Как из воды получить водород

Как из воды получить водород

Развитие водородной энергетики связано с универсальностью применения этого элемента в качестве энергоносителя, неограниченностью его запасов, экологичностью технологий и увеличением показателей качества работы энергетических систем. Главной задачей сейчас является повышение экономичности добыча водорода: пока оно дороже, чем применение природного газа в энергетике.

Способы получения водорода

Водород – газообразный элемент без цвета и запаха с плотностью 1/14 по отношению к воздуху. В свободном состоянии он встречается редко. Обычно водород соединен с другими химическими элементами: кислородом, углеродом.

Получение водорода для промышленных нужд и энергетики проводится несколькими методами. Самыми популярными считаются:

  • электролиз воды;
  • метод концентрирования;
  • низкотемпературная конденсация;
  • адсорбция.

Выделить водород можно не только из газовых или водных соединений. Добыча водорода производится при воздействии на дерево и уголь высокими температурами, а также при переработке биоотходов.

Атомный водород для энергетики получают, используя методику термической диссоциации молекулярного вещества на проволоке из платины, вольфрама либо палладия. Ее нагревают в водородной среде под давлением менее 1,33 Па. А также для получения водорода используются радиоактивные элементы.

Электролизный метод

Наиболее простым и популярным методом выделения водорода считается электролиз воды. Он допускает получение практически чистого водорода. Другими преимуществами этого способа считаются:

  • доступность сырья;
  • получение элемента под давлением;
  • возможность автоматизации процесса из-за отсутствия движущихся частей.

Процедура расщепления жидкости электролизом обратен горению водорода. Его суть в том, что под воздействием постоянного тока на электродах, опущенных в водный раствор электролита, выделяются кислород и водород.

Дополнительным преимуществом считается получение побочных продуктов, обладающих промышленной ценностью. Так, кислород в большом объеме необходим для катализации технологических процессов в энергетике, очистки почвы и водоемов, утилизации бытовых отходов. Тяжелая вода, получаемая при электролизе, в энергетике используется в атомных реакторах.

Получение водорода концентрированием

Этот способ основан на выделении элемента из содержащих его газовых смесей. Так, наибольшая часть производимого в промышленных объемах вещества, извлекается с помощью паровой конверсии метана. Добытый в этом процессе, водород используют в энергетике, в нефтеочистительной, ракетостроительной индустрии, а также для производства азотных удобрений. Процесс получения H2 осуществляют разными способами:

Последний способ считается наиболее эффективным и менее затратным.

Конденсация под действием низких температур

Эта методика получения H2 заключается в сильном охлаждении газовых соединений под давлением. В результате они трансформируются в двухфазную систему, которая впоследствии разделяется сепаратором на жидкое составляющее и газ. Для охлаждения применяют жидкие среды:

  • воду;
  • сжиженный этан или пропан;
  • жидкий аммиак.

Эта процедура не так проста, как кажется. Чисто разделить углеводородные газы за один раз не получится. Часть компонентов уйдет с газом, забираемым из сепарационного отсека, что не экономично. Решить проблему можно глубоким охлаждением сырья перед сепарацией. Но это требует больших энергозатрат.

В современных системах низкотемпературных конденсаторов дополнительно предусмотрены колонны деметанизации либо деэтанизации. Газовую фазу выводят с последней сепарационной ступени, а жидкость направляется в ректификационную колонну с потоком сырого газа после теплообмена.

Способ адсорбции

Во время адсорбции для выделения водорода используют адсорбенты – твердые вещества, поглощающие необходимые компоненты газовой смеси. В качестве адсорбентов применяют активированный уголь, силикатный гель, цеолиты. Для осуществления этого процесса применяют специальные аппараты – циклические адсорберы или молекулярные сита. При реализации под давлением этот метод позволяет извлекать 85-процентный водород.

Если сравнивать адсорбцию с низкотемпературной конденсацией, можно отметить меньшую материальную и эксплуатационную затратность процесса – в среднем, на 30 процентов. Методом адсорбции производят водород для энергетики и с применением растворителей. Такой способ допускает извлечение 90 процентов H2 из газовой смеси и получение конечного продукта с концентрацией водорода до 99,9%.

