Изготовление водородного генератора своими руками. Получение водорода электролизом воды Электролизер из гофрированной трубы

В современном обществе бытует мнение, что наиболее доступным по цене топливом является природный газ. На самом деле, ему существует альтернатива - водород. Его можно получить при расщеплении воды. Причем этот вид топлива будет бесплатным, если не учитывать тот факт, что придется собрать водородный генератор, компоненты которого нужно покупать.

Теоретическая основа

Водород является очень легким газообразным веществом. У него высокая химическая активность. Окисляясь, он дает большое количество тепловой энергии и при этом образует воду.

Водород обладает следующими свойствами:

Стоит отметить, что hydrogen и oxygen соединяются очень легко, а вот разделить их непросто. Для этого придется использовать электричество для запуска непростой химической реакции.

Простейший газогенератор для добычи водорода представляет собой емкость с жидкостью, внутри которой располагаются две пластины с подключением к электрической сети. Поскольку вода хорошо проводит ток, электроды вступают в контакт с малым сопротивлением. При прохождении электричества через пластины возникает химическая реакция, сопровождающаяся появлением водорода.

Водород. Учебный фильм для школьников по химии

Лучше всего собирать устройство для получения , которую называют классической. Здесь электролизер состоит из нескольких ячеек. В каждой из них находятся контактные пластины. Производительность установки определяется площадью поверхности электродов.

Ячейки следует поместить в хорошо изолированный корпус с заранее подключенными патрубками для водоснабжения и отведения водорода. Кроме того, на емкость должен иметься разъем для подключения электрической энергии.

Также нужно будет установить водяной затвор и обратный клапан. Они предотвратят поступление газа Брауна назад в резервуар. По такой съеме можно собрать гидролизер как для отопления дома, так и для автомобиля.

Собрать водородный электрогенератор для дома можно, но рентабельной затею назвать сложно. Дело в том, что для получения достаточных объемов газа придется использовать мощную электрическую установку. Она будет потреблять много дорогой энергии. Однако это не останавливает энтузиастов.

Чтобы собрать электролизер для получения водорода своими руками в домашних условиях, понадобится специализированный инструмент. Например, не обойтись без осциллографа и частотомера.

Вооружившись чертежами, первым делом нужно собрать ячейку гидролизера. Ее ширина и длина должны быть чуть меньше габаритов корпуса. Высота - не более 2/3 основной емкости.

Ячейку обычно делают из толстого текстолита с помощью эпоксидного клея. При сборке нижняя часть корпуса остается открытой.

На верхней стороне емкости насверливаются отверстия. Через них наружу выводятся хвостовики электродов. Также понадобится 2 дополнительных отверстия. Первое совсем маленькое для датчика уровня жидкости. Второе диаметром в 15 мм для штуцера. Последний следует закрепить механически. Все отверстия для пластин после установки последних заливаются эпоксидной смолой. Модуль размещается внутри корпуса и основательно герметизируется все той же эпоксидной смолой.

Перед установкой ячеек корпус водогенератора следует подготовить:

После загрузки топливных ячеек, подключения питания, соединения штуцера с приемником и установки крышки на корпус, сборку генератора можно считать завершенной. Остается заполнить емкость жидкостью и подключить дополнительные модули.

Собрать генератор кислорода своими руками - половина дела. Нужно подключить к нему дополнительные устройства, без которых он работать не будет. Например, датчик уровня жидкости нужно соединить с помпой для подачи воды через контроллер. Последний отслеживает сигналы датчика и при необходимости запускает подачу жидкости внутрь топливных ячеек.

Не обойтись и без устройства, позволяющего регулировать частоту тока на клеммах ННО генератора. Кроме того, вся электрическая часть должна иметь защиту от перегрузки. Для этого обычно используется стабилизатор напряжения.

Как сделать генератор водорода своими руками/How to make a DIY hydrogen generator

Что касается коллектора оксиводорода, то его простейший вариант представляет собой трубку, на которой закреплены: запорная арматура, обратный клапан и манометр.

По идее газ из коллектора можно сразу закачивать в печь системы отопления. На практике это невозможно, так как водород выделяет слишком много тепла. Поэтому перед использованием его смешивают с другим топливом.

Своими руками собрать такое устройство не так уж и сложно. Помогут в этом чертежи с пошаговыми инструкциями. Также нужно будет приготовить необходимые материалы: контейнер из пластика или корпус от старого аккумулятора, трубку длиной не менее метра, крепежные болты и гайки, герметик, лист нержавеющей стали, несколько штуцеров, фильтры и обратный клапан.

Процесс изготовления водородного генератора для автомобиля выглядит следующим образом:

Простейший гидролизатор для авто готов. Но перед установкой в транспортное средство нужно его проверить. Для этого устройство заполняется водой до уровня крепежных болтов на пластинах. К штуцеру подключается полиэтиленовый шланг. Его свободный конец опускается в заранее подготовленную емкость с жидкостью.

