резервуары, трубопроводы и т.д.
На рисунке показана схема генератора водорода для автомобиля, но разница с устройством для отопления лишь в том, что потребителем газа являются не форсунки двигателя, а горелка котлаНо и это не всё. Теплогенератор (котёл) потребляет топливо неравномерно, к тому же требует определённого его давления и влажности.
Чтобы система реактор топлива + генератор тепла работали взаимосвязано и чётко, hydrogenium должен поступать сначала в осушитель, потом компрессор, который будет закачивать его в хранилище, где с помощью дополнительной автоматики должно поддерживаться требуемое давление.
Закон сохранения энергии
Всё в природе взаимосвязано. Если куда-то что-то прибыло, значит, откуда-то убыло. Эта народная мудрость упрощённо, но в целом верно описывает закон сохранения энергии. Водород, сгорая, выделяет тепловую энергию. Но, чтобы получить газ методом электролиза, придётся затратить некоторое количество электроэнергии. Которая, в свою очередь, по большей части получается за счёт генерации тепла при сжигании других видов топлива. И если брать чистую тепловую энергию, необходимую для получения электричества и ту энергию, которую даст при сгорании водород, даже на самых продвинутых установках получаются двукратные потери. Половину денег мы буквально выбрасываем. И это только эксплуатационные затраты, но ведь следует учесть и стоимость весьма недешёвого оборудования.
По данным исследовательской лаборатории INEEL, на промышленных генераторах водорода США себестоимость одного килограмма водорода составила:
- Электролиз от промышленной электросети — 6,5 usd.
- Электролиз от ветрогенераторов — 9 usd.
- Фотоэлектролиз от солярных устройств — 20 usd.
- Производство из биомассы — 5,5 usd.
- Конверсия природного газа и угля — 2,5 usd.
- Высокотемпературный электролиз на атомных электростанциях — 2,3 usd. Это наименее дорогой способ и наиболее далёкий от домашних условий.
Причём, даже самый лучший генератор водорода в домашних условиях будет заметно уступать промышленному в эффективности. С такими ценами нет никаких оснований говорить о сколь-нибудь серьёзной конкуренции водородного топлива по сравнению не только с дешёвым природным газом, но и с дорогим электроотоплением, дизельным топливом и даже тепловыми насосами.
Перспективы водородной энергетики
Есть ли реальные пути серьёзного снижения себестоимости чистого Hydrogenium? Конечно. Это, в первую очередь, получение дешёвого электричества из возобновляемых источников. Во-вторых, применение более совершенных химических катализаторов процесса. Они, кстати, давно известны и применяются в автомобильных топливных водородных ячейках. Но опять всё упирается в слишком большую их стоимость.
Реально полезное применение альтернативной энергетики: серийное газосварочное устройство со встроенным водородным реактором. В данном случае стоимость газа не имеет решающего значения, для сварщика имеет значение то, что вместо неудобных в транспортировке баллона и сварочника он имеет один относительно небольшой и лёгкий ящикНаука идёт вперёд, техника совершенствуется. Когда-нибудь нефть закончится и человечеству придётся перейти на иные источники энергии. Пока же можно с уверенностью сказать — водородная энергетика убыточна (за исключением тех случаев, когда горючий газ является побочным продуктов технологических процессов), а программы развития водородного транспорта возможны только благодаря государственным и корпоративным программам поддержки альтернативной энергетики.
Отечественный опыт строительства водородных генераторов в домашних условиях
А что у нас, в среде отечественных «кулибиных»? Интернет-форумы полны споров о возможности постройки генератора водорода своими руками. Адепты гидрогениума тычут в глаза скептикам фотками самогонных аппаратов, переделанных в установки по производству чистого топлива. Скептики: покажите конкретный пример постоянно работающего устройства. В ответ — тишина. Кто-то что-то собрал, подключил к кухонной плите, пожарил на водороде яичницу, съел. Теперь вот стоит в сарае, а к плите опять подключен газ, это проще, дешевле, безопаснее. Правда, умные люди всё же извлекают из «диванной» гидрогениумной энергетики пользу: завлекательные посты обеспечивают владельцев аккаунтов лайками, большим числом просмотров и подписчиков, что приносит неплохие деньги.
Если кто-то из читателей хочет повторить опыт гаражных мастеров, то, пожалуйста, вот достаточно подробное описание конструкции «самопального» водородного реактора. Ничего сложного.
В этом ролике нам красиво показывают, как мелкосерийное отечественное устройство обслуживает два десятка радиаторов, но не называют ни его тепловую мощность, ни себестоимость килокалории тепла.
