Газогенератор (электролизер) своими руками. на портале Сделай сам

Газогенератор (электролизер)своими руками (эксперимент).

Решил сделать газогенератор по разложению воды на кислород и водород, чтобы можно было паять твердыми припоями и установить в авто для полного сгорания бензина. В интернете много отчетов по уже изготовленным генераторам, якобы даже работающим.

Нашел нержавейку, нарезал болгаркой 11 пластин 15х15 мм., собрал. Из них потом сделал восьмиугольники. Прокладки резал из авто камеры. Когда вырезал пластины три штуки оставил с одним углом, чтобы было удобнее подключать питание, 8-восьмиугольные. Затем пластины я прошел бруском, чтобы лучше образовывались пузырьки газа. Перед сборкой наклеил с одной стороны на пластины прокладки и во время сборки использовал клей на прокладках. Так собирать удобнее и герметичнее. Ну раз готов генератор, значит можно его испытывать. Залил в полторашку воды, подключил выпрямитель на 14 вольт, 7 ампер, а в результате НИЧЕГО.

Залез опять в интернет, оказалось, что не только у меня, но и ни у кого на воде генератор не работает. А чтобы его расшевелить нужно залить в него электролит. Предложений по приготовлению тоже много- Мистер Мускул, Крот, каустическая сода, пищевая сода, главное, чтобы в его составе был NaOH. На чистой воде генератор работать не хочет. Правда кто-то сделал генератор на воде, но после этого его никто больше не видел, а описание и чертеж не сохранились. Решил сделать электролит из пищевой соды. Налил кипяченой воды,  насыпал соды и мешал, пока она не растворилась полностью (насыщенный раствор). Подключил по временной схеме полторашку с содой, на выходе трубку с иглой от шприца, подал напряжение и стал ждать результата, который не заставил себя ждать. Генератор заработал.

Подключение делал по разному и как в журнале Моделист-конструктор первая и последняя пластины (так хуже работает) и минус на 1 и последнюю пластины, а плюс в середине ( так газа вырабатывается больше). Пробовал подключать другой блок питания 18 вольт 13 ампер, с ним генератор работает веселее.  В итоге пришел к выводу, что чем больше площадь пластин и ампер, тем больше газа выделяется.

Эксперимент удался, теперь буду делать газогенератор из 50 пластин размером 20х20 мм. Чтобы уйти от применения гидро затвора на выходе, хочу использовать бачок омывателя от ВАЗ, то есть подача и обратка внизу бачка, ниже бачка генератор, а выход газа сверху. Будет постоянное пополнение электролитом самого генератора, а так же электролит будет дополнительно выполнять роль гидрозатвора, а сверху бачка-омывателя выход газа на горелку. Делать буду генератор мобильным, чтобы можно было его установить на авто и в любое время можно было его снять и использовать в качестве горелки для пайки.

Рисовать ничего не стал, так как в интернете очень много работ, можете посмотреть там. Думаю, что достаточно фотоотчета.

Прислал в редакцию: Николай Евдокимов.

 

Электролизер для отопления дома — Система отопления

Система отопления имеет терморегуляторы, механизм управления тепла, крепежную систему, фиттинги, автоматические развоздушиватели, радиаторы, расширительный бачок, циркуляционные насосы котел отопления, провода или трубы.

Любой элемент большою роль. Посему выбор частей монтажа нужно осуществлять технически правильно. Монтаж обогрева квартиры имеет различные элементы. На этой странице ресурса мы сможем определить для нужной дачи нужные части отопления.

Электролизер для отопления дома

Водород – один из источников отопления дома

В средневековье известным ученым Парацельсом в ходе опытов был замечен такой процесс, как выделение пузырьков воздуха при взаимодействии железа и серной кислоты. Однако это был не воздух, а водород. Это легкий газ, который не имеет ни цвета, ни запаха. А если он смешивается с кислородом, то газ является взрывоопасным. Сегодня отопление на водороде своими руками – это распространенное явление. Ведь водород можно получить в любом количестве, где есть вода и электричество.

Под действием электролиза молекулы воды делятся на кислород и водород. Последний обладает массой уникальных свойств. В жидком состоянии при температуре -250 градусов Цельсия это наиболее легкая жидкость, а в твердом состоянии – самое легкое вещество. Атомы водорода являются самыми маленькими. А при смешивании с атмосферным воздухом водород превращается в смесь, которая способна взорваться от даже самой маленькой искры.

В век технологий существует множество вариантов отопить свой дом. Однако любители самостоятельно создавать разные технические приспособления могут сделать отопление дома водородом своими руками. Это экологически чистый, в то же время, очень мощный источник тепла, благодаря которому можно отопить большое помещение.

Котел отопления на водороде итальянского производства

Водородное отопление дома было разработано одной из компаний в Италии. Когда такая установка работает, она не производит никаких вредных выбросов. Таким образом, это экологически чистое, эффективное, бесшумное отопление дома.

Ученые разработали способ сжигать водород для отопления дома при такой температуре, как 300 градусов по Цельсию. Благодаря этому появилась возможность производить котлы для отопления из традиционных материалов. Такого типа котлы для функционирования не требуют специальной системы отвода продуктов сгорания в атмосферу, так как здесь таковых продуктов нет. В данном случае выделяется только пар, не вредный для окружающей среды. А получить водород – это доступный процесс. Все, на что будут идти расходы, – это только электроэнергия. А если вы будете, используя водородный генератор для отопления, задействовать еще и солнечные панели, то и затраты на электричество можно минимизировать.

Чаще всего котел на водороде применяется для того чтобы обогревать полы. И такие системы на сегодняшний день можно найти с самой разной мощностью. Монтируются они собственноручно.

Водородная установка для отопления дома состоит из следующих компонентов: котел и трубы, имеющие диаметр 25-32 мм (1-1,25 дюймов). Трубы других размеров используются редко. Трубы можно смонтировать самостоятельно, но здесь следует выполнять одно условие – после каждого разветвления диаметр должен быть меньшим. И порядок уменьшения диаметра следующий – труба D32, труба D25.

После разветвления – труба D20, последняя – труба D16. Когда такое правило соблюдается, то водородная горелка для отопления будет работать эффективно и качественно.

Водородное отопление имеет несколько важных достоинств, которые обусловливают распространенность системы:

• Это экологически чистые системы. И здесь единственным побочным продуктом, выбрасывающимся в атмосферу при работе, является вода в состоянии пара. Этот пар никоим образом не наносит вред окружающей среде.
• Водород в системе отопления функционирует без применения пламени. Тепло создается в результате каталитической реакции. Когда водород соединяется с кислородом, получается вода. При этом выделяется много тепловой энергии. Поток тепла температуры примерно 40 градусов идет в теплообменник. Для теплых полов – это идеальный температурный режим.
• Очень скоро водородное отопление своими руками сможет заменить традиционные системы, таким образом, освободив общество от добывания разного топлива – нефти, газа, угля и дров.

КПД, который вырабатывает отопление частного дома водородом, может достигнуть 96%.

Еще одним способом, в настоящее время довольно спорным, является применение газа Брауна для отопления. Газ брауна для отопления дома является химическим соединением, состоящим из двух атомов водорода и одного атома кислорода. При сгорании такого газа создается практически в 4 раза больше энергии.

Установка для получения газа Брауна

Источник: http://otoplenie-doma.org/otoplenie-na-vodorode.html

Электролизер для отопления дома

Прошли те времена, когда частный дом можно было обогреть одним-единственным способом — русской печью. Благо, в нашем современном мире, цивилизация добралась и до загородных домов. Теперь любой человек желает иметь свой дом, со всеми удобствами и комфортом. Усовершенствованные технологии и материалы дают возможность оборудовать отопление частного дома различными способами, а в качестве теплоносителя можно использовать — воду, пар, антифриз, а также газообразное вещество.

Как видите, выбор очень большой. И изучив все плюсы и минусы данных систем, можно выбрать для себя наиболее подходящий вариант. Сейчас мы здесь обсудим, как можно использовать газ Брауна в системе отопления. В народе его еще обзывают: коричневым или зеленым газом, оксигидрогеном.

Немного углубимся в теорию, чтобы вам было понятно, что собой представляет — это газообразное вещество. Газ Брауна — это «гремучий» газ без цвета и запаха, состоящий из двух частей газообразного водорода и одной части кислорода. Химическая формула газа Брауна (ННО).

На сегодняшний день — отапливание дома водородом, это ноу-хау, которое хоть и не имеет масштабного использования, но уже успело завоевать и привлечь к себе пристальное внимание потребителей. В интернет сообществе активно дискутируют на тему, целесообразно ли использовать газ Брауна для систем отопления.

Дискуссии идут в нескольких направлениях:

1. С точки зрения безопасности — можно ли газ «гремучку» использовать и при этом не произойдет никакого взрыва, так как водород славится своей взрывоопасностью.
2. Экономичность получения этого продукта — стоит ли он тех затрат, которые будут затрачены на получения этого газа.

Давайте разберемся, откуда этот газ появляется. Есть устройство обзываемое генератором газа Брауна — предназначен он для получения того самого газа, о котором так активно рассуждает интернет сообщество. Данное изобретение позволило снизить затраты на производство водорода и значительно уменьшить количество вредных выбросов. Под действием переменного тока, вода расщепляется на самостоятельные составляющие, на два атома водорода НН и атом О (кислорода). Если выражаться научным языком, то этот метод называется — электролизом воды, в результате чего получается газ с химической формулой ННО.

Для того чтобы расщепить воду методом электролиза необходимо затратить 442,4 килокалории на Моль. В итоге из одного литра воды получится — 1866,6 литров гремучего газа. При сгорании водорода, вступившим в реакцию с кислородом, энергии возвращается в 3,8 раза больше, чем было затрачено на его получение. Добывая водород таким способом, можно использовать его для энергообеспечения зданий и сооружений.

У многих сограждан наслышавшись о такой системе, возникают вопросы:

1. Возможно ли «гремучку» применить для отапливание дома?
2. Сколько выделяется при электролизе — газа Брауна?
3. Как будет происходить процесс горения?
4. Есть ли на Российском и Зарубежном рынке — готовое запатентованное устройство, которое будет преобразовывать воду в «гремучку»?
5. Конечно же, еще многих волнует вопрос — экономичность и безопасность такой системы.

Отопление домов газом Брауна на сегодняшний момент, в силу своей новизны, еще не приобрело широкого применения. Производители водородных котлов, только начинают набирать свои обороты в изготовлении и поставках их на Российский и Западный рынки.

На сегодняшний момент, генераторы газа Брауна, активно используются на рынке автолюбителей. Все мы знаем, что топливо в двигателе внутреннего сгорания сгорает не эффективно. В двигателе авто сгорает лишь 40% топлива, а остальные 60%, можно сказать, улетают в воздух. Эта система дает сильный прирост мощности двигателя, что позволяет экономить бензин, а также снижает количество вредных выбросов в атмосферу, что благоприятно сказывается на нашей экологии. К сожалению, на сегодняшний день водородные генераторы, практически, можно использовать только для автомобилей. Для системы отопления, промышленные выпускаемые генераторы, использовать нельзя. Они для этого еще плохо приспособлены и не до конца разработаны. Да еще выбор в магазинах очень скуден и невелик.

Но откуда тогда пошел слух, что газ Брауна можно использовать для отопления. А это непросто слух, а уже доказанный факт, как многие наши сограждане устанавливают самодельные генераторы газа Брауна, у себя в частных домах, в гаражных кооперативах.

Всеобщий интерес к генераторам газа Брауна, продолжает набирать обороты. Существует большое количество людей, которые планируют или уже собирают своими руками водородные генераторы для котла. Цена на них, мягко говоря, слегка завышена, коэффициент полезного действия (КПД) редко превышает 50% и никогда не превышает даже 90%. На сегодняшний день есть только одно верное решение. Этот генератор необходимо будет сделать самому, для того, чтобы он работал эффективно. с КПД более единицы.

Потребители, которые уже опробовали такую систему для отапливания своих домов. отмечают положительную динамику при использовании данной системы.

Генератор газа Брауна можно собрать несколькими способами. Для того чтобы собрать такую установку в домашних условиях, необходимо приобрести некоторые комплектующие.