После подачи энергии на электроды поверхность воды во втором контейнере должна покрыться пузырьками газа. Если это произошло, то генератор готов к эксплуатации. Остается жидкость в нем заменить на щелочной электролит для повышения объемов производимого газа.

Следует понимать,что самодельный генератор водорода не является заменой традиционному топливу. Его устанавливают на автомобили в основном для экономии бензина. Она может достигать 50%. Кроме того, при использовании HHO снижаются вредные выхлопы, повышаются эксплуатационные сроки, уменьшается температура силового агрегата. И все это при ощутимом повышении мощности мотора.

Всеми любимая нержавейка - доступное, но недолговечное решение. Топливные ячейки на них довольно быстро выйдут из строя.

Также при сборке гидролизатора нужно соблюдать монтажные размеры. Чтобы их получить, нужно произвести сложные расчеты с учетом качества воды, необходимой мощности на выходе и т. д.

При изготовлении устройства значение имеет даже сечение проводов, по которым на электроды подается ток. Речь идет не о производительности генератора, а о безопасности его эксплуатации, но и этот важный нюанс нужно учитывать.

Главная проблема таких приборов - большие затраты электричества для получения оксиводорода. Они превышают энергию, которую можно получить от сжигания такого топлива.

Из-за низкого КПД цена водородной установки для дома делает производство этого газа и его последующее использование для отопления невыгодным. Чем впустую расходовать электричество, проще установить любой электрокотел. Он будет эффективнее.

Что касается автомобильного транспорта, то здесь картина не сильно отличается. Да, можно сделать гидролизер для экономии топлива, но при этом снижается безопасность и надежность.

Единственное, где водород можно эффективно применять как топливо, - газосварка. Аппараты на hydrogen весят меньше, они компактнее, чем кислородные баллоны, но намного эффективнее. К тому же стоимость получения смеси здесь не играет никакой роли.

Электролиз – химико-физическое явление по разложению веществ на компоненты посредством электротока, которое широко применяется в производственных целях. На основе этой реакции изготавливаются агрегаты для получения, например, хлора или цветных металлов.

Постоянный рост цен на энергетические ресурсы сделал популярными электролизные установки бытового назначения. Что представляют собой такие конструкции, и как их изготовить дома?

Общая информация об электролизере

Электролизная установка – устройство для электролиза, требующее внешний энергоисточник, конструктивно состоящее из нескольких электродов, которые помещены в заполненную электролитом емкость. Также такая установка может называться устройством для расщепления воды.

В подобных агрегатах основным техническим параметром является производительность, которая означает объем вырабатываемого водорода за час и измеряется в м³/ч. Стационарные агрегаты несут этот параметр в наименовании модели, например, мембранная установка СЭУ-40 вырабатывает за час 40 куб. м водорода.

Прочие характеристики таких устройств полностью зависят от целевого назначения и вида установок. Например, при осуществлении электролиза воды КПД агрегата зависит от нижеследующих параметров:

1. Уровень наименьшего электродного потенциала (электронапряжения). Для нормального функционирования агрегата эта характеристика должна находиться в диапазоне 1,8-2 В на одну пластину. Если источник электропитания имеет напряжение в 14 В, то емкость электролизера с электролитным раствором имеет смысл разделить листами на 7 ячеек. Подобная установка называется сухим электролизером. Меньшее значение не запустит электролиз, а большее – сильно увеличит расход энергии;

1. Чем меньше будет расстояние между пластиночными компонентами, тем меньше будет сопротивление, что при прохождении большого тока приведет к увеличению выработки газового вещества;
2. Площадь поверхности пластин напрямую оказывает влияние на производительность;
3. Тепловой баланс и степень концентрации электролита;
4. Материал электродных элементов. Золото является дорогим, но идеальным материалом для применения в электролизерах. Из-за его дороговизны часто применяют нержавеющую сталь.

Важно! В конструкциях другого типа значения будут иметь иные параметры.

Установки для электролиза воды могут также использоваться для таких целей, как обеззараживание, очистка и оценка качества воды.

Принцип работы и виды электролизера

Самое простое устройство имеют электролизеры, которые расщепляют воду на кислород и водород. Они состоят из емкости с электролитом, в которую помещаются электроды, подключенные к энергоисточнику.

Принцип работы электролизной установки заключается в том, что электроток, который проходит через электролит, имеет напряжение, достаточное для разложения воды на молекулы. Результат процесса – анод выделяет одну часть кислорода, а катод производит две части водорода.

Виды электролизеров

Устройства для расщепления воды бывают нижеследующих видов:

1. Сухие;
2. Проточные;
3. Мембранные;
4. Диафрагменные;
5. Щелочные.

Сухой тип

Такие электролизеры имеют самую простую конструкцию (картинка выше). Им присуща особенность, которая заключается в том, что манипуляция с числом ячеек дает возможность запитать агрегат от источника с любым напряжением.

Проточный тип

Эти установки имеют в своей конструкции полностью залитую электролитом ванну с электродными элементами и баком.