Выводы
Сегодня сложно сказать, какая из перспективных энергетических технологий «выстрелит» в будущем, когда запасы углеводородов иссякнут. Будет ли это термоядерный синтез, солярные или гравитационные системы, водородная энергетика? Пока что идёт эволюционное развитие перспективных направлений и революционных прорывов в ближайшее время в этой области не предвидится, о чём бы ни писал «жёлтый» интернет.
По оценке специалистов, появление электролизных реакторов водорода, которые могли бы составить реальную конкуренцию традиционным видам топлива, ожидается не ранее, чем через лет 20-30. Многие эксперты вообще скептически оценивают перспективы водородной энергетики, оставляя этому виду топлива лишь узкую нишу в ракетостроении. Но все, кто занимается этим делом профессионально, сходятся на том, что действительно эффективные водородные реакторы будут продуктом высоких технологий, а не «приспособами», собранными из старых кастрюль и других ненужных железок на коленке.
Ядерный реактор – дома с нуля / Хабр
Некоторое время назад я публиковал статью о самодельных микропроцессорах, сегодня же мы затронем более сложную и щекотливую тему (особенно в свете событий на Фокусиме) – создание ядерного реактора, способного генерировать энергию в домашних условиях. И перед тем как вы начнете волноваться, вспоминая о негативных опытах в прошлом (см. Радиоактивный бойскаут – наковырявший прилично амерция-241 из детекторов дыма) заранее скажу, что все что описано в этой статье – относительно безопасно (по крайней мере не опаснее работы с фтороводородной кислотой дома), но крайне не рекомендуется к повторению.
Перед любыми действиями проконсультируйтесь со своим адвокатом — законы разные в разных странах. Много кто уже сидит.
Какие у нас есть пути создания домашнего ядерного реактора?
Термоядерная реакция
Тяжелый водород (дейтрий) относительно несложно получить и в домашних условиях — всего то нужен многостадийный электролиз обычной воды. Но вот с реактором до сих проблемы даже у ученых, и не первый десяток лет (и это не учитывая, что дейтрий — далеко не самое легкое в использовании термоядерное топливо)
Ядерная реакция деления
В простейшем случае — нужен просто природный уран без обогащения и немного воды (хехе, «Просто добавь воды»: вода — и замедлитель, и отражатель нейтронов). Проблема в том, что надо этого добра сотни тонн, и за вами точно придет доктор, даже если вы 0.1 грамма попробуете найти / купить / унести.
Тут в унынии нам остается обратить взоры в небо, и посмотреть на чем летают межпланетные корабли — там просто кусок радиоактивного материала, который за счет естественного распада нагревается, и элементами пельтье получают энергию.
Попробуем подумать в этом направлении: Есть 3 основных вида радиоактивного распада:
Гамма-распад
Источники гамма излучения широко используются в медицине и промышленности, в основном на основе Кобальта-60/Цезия-137 (печально известного по ядерным катастрофам). Проблема в том, что излучение их очень жесткое, крайне опасное, и от него и сантиметром свинца не защититься (см. веселое свечение Вавилова-Черенкова справа — выбитые гамма-квантами электроны, движущиеся в воде со сверхсветовой скоростью излучают энергию в видимом диапазоне). Так что обходим их стороной как можно дальше. Ну и кроме того, за нелегальную сбыт/покупку гамма-источников каждый год садится куча людей
Справедливости ради стоит заметить, что гамма-квант в данных случаях выделяется не непосредственно, а в результате распада одного из дочерних короткоживущих элементов.Альфа-распад
Источники альфа-излучения активно применяются в детекторах дыма, для облегчения зажигания искры, в некоторых радиолампах. Один из наиболее известных — упомянутый в начале Америций-241. От альфа-излучения легко защититься даже листком бумаги, но с ними другая опасность: они чрезвычайно опасны если их вдохнуть/проглотить. См. миф об отравлении Кровавой Гэбней Литвиненко. Кроме того, наковырять количества больше микрограммов нереально, потому о термоэлектрических генераторах придется забыть. А жаль — ведь на основе альфа-распада работают наиболее эффективные генераторы энергии. Самый лучший — Плутоний-238 (Не путать с 239) — отдает 0.5 Ватта тепла на 1 грамм массы, полураспад 87 лет (цена — 1 мегабакс за кило).
Бета-распад
Источники мягкого бета-излучения (в сущности, электроны/позитроны) умеренно хорошо экранируются, и обладают чертовски полезным качеством: при попадании электрона в люминофор можно вызвать его свечение.