Емкость для дистиллированной воды. Вода будет подаваться в герметичную конструкцию с диэлектриком, где располагается комплект собранных нержавеющих пластин, примыкающих друг к другу через изолятор. На нержавеющие пластины должно поступать напряжение 12 Вольт, при таком напряжении происходит распад воды на газы. Но наиболее результативный способ — это подача переменного тока с определенной частотой от ШИМ генератора, где вместо постоянного тока используется переменный или импульсный ток, при этом эффективность установки резко возрастет.

Комплектующие приобретены, теперь начинаем все это собирать.

Для этого нам понадобятся: ​​

• нержавеющие трубки разных диаметров или листовой нержавеющий металл;
• шим регулятор с мощностью не меньше 30 А;
• емкость для размещения этой конструкции;
• для питания, необходим источник — 12 Вольт.

На Шим подается напряжение, регулятор образует напряжение с необходимой частотой. От того какая будет частота, зависит плодотворность выработки газа. Затем напряжение подается на нержавеющие трубки или пластины, в которых находится вода. В них, под действием тока, выделяется «гремучка». Далее она поступает по гибким трубкам в емкость осушителя. А уже из осушителя, газ подается в контур подачи воздуха.

Такую установку можно применять для отапливания: гаражных кооперативов, загородных домов, все зависит от полета вашей фантазии. Чтобы применить данную установку для отапливания дома, нужно переделать твердотопливный котел или газовый, под газ Брауна. Если вы все-таки надумаете собирать и активно использовать данную самодельную установку, то вы получите дешевое топливо. И экологически чистый продукт, который не загрязняет воздух. При сборке генератора газа Брауна, у вас будут возникать вопросы. Здесь мы ответим на наиболее часто задаваемые вопросы.

Какую воду использовать, обычную водопроводную или дистиллированную?

Можно использовать водопроводную воду, если в ней нет тяжелых металлов или дистиллированную. Но лучший эффект достигается при использовании раствора гидроксида натрия, добавленного в дистиллированную воду. Необходимо соблюсти пропорцию, на десять литров воды нужно добавить одну столовую ложку гидроксида натрия и тщательно размешать.

Какой металл использовать?

В разных пособиях и руководствах, пишут о том, что необходимо использовать только редкие металлы.

Вас вводят в заблуждение. Можно использовать любую нержавеющую сталь. Самые хорошие результаты при работе со сталью, показала ферромагнитная сталь, которая не притягивает частицы ненужного мусора. Еще один важный момент, главное, при выборе металла, отдать предпочтение нержавеющей стали, и чтобы она не была подвержена окислению.

Насколько долговечны пластины электродов?

Менять пластины на новые нет надобности, так как при работе они совсем не разрушаются.

Что нужно сделать, чтобы подготовить пластины для электродов? И как правильно это сделать?

В первую очередь, перед сборкой пластин их необходимо очень тщательно промыть в мыльном растворе, а потом обработать их поверхность спиртосодержащим веществом (водкой или спиртом). Электролизер некоторое время необходимо «погонять», периодически заменяя грязную воду, на чистую. Продолжаем до тех пор, пока вода не вымоет всю грязь. Если вода будет достаточно чистая, то установка нагреваться не будет.

Если вы собрали электролизер правильно, то при его использовании вода и пластины нагреваться не будут. Важно не перегревать электролизер выше 65 градусов. Если температура поднимется выше указанной температуры, то к пластинам пристанет грязь, металлы с минералами. И их придется удалять при помощи наждачной бумаги или заменять их на новые.

Источник: http://teplo.guru/sistemy/otoplenie-gazom-brauna.html

Так же интересуются

06 ноября 2021 года

Три предприятия Cummins по производству водорода, помогающие строить зеленую экономику

Топливные элементы не являются новыми. На самом деле, первая ссылка на водородные топливные элементы появляется в 1838 в декабрьском номере Лондонской и Эдинбургской философской журнала и журнала Science . Почти 200 лет спустя, мир признает топливные элементы в качестве ключевой технологии для того, чтобы открыть углерод-нейтральное будущее.

Вот что это такое, как они работают и два типа топливных элементов, которые компания Камминс инвестирует в это.

Что такое топливный элемент в простых терминах?

Как и аккумуляторные батареи, топливные элементы являются преобразователями энергии — они используют электрохимическую реакцию для того, чтобы взять химическую энергию, храненную в источнике топлива, и преобразовать ее в электричество. В отличие от аккумуляторных батарей, содержащих фиксированный запас энергии, топливные элементы не требуют подзарядки. До тех пор, пока топливо будет непрерывно поставляться в топливный элемент, будут производиться электричество, вода и тепло.

Как работает топливный элемент?

Топливный элемент состоит из двух электродов и мембраны электролитов. Электроды называются катодом и анодом, и они сэндвич между ними мембраны электролита. В рамках этой системы происходит ряд химических реакций, отделяем электроны от молекул топлива для создания энергии.

Топливо, как правило, водород подается на анод с одной стороны, а кислород подается в катод на другой. На аноде молекулы водородных топливных соединений разделены на протоны и электроны, которые будут преодолевать различные пути к катоду. Электроны проходят через электрическую цепь, что создает поток электричества. Протоны перемещаются через электролит на катод. После того, как на катод, молекулы кислорода реагируют с электронами и протонов, чтобы создать молекулы воды.

Топливный элемент является экологически чистым источником энергии, и единственными побочными продуктами являются электричество (питание), тепло и вода. Один только один топливный элемент обеспечивает лишь несколько ватт мощности; Таким образом, несколько топливных элементов могут быть сложены вместе, чтобы создать стек топливных элементов. При комбинированном стеке выход топливных элементов может сильно отличаться от всего лишь нескольких киловатт мощности до установок с несколькими мегаваттом.

Какие виды топлива можно использовать в топливных элементах?

Топливные элементы обеспечивают гибкость в типе топлива, который можно использовать. Несмотря на то, что водород является наиболее распространенным источником топлива для топливных элементов (отсюда и общее название, водородные топливные элементы), богатые водородом виды топлива, такие как природный газ и аммиак, также являются жизнеспособными источниками топлива.

водород: При использовании возобновляемых источников электроэнергии, таких как солнечная, ветровая и гидроэнергетика-водород полностью декарбонизирован и обеспечивает нулевой уровень выбросов. Водородные топливные элементы (т. е. топливные элементы, питаемые водородом) вырабатывают мощность, тепло и воду и не выделяют в атмосферу углекислого газа и других загрязняющих веществ.

Природный газ : Поскольку в настоящее время продолжается широкомасштабное производство зеленого водорода, на данный момент на природном газе используется наиболее используемое топливо для питания топливных элементов. В этом случае топливные элементы не являются полностью свободными от выбросов, однако они обеспечивают значительно меньший уровень выбросов по сравнению с другими топливами, такими как нефть и уголь.

аммиак: Аммиак наиболее часто используется в сельском хозяйстве в качестве удобрения. Однако, в последние годы, несколько компаний, которые работают по разработке Green аммиака . Зеленый аммиак производится с водородом, что происходит от электролиза воды с использованием альтернативных источников энергии, что делает его еще одним вариантом для низкоуглеродистой топлива.

Какие типы топливных элементов используется для инвестирования в КАММИНЗ?

Есть шесть типов топливных ячеек, которые находятся в разработке, каждый из которых в первую очередь классифицирован, как электролит, который они используют. У каждого типа топливных элементов есть свои преимущества, ограничения и потенциальные возможности применения. Из шести, КАММИНЗ признал потенциал в двух типах топливных элементов-мембранные топливные генераторы и твердые Оксимы топливные элементы -и вложил средства в развитие их технологий и их применения.

топливные элементы с протонными обменными мембраном (ppем): Этот тип топливного элемента, также именуемый в виде полимерных мембранных топливных элементов, использует полимерный электролит и работает при более низких температурах около 80 градусов Цельсия. Эти топливные элементы больше подходят для мобильных и резервного энергоснабжения, благодаря высокой удельной удельной удельной мощности и быстрой возможности пуска.

Твердые оксидные топливные элементы (SoCs): В соке используются твердые, не пористые керамические смеси в качестве электролита и работают при высокой температуре, которая достигает 1 000 градусов Цельсия. Этот тип топливных элементов является наиболее подходящим для стационарных применений, поскольку он является высокоэффективным и гибким в отношении топлива. Кроме того, в целях повышения общей эффективности системы может использоваться также использование тепла, которое используется в качестве отходов.

Зачем инвестировать в топливные элементы?

Уже лидеры в области электролиззеров, производящих зеленый водород за счет электролиза, мы работаем над тем, чтобы сделать зеленый водород более доступным для использования в будущем в топливных элементах. Компания КАММИНЗ была награждена министерством энергетики США в целях содействия развитию компании и видела, что наши топливные элементы успешно поддерживают работу электрических транспортных средств аккумуляторной батареи.

Топливные элементы могут предшествывать началу Камминза, но мы не тратим время на обнаружение того, как продвигать их технологию для создания будущего с нулевым уровнем выбросов.

Математическое моделирование МГД-стабильности алюминиевого электролизера

Author:

Савенкова, Н.П.

Мокин, А.Ю.

Удовиченко, Н.С.

Пьяных, А.А.

Savenkova, Nadejda P.

Mokin, Andrei Yu.

Udovichenko, Nellya S.

Pianykh, Artem A.

Journal Name:

Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies, 2020, 13(2)

Abstract:

В работе описана математическая модель магнитной гидродинамики и теплообмена в алюминиевом электролизере. В модели учитывают три фазы: газ, электролит и металл, исследуют их взаимодействие. Проведено математическое моделирование динамики границы раздела сред алюминий-электролит в зависимости от распределения потенциала по аноду для электролизера Содерберга и многоанодного электролизера. Проведенное численное исследование позволило сделать вывод о том, что электролизер Содерберга менее МГД- стабилен, чем многоанодный электролизер с обожженными анодами. Выполнены расчеты МГД-стабильности при изменении формы рабочего пространства ванны для различных форм настыли и гарнисажа. Была рассчитана граница раздела сред электролит- металл и граница зоны обратного окисления, которая определяется пространственным распределением газовой фазы. Расчеты позволяют достаточно точно прогнозировать развитие МГД-нестабильности в ванне при различных условиях проведения технологического процесса, что минимизирует потери выхода металла по току

 

The paper describes a mathematical model of magnetic hydrodynamics and heat transfer in an aluminum electrolyzer. The model takes into account three phases: gas, electrolyte and metal, and investigates their interaction. Mathematical modeling of the dynamics of the aluminumelectrolyte interface is carried out depending on the potential distribution over the anode for the Soderberg electrolyzer and the multi-anode electrolyzer. A numerical study made it possible to conclude that the Soderberg electrolyzer is less MHD-stable than a multi-anode electrolyzer with burnt anodes. Calculations of MHD stability are carried out when changing the shape of the working space of the bath for various forms of accretion and skull. The interface between the electrolyte-metal media and the boundary of the reverse oxidation zone, which is determined by the spatial distribution of the gas phase, were calculated. The calculations make it possible to accurately predict the development of MHD instability in the bath under various conditions of the process, which minimizes the loss of metal current efficiency

 

практические советы по изготовлению и монтажу Печь на водороде своими руками чертежи

С экранов телевизоров нам заявляют, что количество нефти стремительно уменьшается, и вскоре бензиновые машины отойдут в далёкое прошлое. Вот только это не совсем верно.

Действительно, количество разведанных запасов нефти не очень велико. В зависимости от степени потребления их может хватить на период от 50 до 200 лет. Но в этой статистике не учитываются до сих пор неразведанные места нефтедобычи.

В действительности нефти на нашей планете более чем достаточно. Другой вопрос, что сложность её добычи постоянно возрастает, а значит, растёт и цена. К тому же нельзя списывать со счетов экологический фактор. Выхлопные газы сильно загрязняют среду и с этим нужно что-то делать.

Современная наука создала множество альтернативных источников энергии вплоть до двигателя ядерного распада в ваших машинах. Но большинство из этих технологий пока что представляют собой концепты без возможности реального применения. По крайней мере, так было до недавнего времени.