Принцип работы проточной электролизной установки нижеследующий (по картинке выше):

• при протекании электролиза электролит вместе с газом через трубу «В» выдавливается в бак «D»;
• в емкости «D» протекает процесс по отделению газа от электролита;
• газ выходит через клапан «С»;
• электролитный раствор возвращается через трубку «Е» в ванну «А».

Интересно знать. Такой принцип работы настроен в некоторых сварочных аппаратах – горение выделяемого газа позволяет сваривать элементы.

Мембранный тип

Электролизная установка мембранного типа имеет схожую конструкцию с другими электролизерами, однако в качестве электролита выступает твердое вещество на полимерной основе, которое именуется мембраной.

Мембрана в таких агрегатах имеет двойное назначение – перенос ионов и протонов, разделение электродов и продуктов электролиза.

Диафрагменный тип

Когда одно вещество не может проникать и влиять на другое, применяют пористую диафрагму, которая может изготавливаться из стекла, полимерных волокон, керамики либо асбестового материала.

Щелочной тип

Протекать электролиз в дистиллированной воде не может. В таких случаях необходимо использовать катализаторы, которыми выступают щелочные растворы высокой концентрации. Соответственно, основную часть электролизных устройств можно назвать щелочными.

Важно! Стоит отметить, что использование соли в качестве катализатора вредно, так как при протекании реакции выделяется газообразный хлор. Идеальным катализатором может выступать гидроксид натрия, который не разъедает железные электроды и не способствует выделению вредных веществ.

Самостоятельное изготовление электролизера

Изготовить электролизер своими руками может каждый человек. Для процесса сборки самой простой конструкции потребуются нижеследующие материалы:

• лист нержавейки (идеальные варианты – зарубежная AISI 316L или отечественная 03Х16Н15М3);
• болты М6х150;
• шайбы и гайки;
• прозрачная трубка – можно применять водяной уровень, который используется в строительных целях;
• несколько штуцеров типа «елочка» с внешним диаметром 8 мм;
• контейнер из пластика объемом 1,5 л;
• небольшой фильтрующий проточную воду фильтр, например, фильтр для стиральных машин;
• обратный водный клапан.

Процесс сборки

Собирать электролизер своими руками следует по следующей инструкции:

1. Первым делом необходимо осуществить разметку и дальнейшую распилку листа нержавейки на равные квадраты. Распилка может осуществляться угловой шлифовальной машинкой (болгаркой). Один из уголков в таких квадратах должен быть спилен под углом для верного скрепления пластин;
2. Далее потребуется просверлить отверстие для болта на противоположной от углового спила стороне пластины;
3. Соединение пластин необходимо производить поочередно: одна пластина на «+», следующая на «-» и так далее;
4. Между разно заряженными пластинами должен находиться изолятор, которым выступает трубка от водяного уровня. Ее необходимо разрезать на кольца, какие следует разрезать вдоль для получения полосок толщиной 1 мм. Такого расстояния между пластин достаточно для эффективного выделения газа при электролизе;
5. Скрепление пластин вместе осуществляется посредством шайб следующим образом: на болт насаживается шайба, потом – пластина, далее – три шайбы, после – пластина и так далее. Пластины, положительно заряженные, располагаются зеркально отрицательно заряженных листов. Это позволяет не допустить задевание электродов спиленными краями;

1. Собирая пластины, следует сразу выполнять их изоляцию и затяжку гаек;
2. Также каждую пластину нужно прозвонить для того, чтобы убедиться в отсутствии короткого замыкания;
3. Далее всю сборку требуется поместить в бокс из пластика;
4. После этого надо отметить места касания болтов о стенки контейнера, где и просверлить два отверстия. Если болты не влезают в емкость, то их необходимо подрезать ножовкой;
5. Далее болты затягиваются гайками и шайбами для герметичности конструкции;

1. После проделанных манипуляций потребуется сделать отверстия в крышке контейнера и вставить в них штуцера. Герметичность в данном случае можно обеспечить посредством промазки швов герметиками на основе силикона;
2. Защитный клапан и фильтр в конструкции располагаются на выходе газа и служат средством контроля чрезмерного его скопления, которое может привести к плачевным последствиям;
3. Электролизная установка собрана.

Заключительный этап – тестирование, которое осуществляется таким образом:

• заполнение водой емкости до уровня крепежных болтов;
• подключение питания к прибору;
• подключение к штуцеру трубки, противоположный конец которой опускается в воду.

Если будет подан на установку слабый ток, то выпускание газа через трубку будет почти незаметно, однако внутри электролизера его можно будет наблюдать. Повышая электрический ток, добавляя щелочной катализатор в воду, можно существенно увеличить выход газового вещества.

Изготовленный электролизер может выступать составной частью многих устройств, например, водородной горелки.

Зная типы, основные характеристики, устройство и принцип работы электролизных установок, можно осуществить правильную сборку самодельной конструкции, которые будет являться незаменимым помощником в различных бытовых ситуациях: от сварки и экономии расхода топлива автотранспорта до работы систем отопления.