Добыча водорода в условиях домашнего хозяйства

Высокотемпературные методы производства водорода в домашних условиях неприменимы. Здесь чаще всего используют электролиз воды.

Выбор электролизера

Для получения элемента дома необходим специальный аппарат – электролизер. Вариантов такого оборудования на рынке много, аппараты предлагают как известные технологические корпорации, так и мелкие производители. Брендовые агрегаты дороже, но качество их сборки выше.

Домашний прибор отличается малыми габаритами и легкостью в эксплуатации. Основными деталями его являются:

  • риформер;
  • система очистки;
  • топливные элементы;
  • компрессорное оборудование;
  • емкость для хранения водорода.

В качестве сырья берется простая вода из-под крана, а электричество идет из обычной розетки. Сэкономить на электроэнергии позволяют агрегаты на солнечных батареях.

«Домашний» водород применяют в системах отопления или приготовления пищи. А также им обогащают бензовоздушную смесь, чтобы повысить мощность двигателей автомобиля.

Изготовление аппарата своими руками

Еще дешевле сделать прибор самому в домашних условиях. Сухой электролизер выглядит как герметичный контейнер, который представляет собой две электродные пластины в емкости с электролитическим раствором. Во Всемирной сети предлагаются разнообразные схемы сборки аппаратов разных моделей:

  • с двумя фильтрами;
  • с верхним либо нижним расположением контейнера;
  • с двумя или тремя клапанами;
  • с оцинкованной платой;
  • на электродах.
Читайте также:  Сканер ricoh sp 220snw

Простой прибор для получения водорода создать несложно. Для него потребуются:

  • листовая нержавеющая сталь;
  • прозрачная трубка;
  • штуцеры;
  • пластиковая емкость (1,5 л);
  • водяной фильтр и обратный клапан.

Помимо этого, нужны будут различные метизы: гайки, шайбы, болты. Первым делом нужно распилить лист на 16 квадратных отсеков, у каждого из них спилить угол. В противоположном от него углу требуется высверлить отверстие для болтового крепления пластин. Для обеспечения постоянного тока пластины нужно подключать по схеме: плюс–минус–плюс–минус. Изолируют эти детали друг от друга с помощью трубки, а на соединении болтом и шайбами (по три штуки между пластинками). На плюс и минус насаживают по 8 пластин.

При правильной сборке ребра пластинок не будут задевать электроды. Собранные детали опускают в емкость из пластика. В месте касания стенок болтами делают два установочных отверстия. Устанавливают защитный клапан для удаления избытка газа. В крышку контейнера монтируют штуцеры и герметизируют швы силиконом.

Тестирование аппарата

Чтобы протестировать аппарат, выполняют несколько действий:

  1. Наполняют жидкостью.
  2. Прикрыв крышкой, соединяют один конец трубки со штуцером.
  3. Второй опускают в воду.
  4. Подключают к источнику питания.

После включения прибора в розетку через несколько секунд будет заметен процесс электролиза и выпадение осадка.

Чистая вода не обладает хорошей электропроводностью. Для улучшения этого показателя нужно создать электролитический раствор, добавив щелочь – гидроксид натрия. Он есть в составах для очищения труб наподобие «Крота».

Правила техники безопасности

Получение водорода в домашних условиях возможно лишь при ответственном подходе к работе. Этот газ способен легко загореться или взорваться, особенно при использовании аппаратов, собранных своими руками.

Чтобы избежать утечек, перед процедурой электролиза следует проверить герметичность всех частей электролизера:

  • трубки;
  • насос;
  • резервуар.

Небезопасными могут быть и покупные аппараты, особенно неизвестных производителей. Брак может случиться и у самых известных брендов, но риск этого намного меньше – там продукцию тщательно проверяют.

В промышленности добыча водорода необходима для энергетики, например, на нем работают такие энергоисточники, как высокотемпературные реакторы с гелиевым теплоносителем. Применяют элемент и в производстве пластиков, синтетических волокон, извести и цемента, листового стекла. В домашних условиях его используют для отопления помещений и снижения расходов автомобильного топлива.

Видео по теме: Водород — открытие, получение, применение

Водород по-прежнему остается маргинальным источником альтернативной энергии. Его используют в ограниченных областях, в популярности он многократно уступает литий-ионным аккумуляторам. Но все может измениться, потому что ученые Хьюстонского университета нашли дешевый способ получения водорода.