С каждым годом машиностроительные компании выпускают всё больше машин, работающих на альтернативных источниках питания. Одним из самых эффективных решений в данном контексте является водородный двигатель от бренда «Тойота». Он позволяет полностью забыть про бензин, делая автомобиль экологичным и дешёвым транспортом.

Водородные двигатели

Типы водородных двигателей и их описание

Наука непрерывно развивается. Каждый день придумываются новые концепты. Но только лучшие из них воплощаются в жизнь. Сейчас существует всего два типа водородных двигателей, которые могут быть рентабельными и производительными.

Первый тип водородного двигателя работает на топливных элементах. К сожалению, водородные двигатели данного типа до сих пор имеют высокую стоимость. Дело в том, что в конструкции содержаться дорогие материалы вроде платины.

Ко второму типу относятся водородные двигатели внутреннего сгорания. Принцип работы таких устройств сильно напоминает пропановые модели. Именно поэтому их часто перенастраивают для работы под водород. К сожалению, КПД подобных устройств на порядок ниже тех, что функционируют на топливных элементах.

На данный момент тяжело сказать, какая из двух технологий по созданию водородных двигателей победит. У каждой есть свои плюсы и минусы. В любом случае работы в данном направлении не прекращаются. Поэтому, вполне возможно, что к 2030 году машину с водородным двигателем можно будет купить в любом автосалоне.

Принцип работы

Водородный двигатель работает на основе принципа электролиза. Данный процесс происходит в воде под воздействием специального катализатора. В результате выделяется гидроген. Его химическая формула следующая — ННО. Газ не обладает взрывоопасными качествами.

Важно! Внутри специальных ёмкостей газ смешивается с топливно-воздушной смесью.

В состав генератора входит электролизер и резервуар. За процесс генерации газа отвечает модулятор тока. Для обеспечения наилучших результатов в инжекторных водородных двигателях устанавливается оптимизатор. Это устройство отвечает за регулирование соотношения топливно-воздушной смеси и газа Брауна.

Характеристики катализаторов

Катализаторы, используемые для создания нужной реакции в водородном двигателе, могут быть трёх видов:

1. Цилиндрические банки. Это самая простая конструкция, работающая на довольно примитивной системе управления. Производительность водородного двигателя, работающего с данным катализатором, не превышает 0,7 литра газа в минуту. Такие системы могут использоваться на машинах с водородным двигателем объёмом до полутора литра. Увеличение числа банок позволяет превысить данный лимит.
2. Раздельные ячейки. Считается, что именно такой тип катализатора является наиболее эффективным. Производительность системы составляет более двух литров газа в минуту, КПД — максимальный.
3. Открытые пластины или сухой катализатор. Данная система рассчитана на длительный срок работы. Производительность колеблется в диапазоне от одного до двух литров газа в минуту. Открытое расположение обеспечивает максимально эффективное охлаждение.

Эффективность водородных двигателей с каждым годом растёт. Сейчас начинают вводиться в эксплуатации гибридные устройства, функционирующие на водороде и бензине. В свою очередь, конструкторы не прекращают искать наиболее эффективной модели катализатора, обеспечивающей ещё большую производительность.

Водородный двигатель своими руками

Генератор

Чтобы создать эффективный водородный двигатель для автомобиля своими руками, нужно начать с генератора. Самый простой самодельный генератор — это герметичная ёмкость с жидкостью, в которую погружаются электроды. Для такого устройства достаточно источника питания в 12 В.

Штуцер устанавливается на крышке конструкции. Он отводит смесь водорода с кислородом. Собственно, это и есть основа генератора для водородного двигателя, которая подключается к ДВС.

Чтобы создать полноценную систему также понадобится дополнительный накопитель и аккумулятор. В качестве корпуса лучше всего использовать водопроводный фильтр или же можно купить специальную установку. В последней применяются цилиндрические электроды повышенной производительности.

Как видите, выделить нужный газ для реакции не так-то уж и сложно. Намного сложнее произвести его в нужном для водородного двигателя количестве. Чтоб повысить эффективность необходимо использовать электроды из меди. В крайнем случае подойдёт и нержавейка.

В ходе реакции ток должен подаваться с разной силой. Поэтому без электронного блока не обойтись. К тому же в резервуаре всегда должно быть определённое количество воды, чтобы реакция проходила в нормальных условиях. Система автоматической подпитки в водородном двигателе решает эту проблему. Интенсивность электролиза обеспечивает достаточное количество соли.

Важно! Если вода дистиллированная, электролиза не будет вовсе.

Чтобы сделать воду для водородного двигателя необходимо взять 10 литров жидкости и добавить столовую ложку гидроксида.

Устройство водородного двигателя

В первую очередь нужно позаботиться о дополнительных резервуарах и трубопроводе. Водородный двигатель нуждается в датчике уровня воды, который устанавливается в середине крышки. Это предотвратит ложное срабатывание при движении вверх-вниз. Именно он будет давать команду системе автоматической подпитки, когда это понадобится.

Особую роль играет датчик давления. Он включается на показателе в 40 psi. Как только внутреннее давление достигнет показателя в 45 psi, подкачка отключается. При превышении 50 psi сработает предохранитель.

Предохранитель водородного двигателя должен состоять из двух частей: вентиля аварийного сброса и разрывного диска. Разрывной диск активируется, когда давление достигает 60 psi, не нанося никакого вреда системе.

Для отвода тепла нужно использовать самую холодную свечу. Не подходят свечи с платиновыми наконечниками. Платина — отличный катализатор для реакции водорода и кислорода.

Важно! Уделите особое внимание созданию вентиляции картера водородного двигателя.

Электрическая часть

Важную роль в электрической схеме водородного двигателя играет таймер 555. Он выполняет роль импульсного генератора. Мало того, с его помощью можно регулировать частоту и ширину импульса.

Важно! Таймер имеет три частотных диапазона. Сопротивление резисторов в пределах 100 Ом. Подключение происходит параллельно.

В плате водородного двигателя должно быть два импульсных таймера 555. При этом первый должен иметь конденсаторы большей ёмкости. Выход с ноги 3 поступает на второй генератор. Он его собственно и включает.

Третий выход второго таймера импульсного водородного генератора подключается к резисторам на 220 и 820 Ом. Транзистор усиливает ток до нужной величины. За его защиту отвечает диод 1N4007. Это обеспечивает нормальную работу всей системы.

Итоги

Сейчас водородный двигатель уже не плод фантазии учёных, а вполне реальная разработка, которую можно сделать самостоятельно. Конечно, по характеристикам подобный агрегат будет уступать заводской модели. Но экономия для ДВС всё равно будет заметной.

Водородные двигатели не просто помогают сократить потребление бензина, но и являются полностью безопасными для окружающей среды. Именно поэтому уже в первом квартале продажи водородного автомобиля марки «Тойота» побили все рекорды в Японии.

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.

Раньше загородные дома можно было отапливать только одним способом – растапливали печь дровами или углем. Сегодня же для отопления частного дома используют разнообразное топливо: дизель, мазут, природный газ, электричество. Однако с ростом цен на топливо многие владельцы домов стараются найти более дешевый способ отопления. Одним из них является обычная вода, которую использует водородный генератор для образования такого топлива, как водород. Водород является неиссякаемым источником энергии. Его можно применять не только для обогрева помещений, но и для автомобиля.

Генератор водорода: устройство и его принцип работы

Использовать водород для обогрева жилых домов очень выгодно, так как он обладает высокой теплотворной способностью и при этом не происходит выделения вредных веществ. Однако в чистом виде добыча водорода невозможна, большое содержание его находится в реках, морях и океанах. Организм человека даже состоит из 63% водорода.

Чистый водород можно получать из многих различных химических соединений, например, водорода и кислорода. Самый известный способ получения водорода – это электролиз воды.

Чтобы получить чистый водород необходимо воду расщепить на два атома (НН) водорода и атом кислорода (О). Это и есть принцип работы водяного генератора: получение водорода с помощью электролиза. Газ, который выделяется при этом, назвали в честь великого физика Брауна и он имеет формулу ННО. Такой газ при сгорании не образует вредных веществ и является экологически чистым продуктом. Однако смесь водорода с кислородом образует в итоге горючий газ, который является взрывоопасным. Поэтому используя в домашних условиях электролизер, нужно соблюдать дополнительные меры безопасности.

Водяной двигатель имеет такое устройство:

• Генератор водородного типа, где и происходит электролиз;
• Горелка, она устанавливается в самой топке;
• Котел, он выполняет функцию теплообменника.

На производство такого газа, как браун, используется в четыре раза меньше энергии, чем выделяется при его сгорании. Электричество при этом расходуется очень экономно, а топливо, которое ему необходимо – это обычная вода.

Водородный генератор: его достоинства и недостатки

Сегодня электролизёр является таким же привычным устройством, как например, плазменный резак или ацетиленовый электрогенератор. Такая электролизная установка, работающая на воде (печка), стала достаточно популярной, ее применяют для обогрева частных домов, а так же устанавливают на мотоцикл или авто для экономии топлива.

Водородный генератор является экологически чистым топливом, единственным отходом, который он вырабатывает, есть вода. Она выделяется в газообразном состоянии и известна нам, как водяной пар. А он, в свою очередь, никакого негативного влияния на окружающую среду не оказывает.

Такое устройство обладает и другими положительными достоинствами, но так же и недостатками. Самый важный недостаток – это его взрывоопасность. Однако соблюдая все предосторожности и правила безопасности, можно избежать негативных последствий.

Водородный реактор имеет свои преимущества:

• Работает на воде;
• Экономит электричество;
• Является экологически чистым;
• Высокий КПД;
• Простота обслуживания.

Такой прибор HHO можно приобрести в готовом виде в специализированном магазине, стоит он будет, конечно совсем не дешево. Однако можно сделать его и своими руками из доступных деталей, сэкономив при этом приличную сумму. Однако ему нужна защита от воды и отдельный домик для хранения.

Самодельный водородный генератор: пошаговая инструкция

Изготовление водородного генератора можно осуществит в домашних условиях, но для этого будут нужны чертежи и пошаговая инструкция всего процесса. Схема электролизера очень проста (ее можно смотреть в интернете), поэтому каких-либо специфических материалов практически не понадобится.

Для создания самодельного генератора водорода нам понадобятся некоторые инструменты и материалы: пластиковый контейнер или полиэтиленовая канистра с крышкой, прозрачная трубка длиной 1м, с диаметром 8 мм, болты, гайки, силиконовый герметик, лист нержавейки, 3 штуцера, обратный клапан, фильтр, ножовка по металлу, гаечные ключи и нож.

Собрав все это, можно приступать к его изготовлению. Сборка осуществляется по чертежам, которые можно найти в интернете или же заказать у специалиста.

Инструкция изготовления:

• Из листа нержавейки вырезаем 16 одинаковых пластин.
• Сверлим отверстие в одном из углов. Угол должен быть одинаковым у всех 16.
• Противоположный угол обязательно спиливаем.
• Устанавливаем пластины поочередно на приготовленные болты, изолируя их шайбами и полиэтиленовыми трубками. Они не должны контактировать между собой.
• Стягиваем всю конструкцию гайками, получается батарея.
• Крепим данную конструкцию в пластиковую емкость, отверстия смазать герметиком.
• Просверливаем отверстия в крышке, обрабатываем их так же силиконом, затем вставляем штуцера.

Самодельный кислородный гидролизер готов. Теперь его только нужно проверить на работоспособность. Для этого нужно заполнить емкость водой до болтов крепления и закрыть ее крышкой. Одеваем на один из трех штуцеров шланг из полиэтилена, а второй его коней опускаем в отдельную емкость, заполненную так же водой. К болтам нужно подключить электричество, если на поверхности появились пузырьки, значит, генератор работает и выделяет водород. После такого подключения и проверки, воду сливаем, а затем заливаем в емкость готовый щелочной электролит, чтобы получить больше выделяемого газа.