Видео

Использование водорода в качестве энергоносителя для обогрева дома – идея весьма заманчивая, ведь его теплотворная способность (33.2 кВт / м3) превышает более чем в 3 раза показатель природного газа (9.3 кВт / м3). Теоретически, чтобы извлечь горючий газ из воды с последующим сжиганием его в котле, можно использовать водородный генератор для отопления. О том, что из этого может получиться и как сделать такое устройство своими руками, будет рассказано в данной статье.

Принцип работы генератора

Как энергоноситель водород действительно не имеет себе равных, а запасы его практически неисчерпаемы. Как мы уже сказали, при сжигании он выделяет огромное количество тепловой энергии, несравнимо большее, нежели любое углеводородное топливо. Вместо вредных соединений, выбрасываемых в атмосферу при использовании природного газа, при горении водорода образуется обычная вода в виде пара. Одна беда: данный химический элемент не встречается в природе в свободном виде, только в соединении с другими веществами.

Одно из таких соединений – обычная вода, представляющая собой полностью окисленный водород. Над ее расщеплением на составные элементы работали многие ученые в течение долгих лет. Нельзя сказать, что безрезультатно, ведь техническое решение по разделению воды все же было найдено. Его суть – в химической реакции электролиза, в результате которой происходит расщепление воды на кислород и водород, полученную смесь назвали гремучим газом или газом Брауна. Ниже показана схема водородного генератора (электролизера), работающего на электричестве:

Электролизеры производятся серийно и предназначены для газопламенных (сварочных) работ. Ток определенной силы и частоты подается на группы металлических пластин, погруженных в воду. В результате протекающей реакции электролиза выделяются кислород и водород вперемешку с водяным паром. Для его отделения газы пропускаются через сепаратор, после чего подаются на горелку. Дабы избежать обратного удара и взрыва, на подаче устанавливается клапан, пропускающий горючее только в одну сторону.

Для контроля за уровнем воды и своевременной подпитки конструкцией предусмотрен специальный датчик, по сигналу которого производится ее впрыск в рабочее пространство электролизера. За превышением давления внутри сосуда следит аварийный выключатель и сбросной клапан. Обслуживание водородного генератора заключается в периодическом добавлении воды, и на этом все.

Водородное отопление: миф или реальность?

Генератор для сварочных работ – это на данный момент единственное практическое применение электролитическому расщеплению воды. Использовать его для отопления дома нецелесообразно и вот почему. Затраты энергоносителей при газопламенных работах не так важны, главное, что сварщику не нужно таскать тяжеленные баллоны и возиться со шлангами. Другое дело – отопление жилища, где каждая копейка на счету. И тут водород проигрывает всем существующим ныне видам топлива.

Важно. Затраты электроэнергии на выделение горючего из воды методом электролиза будут гораздо выше, нежели гремучий газ сможет выделить при сжигании.

Серийные сварочные генераторы стоят немалых денег, поскольку в них используются катализаторы процесса электролиза, в состав которых входит платина. Можно сделать водородный генератор своими руками, но его эффективность будет еще ниже, чем у заводского. Получить горючий газ вам точно удастся, но вряд ли его хватит на обогрев хотя бы одной большой комнаты, не то что целого дома. А если и хватит, то придется оплачивать баснословные счета за электричество.

Чем тратить время и усилия на получение бесплатного топлива, которого не существует априори, проще смастерить своими руками простой электродный котел. Можете быть уверены, что так вы израсходуете гораздо меньше энергии с большей пользой. Впрочем, домашние мастера – энтузиасты всегда могут попробовать свои силы и собрать дома электролизер, с целью провести эксперименты и убедиться во всем самолично. Один из подобных экспериментов показан на видео:

Как изготовить генератор

Масса интернет-ресурсов публикуют самые разные схемы и чертежи генератора для получения водорода, но все они действуют по одному принципу. Мы предложим вашему вниманию чертеж простого устройства, взятый из научно-популярной литературы:

Здесь электролизер представляет собой группу металлических пластин, стянутых между собой болтами. Между ними установлены изоляционные прокладки, крайние толстые обкладки тоже изготовлены из диэлектрика. От штуцера, вмонтированного в одну из обкладок, идет трубка для подачи газа в сосуд с водой, а из него – во второй. Задача емкостей – отделять паровую составляющую и накапливать смесь водорода с кислородом, чтобы подавать его под давлением.

Совет. Электролитические пластины для генератора надо делать из нержавеющей стали, легированной титаном. Он послужит дополнительным катализатором реакции расщепления.

Пластины, что служат электродами, могут быть произвольного размера. Но надо понимать, что производительность аппарата зависит от их площади поверхности. Чем большее число электродов удастся задействовать в процессе, тем лучше. Но при этом и потребляемый ток будет выше, это следует учитывать. К концам пластин припаиваются провода, ведущие к источнику электричества. Здесь тоже есть поле для экспериментов: можно подавать на электролизер разное напряжение с помощью регулируемого блока питания.