Ну и как побочный эффект — в большинстве стран мира «безопасные» бета-излучатели достаточно легальны. Чем и пользуются изготовители всяких светящихся брелков, как на первой фотографии. Пожалуй, на основе бэта-распада мы и будем строить свой ядерный реактор.
Основа нашего реактора — капсула с тритием, с небезызвестного сайта DealExtreme — www.dealextreme.com/p/mini-tritium-glowring-keychain-10-year-green-glow-6830. 9.7$. Формально радиоактивные материалы так просто почтой слать нельзя, но DealExtreme про это видимо не знает.
О безопасности
Мягкое бета-излучение за пределы капсулы выйти не может, гелий не радиоактивен. Проблема может быть лишь в случае повреждения капсулы. Если тритий вдохнуть — то заражение будет минимальным, т.к. водород напрямую организмом не усваивается. Но если он сгорит, то вода может стать частью клеток, и тогда вы получите всё облучение, которое может только выжать этот микроскопический кусочек трития. Так что, не ломайте, не сжигайте и не вдыхайте то что получилось.
Итак, Тритий — сверхтяжелый водород, период полураспада 12.32 года. На выходе имеем гелий и очень «мягкие» электроны — 6.5кЭв (+антинейтрино, для ценителей). Энергию будем собирать солнечной батареей, подавать на вход Step-Up стабилизатора MCP1640 — работает до десятых вольта на входе, на выходе — ионистор на 1 Фарад и 5В. В нашем случае нагрузкой будет красный светодиод.
Для того, чтобы собрать как можно больше света, нашу капсулу с тритием помещаем в отражатель из фольги.
Для фокусировки используем 2 линзы по 10 диоптрий, видна солнечная батарея до приклеивания, капсула не установлена.
Подключаем, выключаем свет, ждем минуту для первоначального заряда ионистора, и вот результат:
Первая электроэнергия, произведенная ядерным реактором, созданным в домашних условиях 🙂
Халява?
О нет 🙂 В среднем реактор выдает мощность около 7 милливатт (а через 12.
32 года будет 3.5 ), и хоть для светодиода этого достаточно, ноутбук от него не зарядить ) Но с другой стороны, десяток таких модулей вполне сможет держать сотовый телефон в режиме ожидания пару десятков лет 🙂 Правда цена… Капсула стоит 9.7$, солнечная батарея 5$, линзы 13.8$*2 — уже 42$ за модуль. А за десяток придется отдать 420$… С другой стороны — на сайте есть капсулы побольше — но за 35.
Комментарии/вопросы/мнения — в студию.
UPDATE: Товарищи, поднимаем перевод на английский на Reddit
http://www.reddit.com/r/technology/comments/ggg43/guys_ive_just_built_tiny_nuclear_reactor_at_home/
что такое генератор водорода
Что такое генератор водорода?
Генератор водорода — это машина, которая используется для производства водорода из воды с помощью процесса, называемого электролизом. Если давление подачи водорода из генератора достаточно высокое, это может устранить необходимость в баллонах с водородом, предоставив более безопасную и удобную альтернативу.
Как работает генератор водорода?
Генератор водорода работает, используя электричество для расщепления атомов водорода в молекуле воды на части, образующие атом кислорода. Это делается с помощью процесса, называемого электролизом, и выполняется в ячейке внутри генератора водорода. Ячейка содержит анодный катализатор и катодный катализатор, разделенные протонообменной мембраной. Ионы водорода притягиваются к катодному катализатору, а ионы кислорода притягиваются к анодному катализатору. Затем давление газообразного водорода повышается до желаемого давления и доставляется конечному пользователю.
Нужен ли мне водородный генератор или водородный баллон?
Генератор водорода подойдет всем, кто хочет начать использовать водород и не хочет размещать баллоны с водородом высокого давления в своей лаборатории или тратить время и деньги на прокладку новых газопроводов высокого давления в лабораторию из внешнего хранилища баллонов. Генератор водорода также подойдет тем, кто беспокоится о хранении больших количеств горючего газа в своей лаборатории или в их лаборатории.
Генераторы водорода часто используются для работы газовых хроматографов (ГХ), а также для подачи водорода для химических реакций.
Что искать в генераторе водорода?
Генераторы водорода бывают разных форм и размеров и часто предназначены для разных целей. Некоторые генераторы водорода были разработаны специально для работы аналитических приборов, таких как ГХ, и поэтому производят водород высокой чистоты при относительно низком давлении с очень равномерной и точной скоростью потока. Другие генераторы водорода могли быть произведены для других целей, таких как подача водорода в качестве реактивного газа для синтетической химии, и в этом случае часто предпочтительна подача газа под более высоким давлением, и пользователи не часто слишком беспокоятся о потере десятичная точка чистоты для достижения этого.