Электролизер для автомобиля: виды катализаторов

Водородный генератор, при установке, способен снизить расход топлива у легковых или грузовых машин, мотоциклов, а так же сократит выброс в атмосферу вредных веществ. На сегодняшний день, такой генератор для автомобиля приобретает популярность. Процесс электролиза в авто происходит благодаря применению специального катализатора. В конечном итоге получается оксиводород (ННО), который смешиваясь с топливом, что и способствует его полному сгоранию.

Благодаря такой установке можно сэкономить горючее на 50%. А так же, установив данную конструкцию в свой автомобиль, вы не только уменьшите токсичные выхлопы, но и: увеличите эксплуатационный срок двигателя, снизите температуру самого мотора и при этом повысите мощность всего силового агрегата.

Все процессы, которые происходят в водородном генераторе, происходят автоматически по специальной программе. Эта программа вшита в компьютер, который и управляет всем автомобилем. Машина без него попросту не будет работать.

Существует несколько видов катализаторов:

• Цилиндрические;
• С открытыми пластинами или их еще называют сухими;
• С раздельными ячейками.

Самостоятельно водородный генератор можно изготовить, однако специалисты делать этого не рекомендуют, так как это устройство очень сложное по конструкции и при этом еще не безопасно. Если вы все же решили сделать его сами, тогда лучше всего подойдет для этих целей аккумулятор, вышедший из строя.

Электролиз широко используется в производственной сфере, например, для получения алюминия (аппараты с обожженными анодами РА-300, РА-400, РА-550 и т.д.) или хлора (промышленные установки Asahi Kasei). В быту этот электрохимический процесс применялся значительно реже, в качестве примера можно привести электролизер для бассейна Intellichlor или плазменный сварочный аппарат Star 7000. Увеличение стоимости топлива, тарифов на газ и отопление в корне поменяли ситуацию, сделав популярной идею электролиза воды в домашних условиях. Рассмотрим, что представляют собой устройства для расщепления воды (электролизеры), и какова их конструкция, а также, как сделать простой аппарат своими руками.

Что такое электролизер, его характеристики и применение

Так называют устройство для одноименного электрохимического процесса, которому требуется внешний источник питания. Конструктивно это аппарат представляет собой заполненную электролитом ванну, в которую помещены два или более электродов.

Основная характеристика подобных устройств – производительность, часто это параметр указывается в наименовании модели, например, в стационарных электролизных установках СЭУ-10, СЭУ-20, СЭУ-40, МБЭ-125 (мембранные блочные электролизеры) и т.д. В данных случаях цифры указывают на выработку водорода (м 3 /ч).

Что касается остальных характеристик, то они зависят от конкретного типа устройства и сферы применения, например, когда осуществляется электролиз воды, на КПД установки влияют следующие параметры:

Таким образом, подавая на выходы 14 вольт, мы получим 2 вольта на каждой ячейке, при этом на пластинах с каждой стороны будут разные потенциалы. Электролизеры, где используется подобная система подключения пластин, называются сухими.

1. Расстояние между пластинами (между катодным и анодным пространством), чем оно меньше, тем меньше будет сопротивление и, следовательно, больший ток пройдет через раствор электролита, что приведет к увеличению выработки газа.
2. Размеры пластины (имеется в виду площадь электродов), прямо пропорциональны току, идущему через электролит, а значит, также оказывают влияние на производительность.
3. Концентрация электролита и его тепловой баланс.
4. Характеристики материала, используемого для изготовления электродов (золото – идеальный материал, но слишком дорогой, поэтому в самодельных схемах используется нержавейка).
5. Применение катализаторов процесса и т.д.

Как уже упоминалось выше, установки данного типа могут использоваться как генератор водорода, для получения хлора, алюминия или других веществ. Они также применяются в качестве устройств, при помощи которых осуществляется очистка и обеззараживание воды (УПЭВ, VGE), а также проводится сравнительный анализ ее качества (Tesp 001).

Нас, прежде всего, интересуют устройства, производящие газ Брауна (водород с кислородом), поскольку именно эта смесь имеет все перспективы для использования в качестве альтернативного энергоносителя или добавок к топливу. Их мы рассмотрим чуть позже, а пока перейдем к конструкции и принципу работы простейшего электролизера, расщепляющего воду на водород и кислород.

Устройство и подробный принцип работы

Аппараты для производства гремучего газа, в целях безопасности, не предполагают его накопление, то есть газовая смесь сжигается сразу после получения. Это несколько упрощает конструкцию. В предыдущем разделе мы рассмотрели основные критерии, влияющие на производительность аппарата и накладывающие определенные требования к исполнению.

Принцип работы устройства демонстрирует рисунок 4, источник постоянного напряжения подключен к погруженным в раствор электролита электродам. В результате через него начинает проходить ток, напряжение которого выше точки разложения молекул воды.

Рисунок 4. Конструкция простого электролизера

В результате этого электрохимического процесса катод выделяет водород, а анод – кислород, в соотношении 2 к 1.

Виды электролизеров

Кратко ознакомимся с конструктивными особенностями основных видов устройств для расщепления воды.

Сухие

Конструкция прибора данного типа была показана на рисунке 2, ее особенность заключается в том, что манипулируя количеством ячеек, можно запитать устройство от источника с напряжением, существенно превышающим минимальный электродный потенциал.

Проточные

С упрощенным устройством приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 5. Как видим, конструкция включает в себя ванну с электродами «A», полностью залитую раствором и бак «D».

Рис 5. Конструкция проточного электролизера

Принцип работы устройства следующий:

• входе электрохимического процесса газ вместе с электролитом выдавливается в емкость «D» через трубу «В»;
• в баке «D» происходит отделение от электролитного раствора газа, который выводится через выходной клапан «С»;
• электролит возвращается в гидролизную ванну через трубу «Е».

Мембранные

Основная особенность устройств этого типа – использование твердого электролита (мембраны) на полимерной основе. С конструкцией приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 6.

Рис 6. Электролизер мембранного типа

Основная особенность таких устройств заключается в двойном назначении мембраны, она не только переносит протоны и ионы, а и на физическом уровне разделяет как электроды, так и продукты электрохимического процесса.

Диафрагменные

В тех случаях, когда не допустима диффузия продуктов электролиза между электродными камерами, используют пористую диафрагму (что и дало название таким приборам). Материалом для нее может служить керамика, асбест или стекло. В некоторых случаях для создания такой диафрагмы можно использовать полимерные волокна или стеклянную вату. На рисунке 7 показан простейший вариант диафрагменного прибора для электрохимических процессов.

Пояснение:

1. Выход для кислорода.
2. U-образная колба.
3. Выход для водорода.
4. Анод.
5. Катод.
6. Диафрагма.

Щелочные

Электрохимический процесс невозможен в дистиллированной воде, в качестве катализатора применяется концентрированный раствор щелочи (использование соли нежелательно, так как при этом выделяется хлор). Исходя из этого, щелочными можно назвать большую часть электрохимических устройств для расщепления воды.

На тематических форумах советуют использовать гидроксид натрия (NaOH), который, в отличие от пищевой соды (NaHCO 3), не разъедает электрод. Заметим, что у последней имеются два весомых преимущества:

1. Можно использовать железные электроды.
2. Не выделяются вредные вещества.

Но, один существенный недостаток сводит на нет все преимущества пищевой соды, как катализатора. Ее концентрация в воде не более 80 грамм на литр. Это снижает морозостойкость электролита и его проводимость тока. Если с первым еще можно смириться в теплое время года, то второе требует увеличения площади пластин электродов, что в свою очередь, увеличивает размер конструкции.

Электролизер для получения водорода: чертежи, схема

Рассмотрим, как можно сделать мощную газовую горелку, работающую от смеси водорода с кислородом. Схему такого устройства можно посмотреть на рисунке 8.

Рис. 8. Устройство водородной горелки

Пояснение:

1. Сопло горелки.
2. Резиновые трубки.
3. Второй водяной затвор.
4. Первый водяной затвор.
5. Анод.
6. Катод.
7. Электроды.
8. Ванна электролизера.

На рисунке 9 представлена принципиальная схема блока питания для электролизера нашей горелки.

Рис. 9. Блок питания электролизной горелки

На мощный выпрямитель нам понадобятся следующие детали:

• Транзисторы: VT1 – МП26Б; VT2 – П308.
• Тиристоры: VS1 – КУ202Н.
• Диоды: VD1-VD4 – Д232; VD5 – Д226Б; VD6, VD7 – Д814Б.
• Конденсаторы: 0,5 мкФ.
• Переменные резисторы: R3 -22 кОм.
• Резисторы: R1 – 30 кОм; R2 – 15 кОм; R4 – 800 Ом; R5 – 2,7 кОм; R6 – 3 кОм; R7 – 10 кОм.
• PA1 – амперметр со шкалой измерения не менее 20 А.

Краткая инструкция по деталям к электролизеру.

Ванну можно сделать из старого аккумулятора. Пластины следует нарезать 150х150 мм из кровельного железа (толщина листа 0,5 мм). Для работы с вышеописанным блоком питания потребуется собрать электролизер на 81 ячейку. Чертеж, по которому выполняется монтаж, приведен на рисунке 10.

Рис. 10. Чертеж электролизера для водородной горелки

Заметим, что обслуживание такого устройства и управление им не вызывает трудностей.

Электролизер для автомобиля своими руками

В интернете можно найти много схем HHO систем, которые, если верить авторам, позволяют экономить от 30% до 50% топлива. Такие заявления слишком оптимистичны и, как правило, не подтверждаются никакими доказательствами. Упрощенная схема такой системы продемонстрирована на 11 рисунке.

Упрощенная схема электролизера для автомобиля

По идее, такое устройство должно снизить расход топлива за счет его полного выгорания. Для этого в воздушный фильтр топливной системы подается смесь Брауна. Это водород с кислородом, полученные из электролизера, запитанного от внутренней сети автомобиля, что повышает расход топлива. Замкнутый круг.

Безусловно, может быть задействована схема шим регулятора силы тока, использован более эффективный импульсный блок питания или другие хитрости, позволяющие снизить расход энергии. Иногда в интернете попадаются предложения приобрести низкоамперный БП для электролизера, что вообще является нонсенсом, поскольку производительность процесса напрямую зависит от силы тока.

Это как система Кузнецова, активатор воды которой утерян, а патент отсутствует и т.д. В приведенных видео, где рассказывают о неоспоримых преимуществах таких систем, практически нет аргументированных доводов. Это не значит, что идея не имеет прав на существование, но заявленная экономия «слегка» преувеличена.

Электролизер своими руками для отопления дома

Делать самодельный электролизер для отопления дома на данный момент не имеет смысла, поскольку стоимость водорода, полученного путем электролиза значительно дороже природного газа или других теплоносителей.

Также следует учитывать, что температуру горения водорода не выдержит никакой металл. Правда имеется решение, которое запатентовал Стен Мартин, позволяющее обойти эту проблему. Необходимо обратить внимание на ключевой момент, позволяющий отличить достойную идею от очевидного бреда. Разница между ними заключается в том, что на первый выдают патент, а второй находит своих сторонников в интернете.

На этом можно было бы и закончить статью о бытовых и промышленных электролизерах, но имеет смысл сделать небольшой обзор компаний, производящих эти устройства.

Обзор производителей электролизеров

Перечислим производителей, выпускающих топливные элементы на базе электролизеров, некоторые компании также выпускают и бытовые устройства: NEL Hydrogen (Норвегия, на рынке с 1927 года), Hydrogenics (Бельгия), Teledyne Inc (США), Уралхиммаш (Россия), РусАл (Россия, существенно усовершенствовали технологию Содерберга), РутТех (Россия).

Устройство, которое позволяет получать водород из воды – это водородный генератор. Зачастую их применяют в автомобилях. Применение подобного устройства в авто оправдано. Выработанный водород поступает во впускной коллектор движка. Это позволяет сэкономить топливо и иногда увеличить его мощность. В США такие генераторы выпускают на заводах. Стоят они не дешево — от 300 до 800 долларов. В нашей стране предпочтительно сделать генератор самостоятельно.

Принцип работы водородного генератора

Молекула воды — это соединение из водорода и кислорода. Атомы имеют возможность создавать ионы. Если вы наблюдали за экспериментами, в которых используется катушка Теслы, то должны знать, что атомы ионизуются под воздействием электрического поля. При этом водород будет образовывать положительные, а кислород отрицательные ионы. В водородных генераторах электрическое поле используется для отсоединения молекул воды друг от друга.