В качестве электролизера можно применить пластиковый контейнер от водяного фильтра, поместив в него электроды из нержавеющих трубок. Изделие удобно тем, что его легко герметизировать от окружающей среды, выводя трубку и провода через отверстия в крышке. Другое дело, что этот самодельный водородный генератор обладает невысокой производительностью из-за малой площади электродов.

Заключение

На данный момент не существует надежной и эффективной технологии, позволяющей реализовать водородное отопление частного дома. Те генераторы, что имеются в продаже, могут успешно применяться для обработки металлов, но не для производства горючего для котла. Попытки организовать подобный обогрев приведут к перерасходу электроэнергии, не считая затрат на оборудование.

Когда я был маленький, я всё время хотел что-либо делать сам, своими рукам. Вот только родители (и другие родственники) обычно этого не разрешали. А я не видел тогда (и до сих пор не вижу) ничего плохого, когда маленькие дети хотят учиться 🙂

Конечно, я написал эту статейку не для того, чтобы вспомнить детские переживания в попытках начать самообразование. Просто совершенно случайно, когда я бродил на otvet.mail.ru я наткнулся на вопрос подобного рода. Какой-то маленький мальчик-подрывник спрашивал, как в домашних условиях произвести электролиз. Ему я, правда, не стал отвечать, т. к. уж больно подозрительные смеси хотел электролизировать этот мальчик 😉 Решил, что от греха подальше не скажу, пусть сам в книгах ищет. Но вот недавно, опять же бродя по форумам, увидел подобный вопрос от школьного учителя химии. Судя по описанию его школа настолько бедная, что не может (не хочет) приобрести электролизёр рублей за 300. Учитель (вот беда!) не смог найти выход из сложившейся ситуации. Вот ему я помог. Для тех, кому любопытны такого рода самоделки я выкладываю эту статью на сайт.

Собственно, процесс изготовления и применения нашего самопала крайне примитивный. Но о технике безопасности я расскажу в первую очередь, а про изготовление — уже во вторую. Дело в том, что речь пойдёт о показательном электролизёре, а не о промышленной установке. Поэтому для безопасности лучше будет запитать его не от сети, а от пальчиковых батареек или от аккумулятора. Естественно, чем больше будет напряжение, тем шустрей пойдёт сам процесс электролиза. Но для визуального наблюдения пузырьков газа вполне хватит 6 В , а вот 220 — это уже слишком. С таким напряжением вода, например, скорее всего будет бурлить, а это не совсем безопасно… Ну, с напряжением думаю разобрались?

Теперь поговорим о том, где и на каких условиях мы будем проводить эксперимент.
Во-первых , это должно быть либо открытое пространство, либо хорошо проветриваемое помещение. Хотя я всё делал в квартире с закрытыми окнами и вроде ничего 🙂
Во-вторых , эксперимент лучше проводить на хорошем столе. Под словом «хороший» подразумевается то, что стол должен быть устойчивым, а лучше массивным, жёстким и прикреплённым к полу. При этом покрытие стола должно быть устойчивым к агрессивным веществам. Кстати, для этого хорошо подходит кафельная плитка (хотя и не любая, к сожалению). Такой стол пригодится вам не только для этого опыта. Впрочем, я всё сделал на обычной табуретке 🙂
В-третьих , в ходе эксперимента вам не потребуется перемещать источник питания (в моём случае — батарейки). Поэтому для надёжности их лучше сразу положить на стол и закрепить, чтобы они не сдвигались с места. Поверьте, это удобней, чем придерживать их постоянно руками. Свои батарейки я просто примотал изолентой к первому попавшемуся жёсткому предмету.
В-четвёртых , посуда, в которой будем проводить эксперимент пусть будет небольшой. Обычный стакан подойдёт или рюмка. Кстати, это самый лучший способ использования рюмок дома, в отличие от разлития в них спиртного с последующим употреблением…

Ну а сейчас перейдём непосредственно к прибору. Он представлен на рисунке, а я пока объясню коротко что и с чем.

Нам нужно взять простой карандаш и удалить с него дерево при помощи обычного ножа и достать из карандаша целый грифель. Можно, правда, взять грифель от механического карандаша. Но тут есть сразу две сложности. Первая — банальная. Грифель от механического карандаша очень тонкий, нам такой просто не подойдёт для наглядного эксперимента. Вторая сложность — это какой-то странный состав нынешних грифелей. Такое ощущение, что их делают не из графита, а из чего-то иного. В общем, с таким «грифелем» у меня опыт не получился вообще даже при напряжении 24 В. Поэтому мне пришлось расковырять старый добрый деревянный простой карандаш. Полученный графитовый стержень будет служить нам электродом. Как вы понимаете, электродов нам нужно два. Поэтому идём ковырять второй карандаш, либо просто сломаем имеющийся стержень пополам. Я сделал именно так.