Команда исследователей отчиталась, что нашла универсальный катализатор, позволяющий получать водород из воды. Дешевый и подходящий для масштабного промышленного получения водорода катализатор получили из железа и фосфида никеля. Ученые объясняют, что обычно для получения водорода нужно два катализатора. Один, чтобы начать реакцию отделения водорода, а второй, чтобы запустить выделение кислорода.

Катализатор, который получили специалисты из Хьюстона, выполняет сразу две эти функции. При этом он является очень доступным и недорогим.
Исследователи рассказывают, что сегодня водород нельзя рассматривать в качестве источника чистой энергии. Дело в том, что для его производства в промышленных масштабах используются не самые чистые методы. Например, с помощью паровой конверсии метана или газификации угля. Эти методы сопровождаются значительными выбросами парниковых газов.

Получение водорода из воды считается по-настоящему чистым, но сегодня для этого требуются дорогие катализаторы — элементы платиновой группы. Они закрывают путь к коммерческому применению этого метода. Открытие ученых из Хьюстона может поменять ситуацию. Они говорят, что сейчас находятся в процессе коммерциализации своей технологии, а тесты прошли успешно.

У хьюстонских ученых есть конкуренты, которые заявляют, что могут получать водород и вовсе без катализаторов. Исследовательская лаборатория армии США готова запатентовать новую разработку — стабильный наногальванический порошок на основе алюминия, который в сочетании с водой или другой жидкостью выделяет водород без катализатора.

Рынку же не важно, какой из методов победит, лишь бы доступный водород появился скорее. Потребители для него уже есть. Несмотря, на то, что электробатареи популярнее, Hyundai и Audi подписали соглашение, по которому они будут совместно развивать водородные технологии.

Водород является наиболее распространенным химическим элементом в природе, так как составляет около 90% от общей массы всех элементов во Вселенной. При этом в чистом виде он практически не встречается. Чаще его можно обнаружить в составе различных химических соединений. А между тем он может быть отличным экологически чистым и безвредным топливом для получения энергии. Таким образом, можно отапливать водородом даже свой собственный дом. Особенно радует тот факт, что водородное топливо можно использовать, если переоборудовать простой газовый котел в водородный. Однако остаётся главная проблема: где взять чистый водород? В свободном доступе его нет, купить его нельзя. Единственный выход — домашний генератор водорода. К счастью, его можно либо собрать своими руками, либо приобрести готовый. Осталось только определиться с видом генератора, которые различаются в зависимости от того, каким способом получается водород.

Читайте также:  Нужно ли менять термопасту на северном мосту

Получение чистого водорода

Водород можно получить различными способами. Вот лишь некоторые из них, являющиеся наиболее доступными и распространёнными:

  • Электролиз воды. Наиболее эффективный способ — высокотемпературный.
  • Химическая реакция воды и аллюминиево-галиевого сплава.
  • Получение водорода при высокотемпературной обработке угля и древесины.
  • Переработка мусора, бытовых отходов.
  • Выделение водорода через переработку биомассы (навоза, сена, водорослей и иных отходов сельского хозяйства).

Большинство способов основаны на применении высоких температур и, к сожалению, в условиях обычного домашнего хозяйства неприменимы. Однако есть несколько путей для получения водорода в домашних условиях.

Электролизный водород

Самый доступный и наиболее широко распространённый способ добычи водорода в домашних условиях — при помощи реакции электролиза воды. Специальное оборудование, называемое электролизером, довольно доступно на рынке. При этом среди производителей встречаются как именитых гиганты (например, Honda), так и мелкие производители из Китая или стран СНГ. И если в случае с первыми в качестве предоставляемой вниманию продукции можно не сомневаться, то вот вторые часто подводят. При этом не стоит особо обращать внимание на их яркую и многообещающую рекламу. Недобросовестному производителю ничего не стоит заявить о том, что его продукт самый качественный, хороший и долговечный на рынке. Однако не всё, что он скажет, окажется правдой. Особенно должна настораживать цена, так как генератор не может быть слишком дешёвым. Дешевизна может указывать на не очень качественные материалы, использованные при работе, или экономию на сборке. Установки дорогие не просто так, а за счёт обеспечения безопасности в том числе. Так как водород является взрывоопасным, его утечка может принести много бед. Некачественные шланги, негерметичный накопительный бак — и всё, взрыв обеспечен. Качество исполнения иногда может «хромать», так что лучше однажды не поскупиться и потратиться на хорошее оборудование.