Итак, расположив два электрода в воде нам нужно создать электрическое поле среди них. Для этого их необходимо подключить к клеммам аккумулятора или любого другого источника питания. Анод является положительным, а катод отрицательным электродами. Ионы, которые образовались в воде, будут подтянуты к электроду, чья полярность противоположна. Когда ионы соприкасаются с электродами, то их заряд нейтрализуется из-за добавления или удаления электронов. Когда появившийся между электродами газ выходит на поверхность, то его нужно обязательно послать в двигатель.

Водородные ячейки для авто включают в себя сосуд с водой, который располагается под капотом. Обычная водопроводная вода наливается в сосуд и туда добавляют чайную ложку катализатора и соды. Внутрь погружены пластины, подключенные к аккумулятору. При включении в авто зажигания, конструкция (водородный генератор) производит выработку газа.

Какие электроды лучше использовать?

Первые в мире электроды были изготовлены из меди, но выяснилось, что они далеки от идеала. К тому же медь дает сильную реакцию при контакте с водой. Происходит выделение большого числа загрязнителей, поэтому использование меди далеко не лучший вариант. Мы рекомендуем вам использовать электроды, которые выполнены из нержавеющей стали. Для сокращения вероятности коррозии нужно выбирать нержавеющую сталь высокого качества . Толщина листов должна быть около 2 мм, для уменьшения сопротивления.

Описание процесса сборки генератора водорода

Разобравшись в тонкостях действия водородного генератора, перейдем к его созданию. Для того чтобы собрать водородный генератор своими руками нам будет нужно:

• канистра из полиэтилена;
• провода для соединения;
• резина из силикона;
• специальный герметик;
• шланги с хомутами.

Подобрав все необходимое, приступим к изготовлению генератора своими руками.

Рекомендуем также

О нас — Enapter

Enapter разрабатывает и производит высокоэффективные генераторы водорода. Ключевая технология электролиза основана на уникальной и запатентованной анионообменной мембране (AEM). Наша цель состоит в том, чтобы создать эффективные технологии, способные заменить ископаемые виды топлива экологически чистым водородом, сделав его доступным. 

  

Все началось с компании ACTA Spa, которая была основана в 2004 году и специализировалась на исследованиях и разработке топливных элементов и электролизе AEM. Спустя более 10 лет успешной работы, они представили первый электролизер в 2012 году. Некоторые из этих прототипов отправились в Таиланд, где Себастьян-Юстус Шмидт разработал проект микросети для всемирно известного дома Phi Suea House. Phi Suea House стал первым в мире жилым комплексом, который полностью обеспечивается энергией от солнечных батарей и сохраняет избыточную в виде водорода. Эта всемирная демонстрация водородного накопителя в жилых домах привлекла широкое внимание общественности, и в 2017 году Себастьян основал Enapter, поглотив ACTA Spa и  получив проверенную ключевую технологию, патенты и команду по электрохимии. С момента образования компания достигла высоких результатов в развитии команды, продукта и индустрии.  Enapter стал одним из передовых производителей электролизеров, производящих «зеленый» водород.  

  

Сегодня AEM электролизер — это стандартизированная, масштабируемая и гибкая система, которая позволяет производить водород «на месте». Благодаря инновационному программному обеспечению для управления энергосистемой, электролизер легко интегрировать с другими устройствами, а также управлять удаленно. Электролизер AEM можно смело назвать усовершенствованием технологии PEM. 

Имея тот же принцип, в электролизере AEM используется полупроницаемая мембрана, но для прохождения анионов. Результатом являются гибкость, быстрое время отклика, большая плотность тока и максимально чистый водород. Так как работа не ведется в сильно коррозийной среде, нет потребности в дорогостоящих катализаторах на основе благородных металлов (иридий или платина) или большом количестве титана. Такие уникальные преимущества позволяют позиционировать электролизер на рынке, как доступное бытовое устройство . Наша технология позволяет частным лицам и предприятиям использовать экологически чистый водород повсеместно. Мы планируем массово производить AEM электролизер, снижая стоимость “зеленого” водорода и делая его доступным; аналогично темпам снижения затрат, которые мы наблюдали в полупроводниковой промышленности и солнечной энергетике.  

  

Офисы компании расположены в Европе и Азии, позволяя компании динамично развивать бизнес по всему миру. Электролизеры Enapter уже функционируют более чем в 33 странах, что коренным образом меняет способы использования энергии в транспортном, жилом и промышленном секторах. Мы получили признание за вклад в развитие отрасли, завоевав множество наград и получив «Знак отличия Комиссии ЕС». 

Something simple about the hydrogen generator .

    Схема подключения электролизера.

  Домашние эксперименты с электролизом, рано или поздно заканчиваются. Мы уже измерили все что можно. Ток потребления ячейки, производительность по водороду, нагрев электролизера. Настало время устанавливать электролизер в автомобиль.

  Моя первая схема была максимально простая. Электролизер, через предохранитель и выключатель был подсоединен к батарее. Предохранитель (на ток 30Ампер) возле аккумулятора, а переключатель (на 15 Ампер) в салоне автомобиля.

  Первое, на что я обратил внимание, была ненормально низкая производительность ячеек. При работе от блока питания они работали значительно бодрее. После короткой проверки выяснилось, после падения напряжения на соединительных проводах, на электролизере остается только 9 или 10 Вольт. Кроме всего прочего, выключатель очень сильно нагревался.

  Проблема была решена радикально. 30 Амперное реле расположилось в непосредственной близости от электролизера, а напряжение на его включение подавалось с выключателя в салоне.

  Но после первых экспериментов выяснилась одна досадная проблема. На холостых оборотах и на низких оборотах двигателя добавка водородно-кислородной смеси оказалась бесполезной. Методом эксперимента выяснилось, что ощутимый эффект наступает только когда двигатель под нагрузкой и обороты двигателя не меньше 1000 оборотов в минуту.

  Можно, конечно, было заняться изготовлением немыслимой электроники, которая следила бы за оборотами двигателя и нагрузкой. Но зачем искать сложные пути, когда все просто?

  Установка дополнительного переключателя над педалью газа решила все проблемы. Не сразу, конечно. С железками кронштейна пришлось проиграться и сломать несколько переключателей. Но финал превзошел все ожидания. Уже не надо было думать когда включать электролизер, а когда выключать. Автоматика, блин.

  Таким образом удалось избавиться от отдельного переключателя, которым раньше я включал и выключал электролизер. Теперь, для полного выключения электролизера необходимо было извлечь предохранитель.

   Сначала, электролизер, который я установил в автомобиль, был подключен по такой схеме. По жизни, это выглядело приблизительно как на следующей картинке.

  Не думаю, что схема нуждается в серьезных разъяснениях. В двух словах.

  Предохранители на 10 и 30 Ампер установлены в панельках. Стандартное автомобильное реле, которое рассчитано на коммутацию 20 / 30 Ампер, то же в пластиковой панельке. Переключатель – от СВЧ  печки. Его шток удлинен с помощью металлической пластинки изъятой из старой щетки (дворника). Силовой провод – многожильный, диаметром  2 мм. Он соединяет плюс батареи, через предохранитель 30 А и контакты реле, с плюсом электролизера. Такой же провод, только не красного, а черного цвета, соединяет минус электролизера и корпус автомобиля. Тонкие провода значения не имеют. По ним течет ток не более 0,2 Ампера.

  И все было хорошо, пока я не начал экспериментировать. Началось с того, что захотелось увеличить производительность электролизера. Понятное дело, сделать это можно только увеличив ток. Так я и сделал, подняв концентрацию щелочи в электролите. Ток поднялся до 20 Ампер, что является максимумом для реле и провода. При этом всплыли необычные проблемы.

  Первая. По мере работы электролизера увеличивается потребляемый им ток. На практике, если Вы запустили электролизер на токе 15 Ампер, то через пол часа ток может легко подняться до 25 Ампер. Почему? Во первых, в электролите уменьшается количество воды. Это понятно. При этом увеличивается концентрация щелочи в электролите и увеличивается потребляемый ток. С этим легко бороться доливая воду. Во вторых, ток сильно зависит от температуры электролита, а электролизер, по мере работы, нагревается. Об этом я задумался, когда сгорело одно реле, и через короткое время, второе.

  Вторая проблема связана с использованием корпуса автомобиля в качестве минусового провода. Проводник, соединяющий минус батареи и корпус автомобиля оказался не рассчитан на дополнительные 20 – 30 Ампер. Визуально, на нем разрушилась изоляция, в результате перегрева.

  Третья. Каждый раз при включении разогретого электролизера мигает свет, дергаются приборы и иногда сбивается автомобильная электроника. Этого не происходит, если электролизер включен постоянно.

  Пришлось немного модифицировать схему.

  Схема подключения автомобильного электролизера, вариант 2. Опять же, на следующей картинке Вы можете посмотреть как это выглядело.

    Модифицированная схема управления автомобильным электролизером.

  В результате схема разделилась на две одинаковые части, каждая из которых управляет своей половинкой электролизера. В дополнение, минус на электролизер стал приходить не по корпусу автомобиля, а по отдельному проводу от отрицательной клеммы батареи.

  Теперь, над педалью газа расположились не один, а два выключателя. Это позволило разнести время включения половинок электролизера. Первая половинка включается на 1000 – 1500 об. мин, а вторая 1500 – 2000 об. мин. Легко регулируется подгибанием пластинок на переключателях.

    Улучшаем и модифицируем схему подключения электролизера.

  В некоторых автомобилях не получается поставить два выключателя над педалью акселератора. Иногда нельзя поставить и один. Что делать тогда?

  Тогда придется научиться разбираться в электрических схемах. Это не сложно. Посмотрите как преобразовывается рисунок, лампочки подключенной к батарейке через выключатель, в электрическую схему.

Нарисовано с теплыми воспоминаниями о журнале «Юный Техник».

  Чтение электрических схем подразумевает наличие фантазии. Если с этим все нормально, то можно двигаться дальше.

  На следующей странице Вы можете посмотреть как изменить схему применительно к Вашему автомобилю.

6.2 Переход на следующую страницу. (Звыняйтэ, еще не готово. Планирую закончить до 2? апр. 2011 🙂

Электролиз и контроль давления в электролизере

Электролиз использует электрический ток для возбуждения химической реакции, которая не происходит естественным образом. Электролиз воды — это электрохимический процесс, в котором электричество расщепляет воду на водород и кислород. Электролиз с диоксидом углерода — это восстановление CO2 в CO. Эти реакции могут происходить в электролизной ячейке или электролизере, содержащем электролитическую среду между анодом и катодом. Контроль давления во время электролиза является важным фактором и зависит от технологии электролизера.

Технология электролизеров

Технологии, использующие наборы мембран из полимерных электролитов, также называемые протонообменными мембранами или PEM, были разработаны для более эффективного электролиза воды, чем предыдущие электролизеры с щелочными растворами. Эти системы электролиза PEM могут быть спроектированы как система уравновешенного давления, где O ₂ и H ₂ работают при одинаковом давлении, или как система дифференциального давления, где O ₂ и H ₂ работают при разных давлениях.Преимущество электролиза под высоким давлением H ₂ состоит в том, что он сводит к минимуму необходимость механического сжатия второй стадии для создания давления для хранения. В конструкциях с дифференциальным или сбалансированным давлением регулирование давления газов O ₂ и H ₂ чрезвычайно важно для эффективности и срока службы электролизера PEM.

В области электролиза CO2 продолжаются исследования, чтобы найти эффективную технологию электролизера для использования в больших масштабах. Ячейки для электролиза твердого оксида (SOEC), ячейки для электролиза расплавленного карбоната (MCEC) и газодиффузионные электроды (GDE) находятся в стадии изучения.Электролизеры с катализаторами, создающие многослойную батарею электролизеров, также исследуются.

Equilibar предлагает семейство регуляторов противодавления (BPR) для управления процессом электролиза в диапазоне давлений, высоких или низких, с исключительной точностью.