Любым попавшимся под руку проводом обматываем первый грифель-электрод (одним концом провода), и этот же провод подключаем к минусу источника питания (другим концом). После этого берём второй грифель и проделываем с ним тоже самое. Для этого нам, соответственно, нужен второй провод. Но на этот раз подсоединяем этот провод к плюсу источника питания. Если у вас возникнут проблемы в процессе прикрепления хрупкого графитового стержня к проводу, можете воспользоваться подручными средствами: изолентой или скотчем. Если не получилось обмотать кончик графита самим проводом, а скотч или изолента не обеспечили плотного контакта, то попробуйте приклеить грифель токопроводящим клеем. Если такого у вас нет, то хотя бы привяжите грифель к проводу при помощи нитки. Не бойтесь, нитка не сгорит от такого напряжения 🙂

Для тех кто ничего не знает о батарейках и элементарных правил их соединения я немного поясню. Пальчиковая батарейка выдаёт напряжение 1,5 В. На рисунке у меня две таких батарейки. Причём соединены они последовательно — одна за другой, а не параллельно. При таком (последовательном) соединении итоговое напряжение будет суммироваться из напряжения каждой батарейки, т. е. у меня это 1,5 + 1,5 = 3,0 В. Это меньше заявленных ранее шести вольт. Но мне было лень сходить купить ещё несколько батареек. Принцип вам и так понятен должен быть 🙂

Приступим к эксперименту. Для примера ограничимся электролизом воды. Во-первых, она очень доступна (я надеюсь, что читающий эту статью не живёт в Сахаре), а во-вторых — безопасна. Кроме того, я покажу, как одним и тем же прибором (электролизёром) с одним и тем же веществом (водой) сделать два разных опыта. Думаю, что у вас фантазии хватит, чтобы напридумывать ещё кучу подобных опытов с другими веществами 🙂 В общем, для нас подойдёт вода из крана. Но я советую вам ещё немного её и посолить. Немного — это значит очень маленькую щепотку, а не целую десертную ложку!!! Это очень важно! Хорошо размешайте соль, чтобы она растворилась. Так вода, являясь в чистом состоянии диэлектриком, станет хорошо проводить электричество. Перед началом эксперимента протрите стол от возможной влаги, а затем поставьте на него источник питания и стакан с водой.

Опускаем оба электрода, находящихся под напряжением, в воду. При этом следите, чтобы в воду был опущен только графит, а сам провод не должен касаться воды. Начало эксперимента может затянуться. Время зависит от многих параметров: от состава воды, качества проводов, качества графита и, естественно, напряжения источника питания. У меня начало реакции затянулось на несколько секунд. На том электроде, который был подключён к плюсу батареек начинает выделяться кислород. На электроде, подключённом к минусу будет выделяться водород. При этом заметьте, что пузырьков водорода больше. Мелкие пузырьки облепляют ту часть графита, которая погружена в воду. Затем некоторые из пузырьков начинают всплывать.

Электрод перед началом опыта. Пузырьков газа пока нет. Пузырьки водорода, появившиеся на электроде, подсоединённому к отрицательному полюсу батареек

Какие опыты могут быть ещё? Если с водородом и кислородом вы уже наигрались, можно приступать ко второму опыту. Он более интересен, особенно для домашних экспериментаторов. Интересен тем, что его можно не только увидеть, но и унюхать. В прошлом опыте мы получали кислород и водород, которые, как я считаю, не слишком зрелищны. А во втором опыте мы получим два вещества (полезных в хозяйстве, между прочим). Перед началом эксперимента следует прекратить предыдущий эксперимент и просушить электроды. Теперь берите поваренную соль (которой вы обычно используете на кухне) и растворяйте её в воде. На этот раз в большом количестве. Собственно, большое количество соли — это единственное, чем второй опыт отличается от первого. После растворения соли можно сразу повторить эксперимент. Теперь происходит другая реакция. На положительном электроде теперь выделяется не кислород, а хлор. А на отрицательном всё так же выделяется водород. Что же касается стакана, в котором находится раствор соли, то в нём после продолжительного электролиза останется гидроксид натрия. Это всем знакомый едкий натр, щёлочь.

Хлор вы сможете учуять по запаху. Но для большего эффекта я советую взять напряжение хотя бы 12 В. Иначе запах можно не почувствовать. Наличие щёлочи (после очень продолжительного электролиза) в стакане можно проверить несколькими способами. Самый простой и жестокий — опустить руку в стакан. Народная примета гласит, что если начнётся жжение — в стакане есть щёлочь. Более гуманный и наглядный способ — это лакмусовая бумажка. Если же у вас настолько бедная школа, что не может даже лакмус купить, вас выручат подручные индикаторы. Одним из таких, как говорят, может послужить капелька свекольного сока 🙂 Но можно просто капнуть в раствор немного жира. Насколько мне известно, должно произойти омыление.

Для особо любознательных я опишу, что же именно происходило во время опытов. В первом опыте под действием электрического тока происходила такая реакция:
2 H 2 O >>> 2 H 2 + O 2
Оба газа, естественно, всплывают из воды на поверхность. Кстати, всплывающие газы можно уловить ловушками. Сами сделать сможете?