Некоторые более сложные генераторы водорода, такие как ThalesNano Energy H-Genie, имеют встроенные регуляторы массового расхода, что означает, что поток от генератора можно точно измерять, контролировать и регистрировать.
Регистрация изменений в производстве водорода во время реакции, в которой генератору предлагается поддерживать постоянное давление газа, означает, что могут быть собраны кинетические данные, и пользователь может быть уверен, что реакция завершилась.
Чем водородный генератор безопаснее баллона?
Генератор водорода не хранит внутри себя огромное количество водорода ни во время работы, ни когда он не используется. Это означает, что в случае утечки, скорее всего, вытечет лишь очень небольшое количество водорода. И наоборот, полный водородный баллон может содержать до 11 000 литров газообразного водорода; все это может быть выпущено в случае утечки. Хорошие генераторы водорода также содержат датчики для обнаружения утечек водорода и воды и прекращения производства водорода при обнаружении утечки.
Могу ли я запустить несколько устройств от одного генератора водорода?
При условии, что давление подачи и расход одинаковы для каждого из устройств, а общее потребление водорода ниже максимального расхода генератора, да.
Один генератор водорода высокого давления может удовлетворить все потребности лаборатории в водороде.
Для получения дополнительной информации о нашем ассортименте генераторов водорода и их применении, пожалуйста, свяжитесь с нами.
Как построить водородный генератор для автомобилей
Майкл Арканд
Патентный рисунок из Викисклада
Поскольку цены на топливо постоянно растут, водородная энергетика стала модным словом в альтернативных и гибридных топливных решениях для производителей автомобилей. Тем не менее, некоторые домашние энтузиасты не ждут следующего крупного прорыва в крупной корпорации по внедрению водородной энергии в свои автомобили. Многие потребители используют технологию «сделай сам» для создания собственных генераторов водорода для своих автомобилей. Эта технология доступна уже сегодня и легко может быть использована в вашем обычном бензиновом или дизельном двигателе.
Шаг 1
Наполните контейнер наполовину дистиллированной водой.
Добавьте в воду столовую ложку пищевой соды. Это поможет облегчить производство газообразного водорода (технически называемого газом Брауна или HHO).
Шаг 2
Просверлите два отверстия в крышке, чтобы вставить стальную пластину, и в крышке контейнера, чтобы вставить два болта. Стальные пластины должны располагаться близко, но не соприкасаться с внутренней стороной пластиковой крышки. Крыльчатые гайки должны находиться снаружи крышки и обеспечивать подключение питания.
Шаг 3
Просверлите одно отверстие для фитинга из ПВХ в пластиковой крышке и подсоедините гибкую пластиковую трубку к крышке. Просверлите еще одно отверстие в пластиковом корпусе воздухозаборника сразу после воздушного фильтра, между воздушным фильтром и воздухозаборником двигателя. Это позволит газу HHO «вдыхаться» двигателем с наружным воздухом непосредственно в камеры сгорания.
Шаг 4
Подсоедините две барашковые гайки к мощным силовым кабелям, которые вы отложили для этого проекта.
Они должны быть подключены к источнику постоянного тока, один к плюсу и один к минусу. Хотя они могут быть подключены непосредственно к аккумулятору, рекомендуется прокладывать положительный кабель через выключатель или блок предохранителей на приборной панели. Это позволит пользователю отключать генератор, когда автомобиль не используется.
Шаг 5
Загерметизируйте каждое соединение (пластиковое и электрическое) на контейнере с помощью силиконового герметика. Также загерметизируйте соединение пластиковой трубки с воздухозаборным пластиком. Это предотвратит утечку газа HHO.
Советы
- Необходимое количество пищевой соды зависит от жесткости водопроводной воды.
- Размер контейнера может варьироваться, и он не обязательно должен быть изготовлен из пластика.
- Несколько генераторов HHO можно соединить вместе, чтобы увеличить количество HHO в потоке воздуха.
Вещи, которые вам понадобятся
- Герметичный контейнер с пластиковой крышкой
- 2 болта с барашковыми гайками
- Пластины из нержавеющей стали, которые помещаются внутрь контейнера
- 2 жилы толстого провода длиной не менее 6 футов
- 2-дюймовая гибкая пластиковая трубка с фитингами из ПВХ на обоих концах, всего две штуки
- Электродрель
- Дистиллированная вода
- Пищевая сода
- Силиконовый герметик
Предупреждения
- Если на ваш автомобиль все еще распространяется гарантия, любые модификации с использованием генераторов водорода могут привести к аннулированию гарантии производителя.