Свяжитесь с инженером по применению, чтобы обсудить ваше приложение. Особое внимание уделяется процессам, обогащенным кислородом.

Для чего используются продукты электолиза воды и СО2?

Исследователи в области энергетики оптимизируют электролиз воды для производства водорода в качестве источника энергии из возобновляемых источников.Ветровые турбины и фотоэлементы могут использоваться в качестве источников электроэнергии для электролизера для производства водорода для водородных топливных элементов. Цель состоит в том, чтобы увеличить использование возобновляемых источников энергии и снизить выбросы углерода.

Газообразный кислород, образующийся в результате реакции, может быть использован для различных целей, включая пригодный для дыхания O2 для космических путешествий и подводных лодок.

Окись углерода используется в чистом виде в качестве источника для многих промышленных химикатов и тонких химикатов или вместе с h3 в синтетическом газе.Когда CO2 и h3O восстанавливаются в процессе совместного электролиза, синтез-газ производится и используется для производства топлива. Это беспроигрышный процесс: извлечение CO2 из атмосферы и его использование для производства возобновляемого топлива.

Технология Equilibar, используемая для электролиза для выработки кислорода в космосе

Электролиз проточной ячейки, который используется для космических полетов, использует электролизер с проточной водой для выработки кислорода из воды, достаточного для удовлетворения метаболических потребностей экипажа. Многие современные конструкции электролизеров требуют последующего разделения газа и жидкости, что создает проблемы в условиях микрогравитации.Одна из проблем — двухфазный поток, вызванный образованием пузырьков в электролизере. Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере предложили альтернативную конфигурацию электролизера и построили прототип с вакуумным регулятором Equilibar®.

Прочтите тематическое исследование по ссылке справа.

Регуляторы обратного давления Equilibar, используемые в «искусственном фотосинтезе» для выработки энергии из возобновляемых источников

Наши партнеры из компании Pressure Control Solutions (PCS) в Нидерландах работали с Evonik и Siemens над проектом, в котором две компании объединили электролиз CO ₂ и газовая ферментация в процессе «искусственного фотосинтеза», который они называют Проектом Ретикус.Этот проект связывает инновации компаний в области ферментации и электролиза с целью получения энергии из возобновляемых источников энергии.

PCS был призван найти решение для этого проекта, где требовался диапазон точных уставок давления. Заказчик считает, что технология Equilibar BPR «превосходит традиционные клапанные технологии». Кроме того, с помощью разработанного решения PCS заказчик смог избежать проблем кристаллизации, связанных с солью в процессе электролиза. Подробнее читайте в тематическом исследовании на сайте PCS.

О регуляторах обратного давления Equilibar

Регулятор обратного давления Equilibar® имеет купольную нагрузку и благодаря своей новой конструкции с несколькими отверстиями обеспечивает мгновенное надежное управление в самых сложных условиях. Конструкция с нагруженным куполом означает, что требуется давление жидкости (обычно воздух или азот), прикладываемое к куполу BPR, соответствующее желаемому входному давлению. Этим заданным давлением можно управлять вручную или с помощью электроники. Узнайте, как работают обратные клапаны Equilibar.

Наша команда опытных инженеров предлагает подробные рекомендации по выбору оборудования для регулирования давления для конкретных условий.

Свяжитесь с инженером Equilibar для более подробного обсуждения вашего приложения.

Сколько водорода (или кислорода) будет производить мой электролизер?

Электролизер имеет множество конструктивных соображений, которые определяют, при каком давлении он может работать, его эффективность, безопасность и т.д. и что это значит для вас (дизайнера).Все нижеприведенное относится в первую очередь к электролизу воды из ПЭМ, но многое из этого может применяться и к другим типам электролизеров. Если вы хотите пропустить объяснение, вы можете сразу перейти к удобной электронной таблице.

Текущий

Как вы знаете, электролизеры преобразуют воду и энергию (электричество) в водород и кислород. Для меня интересным было то, что количество h3 или O2, производимое электролизером, определяется исключительно током.

Это имеет смысл, если взглянуть на физику электролизной ячейки. Поскольку ток определяется как поток электронов (или протонов), а молекула водорода состоит всего из 2 протонов и 2 электрона, из этого следует, что когда вы помещаете определенное количество электронов через мембрану (ток), она генерирует эквивалентное количество электронов. Молекулы водорода.

Точное количество составляет 0,007 литра в минуту @ STP (также известный как стандартный литр в минуту или SLPM) h3 для каждого усилителя, проходящего через каждую ячейку (0.007 SLPM / A / ячейка)

На практике это дает вам две переменные для игры: Current и Number of Cells. Например. Если вам нужно 7 SLPM h3, вы можете спроектировать электролизер с одной ячейкой и прокачать через него 1000 А (0,007 SLPM / A / ячейка * 1000A * 1 ячейка), или вы можете спроектировать электролизер с 10 ячейками, и через него нужно будет пропустить только 100 А. (0,007 * 100А * 10 ячеек). Это позволяет получить приблизительную оценку того, сколько ячеек вам может понадобиться, исходя из текущего доступного количества ячеек.

Кроме того, поскольку производство водорода и кислорода полностью зависит от силы тока, это иногда может быть удобным способом управления производительностью без фактического измерения добычи газа или использования других параметров, которые могут изменяться со временем.

Напряжение

Напряжение, необходимое для обеспечения этого тока, определяет общую эффективность и, следовательно, количество мощности (P = V * I), необходимое для выработки водорода и кислорода.

Напряжение, при котором будет работать каждая ячейка, является экспериментально определенным значением, которое может варьироваться в зависимости от свойств MEA (типы катализаторов, толщина мембраны), температуры, плотности тока, механической конструкции и т. Д.При любом заданном наборе условий MEA (мембранный электродный узел) будет иметь параметры зависимости напряжения от тока (обычно называемые кривой ВАХ).

Эти кривые будут иметь более низкие напряжения при более низких плотностях тока. Это означает меньшую мощность на единицу произведенного газа. Но поскольку вы также обеспечиваете меньший ток, вам необходимо иметь большие активные области и / или больше ячеек для генерации того же общего количества газа (но при более низкой общей мощности).

По сути, это означает, что вы можете достичь более высокой эффективности, но обычно это увеличивает стоимость стека, поскольку у вас больше ячеек и, следовательно, больше компонентов.Конечно, для некоторых систем может потребоваться более высокая стоимость стека, поскольку это приводит к снижению общих затрат (или массы) системы за счет использования удобных и недорогих источников питания, меньшего количества солнечных панелей и т. Д.

Конечно, есть много других факторов, которые влияют на правильный выбор вашего проекта электролизера. Мы здесь, чтобы помочь! Сообщите нам по электронной почте или в комментариях, если у вас есть какие-либо вопросы, на которые вы бы хотели, чтобы мы ответили.

Хороших выходных!

Как сделать электролизеры дешевыми

Как сделать электролизеры дешевыми — Julio C.Гарсия-Наварро.

Через две недели состоится ежегодный обзор заслуг (AMR) Министерства энергетики США. Во время AMR все стороны, получившие финансирование на исследовательскую деятельность в области водорода, собираются, чтобы представить обновленную информацию о проекте, и их оценивают их коллеги. Я никогда не посещал ни одной AMR лично, но я всегда был заинтересован в том, чтобы следить за прогрессом, который они показывают, потому что это самая большая (насколько мне известно) и наиболее актуальная (на мой взгляд) англоязычная конференция по исследованию водорода в мире.

В AMR вы можете найти результаты по темам, например, какой компонент в водородной заправочной станции (HRS) с наибольшей вероятностью выйдет из строя (это не компрессор, как утверждают некоторые компании) (ссылка здесь), и о сравнении затрат тяжелых транспортных средств, работающих от различных источников энергии, и это лишь несколько примеров. AMR — действительно луч знаний в мире водорода.

Я хотел бы обсудить конкретную презентацию прошлогодней AMR, а именно о расширении производства электролизеров PEM.

В этом исследовании 3M , Giner Inc. (в настоящее время принадлежит Plug Power ) и NREL (Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии) разрабатывают процесс производства рулонов, который позволит им увеличить скорость производства электролизеров из ПЭМ за счет увеличения скорости печати катализатора на протонпроводящих мембранах (ПЭМ) до 5,3 м2 за 10 минут на одной машине.

Чтобы дать этому числу немного контекста, каждый м2 электролизера PEM эквивалентен 40 кВт установленной мощности , что означает, что консорциум мог бы разработать процесс, который производит 21 кВт мощности электролизера каждую минуту, или, помещая числа иным способом они могли произвести электролизер мощностью 1 ГВт за месяц.

Это звучит долго, но это уже становится более разумным, если мы вспомним, что весь ЕС хочет иметь 40 ГВт к 2030 году. Giner, NREL и 3M смогут производить все электролизеры, необходимые ЕС, с один прокатный станок менее чем за 4 года. Впечатляющий.

Рис. 1. (Слева) каталитический валок с покрытием процесса 3M / Giner. (Справа) Протонообменная мембрана, используемая в электролизерах PEM. Чтобы произвести один MEA (узел мембрана-электрод), им просто нужно прижать катализатор к мембране, что очень похоже на другие процессы рулонного производства, включая печать газет.Изображения взяты из «Недорогие, высокопроизводительные мембраны с катализаторным покрытием для водных электролизеров PEM», Ежегодный обзор достоинств Министерства энергетики США за 2020 год.

Целью этого проекта компаний 3M, Giner и NREL является не только увеличение производственной мощности электролизеров PEM, но и повышение их эффективности. В таблице ниже показан отрывок из их прогресса на данный момент, с учетом трех различных стратегий проектирования электролизера PEM:

Стратегия проектирования	Потребление энергии [кВтч / кг]	КПД [%]	OPEX @ 0.03 евро / кВтч [евро / кг-ч3]	CAPEX [евро / метрическая тонна / год]
Минимизация операционных расходов	40,2	82%	1 , 21	9,869,42
Сбалансированный	46,9	70%	1,41	5,099,20
Минимизация капитальных затрат	52,3 %	1,57	2.549,60

Таблица 1. Различные режимы работы и соответствующие OPEX и CAPEX электролизера PEM. Источник: сделано с использованием данных «Недорогие высокопроизводительные мембраны с катализатором для водных электролизеров из PEM», Ежегодный обзор достоинств Министерства энергетики США за 2020 год.

Всегда существует компромисс между OPEX и CAPEX при проектировании электролизера PEM. Производитель мог бы минимизировать энергопотребление своего электролизера, но это означало бы, что производительность будет низкой, что приведет к высоким капитальным затратам.

Верно и обратное: максимальное увеличение количества водорода, производимого электролизером, как следствие, приводит к увеличению потребления энергии. По сути, это то же явление, которое ограничивает срок службы аккумуляторов при их зарядке большими токами; оба являются электрохимическими устройствами, и это одно из ограничений электрохимических технологий.

Вопрос, который я себе задал: , что лучше всего для минимизации OPEX или CAPEX?

Большинство людей (включая экспертов) думают, что мы должны стремиться к минимизации OPEX, поскольку для производства водорода требуется такое огромное количество энергии (около 50 кВтч / кг), поэтому любое сокращение было бы чрезвычайно полезным.

Таким образом, многие производители электролизеров рекламируют сторонников сокращения OPEX, полагая, что следующее поколение электролизеров будет иметь низкое энергопотребление.

Я думаю, что у экспертов все наоборот, и что мы должны уделять больше внимания минимизации капитальных затрат, чем операционных затрат, в основном по двум причинам:

1. Производители электролизеров никогда не снизят потребление энергии ниже 38 кВтч / кг . Это термодинамический предел электролизера, работающего со 100% -ным КПД из-за того, что называется термо-нейтральным напряжением процесса расщепления воды.
2. Прирост капитальных затрат существенно превышает соответствующий убыток операционных затрат . Из таблицы выше, переход от 70 до 63% эффективности (что соответствует увеличению энергопотребления при производстве водорода с 47 до 52 кВтч / кг) удваивает производственную мощность того же электролизера, эффективно сокращая вдвое капитальные затраты.

Несмотря на то, что говорят эксперты, лучше сосредоточиться на снижении капитальных затрат электролизера, чем на сокращении его операционных затрат.