Во втором опыте реакция была уже совсем другой. Она тоже была инициирована электрическим током, но теперь в качестве реагентов выступила не только вода, но и соль:
4H 2 O + 4NaCl >>> 4NaOH + 2H 2 + 2Cl 2
Учтите, что реакция должна идти в избытке воды. Чтобы определить, какое же количество соли является максимальным, можно высчитать его из вышеприведённой реакции. Можете ещё подумать, как усовершенствовать прибор или какие ещё опыты можно провести. Вполне возможно, что электролизом можно получить гипохлорит натрия. В лабораторных условиях его обычно получают пропусканием газообразного хлора через раствор гидроксида натрия.

Водород практически идеальный вид топлива, но проблема заключается в том, что он на нашей планете встречается только в виде соединений с другими химическими элементами. Доля «чистого» вещества в атмосфере составляет не более 0,00005%. Учитывая такие реалии, становится актуальным вопрос о водородном генераторе. Рассмотрим принцип работы такого устройства, его конструктивные особенности, сферу применения и возможность самостоятельного изготовления.

Описание и принцип работы водородного генератора

Есть несколько методик выделения водорода и из других веществ, перечислим наиболее распространенные:

1. Электролиз, данная методика наиболее простая и может быть реализована в домашних условиях. Через водный раствор, содержащий соль, пропускается постоянный электрический ток, под его воздействием происходит реакция, которую можно описать следующим уравнением: 2NaCl + 2H 2 O→2NaOH + Cl 2 + H 2 . В данном случае пример приведен для раствора обычной кухонной соли, что не лучший вариант, поскольку выделяющийся хлор является ядовитым веществом. Заметим, что полученный данным способом водород наиболее чистый (порядка 99,9%).
2. Путем пропускания водяного пара над каменноугольным коксом, нагретым до температуры 1000°С, при таких условиях протекает следующая реакция: Н 2 О + С ⇔ СО + H 2 .
3. Добыча из метана путем конверсии с водяным паром (необходимое условие для реакции – температура 1000°С): СН 4 + Н 2 О ⇔ СО + 3Н 2 . Второй вариант – окисление метана: 2СН 4 + О 2 ⇔ 2СО + 4Н 2 .
4. В процессе крекинга (переработки нефти) водород выделяется в качестве побочного продукта. Заметим, что в нашей стране все еще практикуется сжигание этого вещества на некоторых нефтеперерабатывающих заводах ввиду отсутствия необходимого оборудования или достаточного спроса.

Из перечисленных вариантов последний наименее затратный, а первый наиболее доступный, именно он положен в основу большинства генераторов водорода, в том числе и бытовых. Их принцип действия заключается в том, что в процессе пропускания тока через раствор, положительный электрод притягивает отрицательные ионы, а электрод с противоположным зарядом – положительные, в результате происходит расщепление вещества.

Конструктивные особенности и устройство генератора водорода

Если с получением водорода проблем сейчас практически нет, то его транспортировка и хранение до сих пор остается актуальной задачей. Молекулы этого вещества настолько малы, что могут проникать даже сквозь металл, что несет определенную угрозу безопасности. Хранение в абсорбированном виде пока не отличается высокой рентабельностью. Поэтому наиболее оптимальный вариант – генерация водорода непосредственно перед его использованием в производственном цикле.

Для этой цели изготавливаются промышленные установки для генерации водорода. Как правило, это электролизеры мембранного типа. Упрощенная конструкция такого устройства и принцип работы приведен ниже.

Обозначения:

• А – трубка для отвода хлора (Cl 2).
• B – отвод водорода (Н 2).
• С – анод, на котором происходит следующая реакция: 2CL – →CL 2 + 2е – .
• D – катод, реакцию на нем можно описать следующим уравнением: 2Н 2 О + 2е – →Н 2 + ОН – .
• Е – раствор воды и хлористого натрия (Н 2 О & NaCl).
• F – мембрана;
• G – насыщенный раствор хлористого натрия и образование каустической соды (NaОН).
• H – отвод рассола и разбавленной каустической соды.
• I – ввод насыщенного рассола.
• J – крышка.

Конструкция бытовых генераторов значительно проще, поскольку в большинстве своем они не вырабатывают чистый водород, а производят газ Брауна. Так принято называть смесь кислорода и водорода. Этот вариант наиболее практичен, не требуется разделять водород и кислород, то можно значительно упростить конструкцию, а значит и сделать ее дешевле. Помимо этого полученный газ сжигается по мере его выработки. Хранить и накапливать его в домашних условиях не только проблематично, но и небезопасно.

Обозначения:

• а – трубка для отвода газа Брауна;
• b – впускной коллектор подачи воды;
• с – герметичный корпус;
• d – блок пластин электродов (анодов и катодов), с установленными между ними изоляторами;
• e – вода;
• f – датчик уровня воды (подключается к блоку управления);
• g – фильтр водоотделения;
• h – подвод питания, подаваемого на электроды;
• i – датчик давления (подает сигнал блоку управления при достижении порогового уровня);
• j – предохранительный клапан;
• k – отвод газа с предохранительного клапана.