Хороший электролизер способен похвастаться качеством, компактностью и простотой эксплуатации. Его можно установить в любом уголке помещения и в качестве топлива для получения заветного водорода использовать обычную воду из-под крана. Обычно электролизер состоит из риформера, топливных элементов, очистной системы, компрессора и ёмкости для хранения газа. Электроэнергия поступает из сети питания. Самые современные модели и вовсе оснащены солнечными батареями. Такое оборудование точно быстро окупится за счет минимальных затрат на его использование, даже учитывая не самую маленькую стоимость самого агрегата.

Водород из сельскохозяйственных отходов

Нередко в интернете можно встретить упоминания о биогазовых установках. Смысл их работы сводится к тому, что в генератор загружается навоз, он там перерабатывается и на выходе получается метан. Конечно, может использоваться не только навоз, а любой компостируемый материал. Однако чистый навоз является наиболее продуктивным и доступным. Полученный биогаз затем по трубам поступает на нужды хозяйства и используется как привычный природный газ. Однако у этого способа добычи водорода есть пара минусов:

  • Водород как таковой в данном процессе является лишь побочным продуктом. Для того,чтобы его отделить, требуется дополнительная обработка полученного газа. Как правило, никто этим не занимается и водород благополучно погибает в объятиях пламени вместе с метаном.
  • Необходимо непрерывное поступление сырья. То есть в генератор без остановки должен поступать навоз, и в больших количествах. Очевидно, что обычное частное хозяйство не сможет обеспечить постоянный поток сырья. А покупать его на стороне — не выгодно. Вывод: такой метод получения водорода подходит только относительно крупным хозяйствам, готовым предоставлять такие объёмы. Однако им такая установка выгоды не принесёт, разве что позволит с пользой для хозяйства избавляться от отходов.

Кроме того, на долю водорода на выходе приходится всего лишь 2-12% водорода. То есть основная масса продукта — метан. Чтобы обеспечивать хозяйство именно водородом, потребуется неимоверное количество сырья и огромные производственные мощности. Так что даже крупным хозяйствам невыгодно фокусироваться именно на выделении водорода. Им придётся либо сжигать его вместе с метаном, что и делается на практике, либо пытаться использовать его также в хозяйстве. Однако для выделения и хранения водорода снова потребуется дополнительное оборудование, а значит, дополнительные расходы. Таким образом, биогазовая установка на сегодняшний день является самым невыгодным методом добычи чистого водорода.

Читайте также:  Что делать если зависло обновление windows 10

Изготовление электролизера своими руками

Цены на дорогое зарубежное оборудование часто отпугивают простых владельцев небольших хозяйств. Однажды обжёгшись а недорогом электролизере не очень высокого качества или и вовсе решив не рисковать, умельцы задумываются о самостоятельном изготовлении домашнего генератора водорода. В целом, задача выполнимая, при условии владения определенными знаниями и умениями.

Для того, чтобы сделать собственный электролизер, понадобится приобрести и все составляющие установки, которые были перечислены выше. Кроме того, процесс не заканчивается на этапе выделения топлива. Ведь ещё нужно отделить водород от кислорода и водяного пара, обеспечить его постоянный ток, накопление в нужном объеме и подачу. В результате конечный подсчёт покажет, что самостоятельная сборка обойдётся не на много дешевле покупного генератора, а вот сил и времени уйдёт неимоверное количество. И неизвестно, будет ли полученный результат соответствовать ожиданиям и справляться с поставленной задачей.

Стоимость водорода

Технологии получения водорода влияют на его себестоимость. Итак, себестоимость водорода за 1 кг по мере возрастания составляет:

  • 130 рублей — методом высокотемпературного электролиза на АЭС ;
  • 200 рублей — методом конверсии углеводорода;
  • 320 рублей — методом химической реакции (с АЭС);
  • 350 рублей — методом добычи из биомассы;
  • 420 рублей — методом электролиза;
  • 700 рублей — методом восстановления реагента.