Хулио К.Гарсия-Наварро

В качестве простого упражнения я сделал простой расчет LCOH (приведенной стоимости водорода) на основе приведенной выше таблицы (без учета затрат на техническое обслуживание, налоги и других затрат) и с учетом следующих параметров:

1. Стоимость электроэнергии: 0,03 евро / кВтч
2. Ставка дисконтирования по проекту: 5%
3. Срок службы электролизера: 20 лет
4. Капитальные затраты электролизера: 1 миллиард евро за ГВт

Рисунок 2. Приведенная стоимость водорода в различных сценариях конструкции электролизера ПЭМ.

Как видно на рисунке выше, сценарий минимизации капитальных затрат (где операционные затраты составляют 1,57 евро / кг-ч3, а капитальные затраты составляют 2,550 евро / метрическую тонну / год) приводит к минимуму LCOH (1,77 EUR / кг-ч3), тогда как сценарий минимизации OPEX (где OPEX составляет 1,21 евро / кг-ч3, а CAPEX составляет 9,800 евро / метрическую тонну / год) имеет самый большой LCOH (1,99).

Также интересно видеть, что сбалансированный сценарий (где OPEX составляет 1,41 евро / кг-ч3, а CAPEX составляет 5,100 евро / метрическую тонну / год) отвечает за наибольшее сокращение LCOH (с 1,99 до 1 , 81 евро / кг-ч3), что означает, что компромисс между капитальными и операционными затратами сильнее, когда производственная мощность не так высока.

Когда производственная мощность является самой большой, начальные капитальные затраты незначительны, и в LCOH доминируют операционные затраты, но как только мы уменьшаем производственную мощность, капитальные затраты становятся более актуальными.

Из этого упражнения я могу сделать вывод, что лучше оптимизировать конструкцию электролизера PEM, сосредоточив внимание на снижении капитальных затрат, хотя существует предел, при котором отдача начинает уменьшаться, и в этом случае независимо от того, сколько исследований направлено на увеличение количество водорода, производимого одним электролизером, просто не стоит с финансовой точки зрения.

В качестве основного сообщения я думаю, что производители электролизеров, такие как Giner, могут иметь сильных союзников для увеличения своих производственных мощностей в таких компаниях, как 3M, и исследовательских институтах, таких как NREL, и я считаю, что их усилия можно лучше всего использовать при оптимизации электролизера. дизайн, который больше ориентирован на снижение CAPEX, чем на снижение OPEX.

ПРОЧИТАЙТЕ последние новости, формирующие рынок водорода в Hydrogen Central

Авторские права © Hydrogen Central.Все права защищены.

Интервью: Enapter стремится разрушить рынок h3 с помощью модульных электролизеров

Особенности

Планируется построить масштабные модульные солнечные фотоэлектрические панели

Меньшие капитальные затраты, эксплуатационные расходы, чем у электролизеров из ПЭМ

Новая станция мощностью 280 МВт / год с 2023 г.

Запуск электролизера Enapter нацеливается на производство недорогого возобновляемого водорода, которое дешевле, чем существующие технологии, сообщил 29 июля S&P Global Platts руководитель отдела стратегии компании Томас Хромецка.

Не зарегистрированы?

Получайте ежедневные уведомления по электронной почте, заметки для подписчиков и персонализируйте свой опыт.

Зарегистрируйтесь сейчас Технология анионообменной мембраны (AEM)

Enapter может обеспечить более низкие капитальные и эксплуатационные затраты, сказал Хромецка в интервью, при этом компания опирается на бизнес-модели из солнечного сектора, производя модульные электролизеры AEM, которые могут быть объединены друг с другом для достижения крупномасштабного производства. производство.

Материалы, используемые в его модулях AEM, дешевле, чем те, которые требуются для более распространенных протонообменных мембранных электролизеров, поскольку в его биполярных пластинах используется сталь, а не титан.

Биполярные пластины

PEM обычно изготавливаются из титана, «потому что пакеты PEM имеют очень кислую среду», — сказал Хромецка. По его словам, Enapter использует сильно разбавленный щелочной раствор с концентрацией гидроксида калия 1%, с которым он может справиться со сталью.

Хромецка сказал, что установка ячейки AEM была проще, чем щелочной электролизер.

Это в сочетании с высокой эффективностью, аналогичной технологии PEM, позволило Enapter создать «очень компактный электролизер, который прост в установке и эксплуатации и имеет очень низкие эксплуатационные расходы», — сказал он.

Подрывные технологии

Технология AEM аналогична электролизеру PEM, но мембрана в устройстве проводит отрицательно заряженные анионы, а не протоны.

Что касается затрат, Enapter заявляет, что ее технология в масштабе может сэкономить около 310 долларов США / кВт по сравнению с затратами на PEM в размере около 800 долларов США / кВт, что является средней цифрой, которую Международное агентство по возобновляемым источникам энергии дает для PEM.

Экономия достигается в основном за счет более дешевых биполярных пластин в электролизере (20 долларов за кВт, в отличие от 190 долларов за кВт для средней батареи PEM), плюс более низкие эксплуатационные расходы на мощность в 80 долларов за кВт за счет использования стандартизированных источников питания по сравнению с По словам Enapter, цена на средний завод PEM составляет 220 долларов за кВт.

Он видит прорывное будущее для своих небольших модулей 2,4 кВт, опираясь на путь развития солнечных фотоэлектрических панелей за последние 20 лет.

«Главный фрейм был поврежден компьютером», — сказал Хромецка.«Сегодня все центры обработки данных состоят из компонентов ПК. Энергетическая отрасль была разрушена модульным масштабируемым устройством: солнечной панелью. Мы думаем, что массовая коммерциализация приведет к более быстрому сокращению затрат», чем строительство электролизеров все большего размера, — сказал он.

Энаптер модульный электролизер АЕМ ЭЛ 2.1

Производство водорода

0,5 куб.м / час

Эффективность

4.8 кВтч / м3 ч3

Источник: Enapter

Масштабирование производства

Компания проектирует и строит прототип установки мегаваттного масштаба, объединяющий 420 дымовых труб в своем контейнерном блоке «Multicore» для производства около 450 кг / день водорода, который должен быть завершен к концу 2021 года.

Хромецка сказал, что с технологией Enapter возможны крупномасштабные проекты, хотя на данный момент это не является основным направлением деятельности компании.Действительно, Enapter видит потенциал для будущего спроса, который будет тяготеть к приложениям меньшего масштаба, по мере роста децентрализованного производства электроэнергии и спроса.

«Энергетические системы становятся все более децентрализованными», — сказал он, отметив потенциал устройств мощностью 1-10 кВт для бытовых технологий, поскольку потребители становятся мелкими производителями энергии и потенциально возобновляемого газа в виде водорода.

Enapter видит множество вариантов использования своего продукта, от хранения энергии, транспорта, промышленности и даже пищевой промышленности, с клиентами, обращающимися к компании, которые используют водород для кормления бактерий, продуцирующих белок.

«Мы рассматриваем экологически чистый водород как товар, который выйдет далеко за пределы энергетического сектора, и мы хотим иметь возможность обслуживать все это», — сказал Хромецка.

Снижение затрат

Британская компания Ceres Power также разрабатывает еще один менее устоявшийся производственный маршрут, расширяя свою технологию твердооксидных топливных элементов на электролизеры. Компания нацелена на производство экологически чистого водорода на уровне ниже 1,50 долл. США / кг к 2025 году.

Хромецка сказал, что Enapter преследует аналогичную цель, но подчеркнул, что низкие затраты на электроэнергию являются ключевым фактором роста цен на возобновляемый водород.

S&P Global Platts оценило стоимость производства возобновляемого водорода с помощью щелочного электролиза в Европе в 5,31 евро за кг (6,32 доллара за кг) 29 июля (Нидерланды, включая капитальные затраты). Производство электролиза PEM было оценено в 6,57 евро / кг, в то время как производство голубого водорода при паровом риформинге метана (включая углерод, CCS и капитальные затраты) составило 3,04 евро / кг.

Компания, основанная в 2017 году предпринимателем Себастьяном-Юстусом Шмидтом, выросла до 165 сотрудников по состоянию на май 2021 года и имеет 166 клиентов в 40 странах.К 2050 году он нацелен на 10% мирового рынка производства водорода.

Enapter имеет завод в Пизе, Италия, но планирует расширить производство в Германии, получив в начале июля финансирование от правительства Германии в размере 5,6 млн евро (6,7 млн ​​долларов США) на разработку своих мегаваттных электролизеров Multicore на заводе. его центр массового производства и исследований и разработок в Зербеке.

Компания планирует переехать на завод к концу 2022 года, с наращиванием производства с 2023 года, производя 10 000 электролизеров в месяц, чтобы достичь общей мощности 280 МВт / год с 2.Сейчас 5 МВт / год.

Chrometzka сообщила, что у Saerbeck достаточно мощностей, но отметила, что ее децентрализованный продукт в будущем может быть легко собран на объектах по всему миру, от местных до центров спроса.

Курица и яйцо

Хромецка сказал, что, хотя хорошее регулирование и равные условия с действующими производителями ископаемого топлива помогут развитию отрасли, важно, чтобы компании, занимающиеся возобновляемым водородом, сами взяли на себя ответственность.

«В водородной промышленности часто говорят о проблеме курицы и яйца», — сказал он.«Мы не видим этой проблемы. Мы видим, что рынок начинается, когда зеленый водород действительно дешев».

«Кто может сделать чистый водород дешевым?» Хромецка добавил. «Производители электролизеров. Мы не можем сделать это в одиночку, но мы первые в пищевой цепочке. С дешевым зеленым водородом могут работать все остальные».

Электролиз щелочной воды — обзор

9.2.2 Щелочной электролизер

Электролиз щелочной воды имеет долгую историю в химической промышленности. Его применение для преобразования энергии в водородной энергетической системе привлекает внимание, и были разработаны усовершенствованные электролизеры.Направление развития — повышение эффективности за счет работы при высоких температурах и высоком давлении. Хотя до сих пор сообщалось о некоторых успешных результатах, можно ли использовать эту систему на самом деле или нет, зависит от разработки ее конкурентов, электролиза воды SPE или электролиза высокотемпературным паром (HTE).

Принцип электролиза щелочной воды довольно прост. Кислород и водород отделяются от воды, когда к воде подается постоянный ток, как показано в уравнениях.

Катод: 2h3O + 2e− → h3 + 2OH-

Анод: 2OH− → 12O2 + h3O + 2e−

Всего: 2h3O → O2 + 2h3

Две молекулы воды диссоциируют, и в результате этой реакции на катоде возникает водород. . На аноде возникает кислород и одновременно образуется молекула воды (рис. 9.4). В результате, когда молекула воды диссоциирует, другая молекула воды перемещается к аноду. Щелочные электролизеры содержат щелочной водный раствор и 25-30% гидроксида калия (КОН). В качестве катализатора используются гидроксид натрия (NaOH) и хлорид натрия (NaCl).Жидкий электролит позволяет ионам переноситься между электродами и не расходуется в химической реакции, а периодически пополняется в зависимости от потерь в системе. Устройства AEL являются наиболее часто используемыми генераторами водорода в промышленности. Производство водорода становится чистым на 99%. После определенных процессов очистки можно достичь высокой степени чистоты, необходимой для водородных топливных элементов. Эффективность производства водорода составляет примерно 80%. Гидроксид калия используется в количестве 25-30% в качестве электролита для электролиза.Они становятся более эффективными при работе при низкой плотности тока (0,3 А / см ² ). В промышленных щелочных электролизерах диапазон плотности тока составляет 100–400 мА / см ² . К недостаткам также можно отнести высокую коррозионную активность жидкого электролита, используемого в высокотемпературных режимах. По этой причине у них очень короткий срок службы.

Рис. 9.4. Щелочной электролизер.