Характерная особенность таких устройств – использование блоков электродов, поскольку не требуется сепарирование водорода и кислорода. Это позволяет сделать генераторы довольно компактными.

Сферы применения водородного генератора

Ввиду проблем, связанных с транспортировкой и хранением водорода, такие устройства востребованы в производствах, где наличие этого газа требует технологический цикл. Перечислим основные направления:

1. Производства, связанные с синтезом хлороводорода.
2. Изготовление топлива для ракетных двигателей.
3. Создание удобрений.
4. Производство нитрида водорода (аммиака).
5. Синтез азотной кислоты.
6. В пищевой промышленности (для получения твердых жиров из растительных масел).
7. Обработка металла (сварка и резка).
8. Восстановление металлов.
9. Синтез метилового спирта
10. Изготовление соляной кислоты.

Несмотря на то, что производство водорода в процессе переработки нефти дешевле, чем его получение путем электролиза, как уже указывалось выше, возникают сложности с транспортировкой газа. Строить опасные химические производства, непосредственно, рядом с перерабатывающими нефть заводами не всегда позволяет экологическая обстановка. Помимо этого водород, полученный путем электролиза, значительно чище, чем при крекинге нефти. В связи с этим на промышленные водородные генераторы всегда высокий спрос.

Бытовое применение

В быту также есть применение водороду. В первую очередь это автономные отопительные системы. Но здесь некоторые особенности. Установки по производству чистого водорода стоят значительно дороже, чем генераторы газа Брауна, последние даже можно собрать самостоятельно. Но при организации отопления дома необходимо учитывать, что температура горения газа Брауна значительно выше, чем у метана, поэтому потребуется специальный котел, который несколько дороже обычного.

В интернете можно встретить немало статей, в которых написано, что для гремучего газа можно использовать обычные котлы, это делать категорически нельзя. В лучшем случае они быстро выйдут из строя, а в худшем могут стать причиной печальных или даже трагических последствий. Для смеси Брауна предусмотрены специальные конструкции с более термостойким соплом.

Необходимо заметить, что рентабельность отопительных систем на основе водородных генераторов вызывает большое сомнение ввиду низкого КПД. В таких системах имеются двойные потери, во-первых, в процессе генерации газа, во-вторых, при нагреве воды в котле. Дешевле для отопления сразу нагревать воду в электрическом бойлере.

Не менее спорная реализация для бытового использования, при которой газом Брауна обогащают бензин в топливной системе двигателя автомобиля с целью экономии.

Обозначения:

• а – генератор ННО (принятое обозначение для газа Брауна);
• b – отвод газа в камеру сушки;
• с – отсек для удаления водяных паров;
• d – возвращение конденсата в генератор;
• е – подача осушенного газа в воздушный фильтр топливной системы;
• f – автомобильный двигатель;
• g – подключение к аккумулятору и электрогенератору.

Нужно заметить, что в некоторых случаях такая система даже работает (если ее собрать правильно). Но точные параметры, коэффициент прироста мощности, процент экономии вы не найдете. Эти данные сильно размыты, и достоверность их вызывает сомнения. Опять же не ясен вопрос, насколько уменьшится ресурс двигателя.

Но спрос порождает предложения, в интернетах можно найти подробные чертежи таких приспособлений и инструкцию по их подключению. Есть и готовые модели, сделанные в стране Восходящего Солнца.

Делаем простейший генератор водорода своими руками пошагово

Расскажем, как можно сделать самодельный генератор для получения смеси водорода и кислорода (ННО). Его мощности на отопления дома не хватит, но для газовой горелки для резки металла количество полученного газа будет достаточным.

Рис. 8. Схема газовой горелки

Обозначения:

• а – сопло горелки;
• b – трубки;
• c – водные затворы;
• d – вода;
• е – электроды;
• f – герметичный корпус.

В первую очередь делаем электролизер, для этого нам понадобится герметичная емкость и электроды. В качестве последних используем стальные пластины (их размер выбираем произвольно, в зависимости от желаемой производительности), прикрепленные к диэлектрическому основанию. Соединяем между собой все пластины каждого из электродов.

Когда электроды готовы их надо укрепить в емкости таким образом, чтобы места подключения проводов питания были выше предполагаемого уровня воды. Провода от электродов идут к блоку питания на 12 вольт или автомобильному аккумулятору.

В крышке емкости делаем отверстие под трубку для выхода газа. В качестве водных затворов можно использовать обычные стеклянные банки емкостью 1 литр. Заполняем их на 2/3 водой и подключаем к электролизеру и горелке, как показано на рисунке 8.

Горелку лучше взять готовую, поскольку не каждый материал может выдержать температуру горения газа Брауна. Подключаем ее к выходу последнего водного затвора.

Наполняем электролизер водой, в которую добавлена обычная кухонная соль.

Подаем напряжение на электроды и проверяем работу устройства.