Таким образом, очевидно, что самый дешёвый способ добычи водорода — первый, методом электролиза на АЭС при участии высоких температур. Дело в том, что на АЭС высокие температуры являются побочным производственным эффектом, на их получение не идёт дополнительных затрат. Однако пока ещё ни один из способов получения водорода в качестве топливной энергии не является полностью окупаемым. Ведь даже если купить саму недорогую и при этом эффективную установку, даже если не учитывать её высокую стоимость, всё равно на выделение водорода требуется электроэнергия. Используемое электричество вырабатывается на местных станциях и передаётся по проводам. При этом происходят неизбежные потери энергии.

Есть ли выгода

Существует ложное представление, что отопление дома при помощи водородного топлива обходится чуть ли не в копейки. На самом деле, такую идею распространяют производители электролизеров и иных установок для получения водорода. Словом те, кому такое мнение выгодно. Они говорят, что стоит только один раз потратиться на приобретение этой чудо-машины, и живите себе дальше припеваючи и беззаботно. Однако так ли всё на самом деле?

Стоит лишь на минуту задуматься, чтобы понять, что в реальности дела обстоят не так радужно. Во-первых, сама установка очень дорогая. Даже если собирать агрегат самостоятельно, затраты на комплектующие обойдутся не так уж дёшево. То есть первоначальные затраты очень высоки, а перспективы окупаемости — туманны. Во-вторых, для работы электролизера необходима водопроводная вода, которая тоже не бесплатна. И в-третьих, необходимо учитывать затраты на электроэнергию в том случае, если генератор не работает на солнечных батареях.

Таким образом, выгоды в использовании водорода как топлива для хозяйственных нужд практически нет. Возможно, лишь спустя через десяток-два лет, когда технологии станут более совершенными, использовать водородное топливо будет выгоднее, чем существующие на данный момент альтернативные источники. Однако пока что такой метод обходится чуть ли не в 4 раза дороже. И это с учётом не самых высоких тарифов на элестроэнергию и воду. Даже если брать средние и минимальные значения для России и стран СНГ, стоимость получаемого топлива неоправданно высока. Поэтому использование данного способа отопления своего дома приглянётся разве что ярым защитникам природы, ведь водородные установки абсолютно экологичны.

Будьте осторожны

После установки генератора, как и во время, не следует забывать о технике безопасности. Водород является легковоспламеняющимся взрывоопасным газом без запаха, поэтому его утечка крайне опасна. Чтобы этого избежать, необходимо тщательно проверить все составляющие электролизатора на герметичность: трубки, насос, резервуар. Особенно это относится к самосборным устройствам. Именно они являются наиболее опасными. Кроме того, неизвестно, насколько качественное топливо они будут в итоге подавать. Конечно, вероятность брака может быть высокой и у покупных моделей, особенно неизвестных или непроверенных производителей. Поэтому всегда лучше отдать предпочтение более дорогому, но и более надёжному производителю данного оборудования. Звучит как реклама, но факт остаётся фактом: за качество приходится доплачивать. Хотя не всегда работает правило, что чем дороже, тем лучше. Идеально, если покупатель, делая свой выбор, опирается на знания в данной области. И, самое главное — доверяй, но проверяй. Ведь даже самый известный бренд может произвести брак.

Ссылка на основную публикацию
Драйвер для веб камеры на ноутбук acer
by Acer Inc. After you upgrade your computer to Windows 10, if your Acer Camera Drivers are not working, you...
Logitech deluxe 250 keyboard драйвер
Ниже показаны совместимые с ОС Windows 7 драйвера для Logitech Deluxe 250 USB Keyboard. Каждый драйвер клавиатуры Logitech Deluxe 250...
Medal of honor 2010 отзывы
Неплохой шутер на раз! Не знаю как вам, но мне было весело играть, особенно когда переиграл в КоД и Батлу....
Драйвер для микро сд карты
SD(miniSD,microSD) флеш-карточки формата SDHC (Secure Digital High Capacity), допускают объем от 2 до 32 гигабайт. Эти карточки имеют такой же...
Adblock detector