Как упоминалось выше, электролит должен отделять образующиеся газы от каждого электрода, но с жидким электролитом в качестве КОН необходимо использовать сепаратор или диафрагму.Он должен соответствовать тем же требованиям, что и твердый электролит. Наиболее распространенная диафрагма в ячейках щелочного электролиза (AEC) исторически изготавливалась из пористого белого асбеста (Mg ₃ Si ₂ O ₅ (OH) ₄ ), но использование белого асбеста имеет несколько недостатков. диафрагмы, очевидной из которых является ее токсичность, приводящая к асбестозу и раку легких. В базовом решении скорость коррозии белого асбеста зависит от температуры — более высокие температуры приводят к более быстрой коррозии — это означает, что повышение эффективности электролизера за счет повышения температуры является проблемой при использовании такого типа диафрагмы [26].

По этим причинам другие материалы были испытаны для использования в качестве диафрагм, например, композит из волокон титаната калия (K ₂ TiO ₃ ) и политетрафторэтилена (ПТФЭ), полифениленсульфида, ПТФЭ (в виде войлока и тканого материала). ), полисульфон и асбест, покрытый полисульфоном [26]. В течение последнего десятилетия или около того было проведено значительное количество исследований по разработке гидроксидопроводящих полимеров, пригодных для электролиза щелочной воды [27]. Недавно Ли и др.сообщили об очень многообещающих результатах с полимерной мембраной на углеводородной основе с нулевым зазором (то есть нулевым расстоянием между электродами и электролитом) AEC с подачей 4-M NaOH на оба электрода. Они достигли 1 А · см ^{— 2} при 2,12 В без снижения производительности во время 10-дневного теста на долговечность. Чаще всего для изготовления электродов используются стальные пластины с некоторой обработкой никелем. Это может быть, например, никелирование, поскольку никель устойчив к коррозии в щелочных средах и является довольно дешевым металлом.В качестве добавок к электродам используются различные металлы, такие как кобальт, железо и ванадий. К аноду добавляют кобальт, а на катоде — железо и ванадий. Было обнаружено, что железо и ванадий могут реактивировать катод. Реактивации катода способствуют ионы железа или ванадия в растворе, а не металл, включенный в сплав. Дезактивацию катода приписывают образованию гидрида никеля, который железо и ванадий могут обратить вспять [25, 27–32].

Обратимый потенциал E _r (равновесный потенциал, а именно теоретическое напряжение электролиза) определяется следующим уравнением:

Er = E0 − RT2FlnPP0

, где E ₀ — стандартное равновесие. потенциал, R — газовая постоянная, T — абсолютная температура, P ₀ и P — давление пара чистой воды и электролита соответственно. E ₀ определяется как Δ G ^o /2 F , Δ G ^o — приращение свободной энергии Гиббса, а F — постоянная Фарадея (96519,4 кулонов), что составляет 1,226 В при 298 К и 1 атм. Это немного выше, чем напряжение разложения чистой воды при тех же условиях. Электроэнергия, необходимая для производства 1 Нм ³ водорода, согласно закону Фарадея составляет 2393 А · ч. Поскольку эта реакция протекает почти количественно, минимально необходимая энергия составляет 2.94 кВтч на 1 м ³ водорода. Поскольку E _r является теоретическим равновесным потенциалом, фактическое напряжение элемента, необходимое для продолжения реакции, выше с добавлением омических потерь электролита и диафрагмы и перенапряжения (перенапряжения) из-за электродной реакции. Предполагая, что через каждую ячейку электролизера протекает один и тот же ток, скорость производства водорода может быть выражена как

fh3 = ηfNcellIcellzF22.4110003600

, где f _h3 — скорость производства водорода в Нм ³ / ч, N _cell — это номер ячейки электролизера, а I _cell — ток ячейки в амперах.На рис. 9.5 показаны измеренные обратимые и термонейтральные характеристики напряжения и тока электролизеров щелочной воды при давлении 20 бар. Напряжение уменьшается с увеличением температуры с учетом текущих характеристик AEL, V _rev более чувствительно, чем V _tn . Напряжение элемента для любого тока и, следовательно, потребляемая мощность элемента ниже на 65 ° C, чем при 25 ° C, скорость производства водорода для коммерческих систем равна 0.25–760 Нм ³ / ч, а рабочая температура обычно составляет от 5 ° C до 100 ° C в зависимости от модели электролизера и раствора КОН в воде. В некоторых специальных системах рабочая температура может достигать 400 ° C. Рабочее давление варьируется от атмосферного до 448 бар. Но все же максимальное рабочее давление в системах обычно составляет от 25 до 30 бар [33].

Рис. 9.5. Вольт-амперные характеристики щелочного элемента.

Стоимость производства водорода для низкотемпературного AEL оценивается в 1.6 — 5 евро / кг H ₂ (при применении методологии экономического анализа h3A, разработанной Министерством энергетики США и водородной программой, производственная цена оценивалась в 4,5 евро / кг, исходя из долларов 2000 года и обменного курса ), исходя из низкой цены на электроэнергию 1,4 — 3,7 € / кВтч [34, 35].

, как его решение могло бы обеспечить энергетический переход

Вот почему команды Адрианы Креаторе (отдел прикладной физики) и Марты Коста Фигейредо (отдел химической инженерии и химии) ищут альтернативы.«Мы ищем более доступные и экономичные материалы без ущерба для эффективности и долгосрочной стабильности», — объясняет Creatore. С этой целью они также тесно сотрудничают с группой Михалиса Цампаса в DIFFER.

В частности, они сосредоточены на реакции на аноде, во время которой образуется кислород, процессе, известном в технических терминах как реакция восстановления кислорода (OER). Креаторе: «Эта реакция начинается очень медленно, и необходимый электрокатализатор требует долговременной стабильности работы, должен быть сделан из материалов, богатых землей, и иметь низкую стоимость для крупномасштабного производства.»

Команда Creatore в настоящее время применяет атомный слой для осаждения иона (ALD) для достижения контроля над составом электрокатализаторов вплоть до размеров атомов. В настоящее время они исследуют соединения на основе таких элементов, как кобальт и фосфор или никель.

«В настоящее время мы сравниваем эти катализаторы с используемыми в настоящее время электрокатализаторами, используя фундаментальные и четко определенные установки и условия», — говорит Коста Фигейредо. «Наш план состоит в том, чтобы использовать несколько спектроскопических методов для изучения механизма реакции и изменений на электроде из-за операции электролиза.”

6. Что делает проект Dutch Electrolyzer таким особенным?

Спросите участников, и вы получите один и тот же ответ от всех: комбинация вовлеченных сторон и опыта, как в области фундаментальных исследований, так и в области промышленной практики, создает идеальную основу для разработки и коммерциализации электролизной технологии.

Стоит отметить, что есть и другие лошади, на которые можно сделать ставку, помимо самого известного варианта щелочного электролизера, на который в первую очередь ориентирован TU / e.В последние годы появились другие многообещающие технологии электролизеров. Этим занимаются Михалис Цампас и его исследовательская группа в энергетическом институте DIFFER.

Моделирование двухфазного потока в электролизере PEM

Чтобы уменьшить нашу зависимость от ископаемого топлива, мир должен перейти на возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра и солнца. Мы также должны доставлять эту энергию туда, где она больше всего нужна. Один многообещающий метод хранения и транспортировки энергии включает в себя самый распространенный элемент во Вселенной: водород.Электролизер с полимерной электролитной мембраной (PEM) использует электричество для извлечения газообразного водорода из воды. Используя программное обеспечение COMSOL Multiphysics®, вы можете моделировать работу электролизера PEM. Повышение эффективности этого устройства может помочь сделать накопленный водород жизнеспособной альтернативой электрическим батареям и жидким ископаемым видам топлива.

Проблемы ветровой и солнечной энергетики

Производство возобновляемой энергии помогает миру двигаться к менее углеродоемкой экономике, но такие источники, как ветер и солнце, создают свои собственные проблемы.Может быть трудно сбалансировать производство энергии ветра и солнца с потребительским спросом. Кроме того, оптимальное расположение ветряных турбин и солнечных батарей часто находится в удаленных районах с ограниченной пропускной способностью электросети. Эти условия делают улучшенное хранение энергии и транспорт жизненно важным дополнением к расширению производства возобновляемой энергии.

Электрические батареи — привычное средство хранения энергии, но добыча металлов, используемых в батареях, может привести к экологическим издержкам, а утилизация старых батарей также может быть проблематичной.Несмотря на то, что интенсивные исследования сосредоточены на улучшении конструкции батарей, огромные масштабы будущего спроса на накопители энергии означают, что необходимы и другие подходы.

Потенциал водородных накопителей энергии

Система хранения энергии на основе водородного электролиза может помочь решить проблемы децентрализованного производства энергии ветра и солнца. Электрогенерирующие предприятия могут поставлять электроэнергию в электролизеры на объекте, которые затем используют ее для отделения водорода от воды.(Этот процесс подробно описан ниже.) Затем водород улавливается, хранится и отправляется туда, где он нужен, в резервуарах или по трубопроводу. Электролитический водород также необходим для промышленных применений, таких как производство «зеленой стали».

Несмотря на то, что этот подход показал многообещающие результаты испытаний, коммунальный сектор еще не взял на себя крупномасштабных обязательств в отношении процесса водородного электролиза. Одним из серьезных препятствий является стоимость производства электролизеров.

Извлечение водорода из воды электролизерами из ПЭМ

В ячейке электролизера с ПЭМ две электродные камеры разделены полимерной мембраной.Жидкая вода циркулирует через анодную сторону. Электролитическое действие заставляет некоторые молекулы воды расщепляться на газообразный кислород и газообразный водород, которые проходят через мембрану и накапливаются на катодной стороне.

Механизмы электролизера. Изображение Давидлфрица — Photoshop. Под лицензией CC BY-SA 3.0 через Wikimedia Commons.

Этот метод электролиза дает важные преимущества, как показано в отчете Compendium of Hydrogen Energy за 2015 год.По сравнению с другими типами электролизеров, электролизеры из ПЭМ составляют:

• Компактный
• гибкий
• Простота обращения
• Устойчивость к изменяющимся электрическим нагрузкам
• Может работать в условиях высокого давления

Несмотря на свои обещания, электролизеры из ПЭМ еще не получили широкого распространения, в основном из-за их высокой начальной стоимости. Их каталитическое действие требует иридия на анодной стороне устройства и платины на катодной стороне. Хотя количество этих металлов очень мало по сравнению с металлами, используемыми в батареях, иридий и платина являются одними из самых редких металлов на Земле.Их высокая стоимость означает, что электролиз ПЭМ еще не является экономически выгодным. Иридий, в частности, дорог и подвержен деградации во время эксплуатации. Следовательно, повышение долговечности и эффективности преобразования иридиевого слоя на стороне анода является важным направлением исследований электролизеров на основе ПЭМ.

Моделирование двухфазного потока для максимального повышения эффективности преобразования

Модуль топливных элементов и электролизера включает функциональные возможности для моделирования электролизера PEM. Этот тип модели позволяет нам моделировать двухфазную гидродинамику на анодной стороне устройства, что может помочь нам изучить его электролитическое действие с иридием.Мы обсудим модель и некоторые из ее интересных результатов здесь, но если вы хотите сразу перейти к пошаговой учебной модели, вы можете найти ее здесь: Полимерный электролитный мембранный электролизер.

Геометрия модели электролизера ПЭМ.

Результаты моделирования показывают, что в конце проточных каналов электродов вблизи центра устройства объемная доля газа приближается к 100%. В то же время в дальнем правом канале произошло гораздо меньше конверсии газа.Любая жидкая вода, выходящая из устройства, должна быть окислена, чтобы высвободить протоны, доступные для восстановления на катодной стороне электролизера. Напротив, иридий в большой «красной зоне» оказывает очень незначительное влияние, поскольку в этих каналах почти не остается жидкой воды для окисления. Это предполагает возможность изменения геометрии электролизера для достижения более эффективного использования каталитического материала.

Распределение жидкой воды (синий) и выходящего газообразного кислорода (красный) во время работы электролизера PEM.

Подчеркивая потенциальные улучшения конструкции электролизера PEM, моделирование может помочь разработчикам сделать электролизеры более эффективными, а распределение энергии на основе водорода более жизнеспособным.

Следующие шаги

Попробуйте смоделировать двухфазный поток в мембранном электролизере с полимерным электролитом, нажав кнопку ниже:

.