Производство на водород од алуминиум. Нов процес за производство на водород од алуминиумска легура Колку водород ќе се ослободи од алкали и алуминиум

„Водородот се генерира само кога е потребно, така што можете да произведете само онолку колку што ви треба“, објасни Вудал на универзитетски симпозиум опишувајќи ги деталите за откритието. Технологијата може, на пример, да се користи заедно со мали мотори со внатрешно согорување во различни примени, како што се преносливи генератори за итни случаи, косилки за трева и пили. Теоретски, може да се користи на автомобили и камиони.

Водородот се ослободува спонтано кога се додава вода на зрната, кои се направени од легура на алуминиум и галиум. „Во овој случај, алуминиумот во цврстата легура реагира со вода, отстранувајќи го кислородот од неговите молекули“, коментира Вудал. Според тоа, преостанатиот водород се ослободува во околниот простор.

Присуството на галиум е критично за да се случи реакцијата, бидејќи го спречува формирањето на оксидна фолија на површината на алуминиумот за време на неговата оксидација. Овој филм обично спречува понатамошна оксидација на алуминиумот со тоа што делува како бариера. Ако неговото формирање е нарушено, реакцијата ќе продолжи додека не се потроши целиот алуминиум.

Вудал се отвори овој процессо течна легура на алуминиум-галиум во 1967 година додека работел во индустријата за полупроводници. „Јас чистев сад со легура на галиум и алуминиум“, вели тој „Кога додадов вода во неа, се слушна силен тресок. После тоа, се повлеков во лабораторија и поминав неколку часа проучувајќи што точно се случило“.

„Галиумот е неопходна компонента, бидејќи се топи на ниска температура и го раствора алуминиумот, што му овозможува на вториот да реагира со вода. Објаснува Вудал. „Ова беше неочекувано откритие, бидејќи е добро познато дека цврстиот алуминиум не реагира со вода“.

Крајните производи од реакцијата се галиум и алуминиум оксид. Согорувањето на водород доведува до формирање на вода. „На овој начин, не се создаваат токсични емисии“, вели Вудал „Исто така, важно е да се забележи дека галиумот не учествува во реакцијата, така што може да се рециклира и повторно да се користи. Ова е важно бидејќи овој метал сега е многу поскап од алуминиумот. Меѓутоа, доколку овој процес почне да се користи нашироко, рударската индустрија ќе може да произведува поевтин галиум со низок степен. За споредба, целиот галиум што се користи денес го има висок степенпрочистување и се користи првенствено во индустријата за полупроводници“.

Вудал вели дека бидејќи водородот може да се користи наместо бензин во моторите со внатрешно согорување, техниката би можела да се примени во автомобилски апликации. Меѓутоа, за да може технологијата да се натпреварува со технологијата на бензин, неопходно е да се намалат трошоците за обновување на алуминиум оксид. „Во моментов, цената на една фунта алуминиум е над 1 долар, така што не можете да ја добиете истата количина на водород како бензинот со 3 долари за галон“, објаснува Вудал.

Сепак, цената на алуминиумот може да се намали ако се добие од оксидот со помош на електролиза, а електричната енергија за него ќе дојде од или. Во овој случај, алуминиумот може да се произведува на лице место и нема потреба од електричен пренос, со што се намалуваат вкупните трошоци. Покрај тоа, таквите системи можат да се лоцираат во оддалечени области, што е особено важно при изградба на нуклеарни централи. Овој пристап, според Вудал, ќе ја намали употребата на бензин, ќе го намали загадувањето и зависноста од увоз на нафта.

„Ние ја нарекуваме водородна енергија базирана на алуминиум“, вели Вудал, „и нема да биде тешко да се претворат моторите со внатрешно согорување да работат на водород. Сè што треба да направите е да го замените нивниот вбризгувач на гориво со водороден“.

Системот може да се користи и за напојување на горивни ќелии. Во овој случај, веќе може да се натпреварува со бензинските мотори - дури и со денешните висока ценаалуминиум „Ефикасноста на системите при горивни ќелиие 75%, во споредба со 25% за мотор со внатрешно согорување“, вели Вудал „Значи, штом технологијата ќе биде широко достапна, нашата техника за екстракција на водород ќе стане економски исплатлива.

Научниците ја нагласуваат вредноста на алуминиумот за производство на енергија. „Повеќето луѓе не сфаќаат колку енергија е содржана во него“, објаснува Вудал „Секоја фунта (450 грама) метал може да произведе 2 kWh при согорување на ослободениот водород и исто толку енергија во форма на топлина. Така, просечен автомобил со резервоар исполнет со топчиња од алуминиумска легура (околу 150 кг) ќе може да помине околу 600 километри, а ќе чини 60 долари (со претпоставка дека алуминиумскиот оксид потоа ќе се рециклира). За споредба, ако го наполнам резервоарот со бензин, ќе добијам 6 kWh по фунта, што е 2,5 пати повеќе енергија од килограм алуминиум. Со други зборови, би ми требало 2,5 пати повеќе алуминиум за да добијам иста количина на енергија. Сепак, важно е што целосно го исклучувам бензинот, а наместо тоа користам евтина супстанција достапна во САД“.

Методот е прилично едноставен и може доста брзо да ви даде водород.
Земаме ингот од алуминиум, ставаме топка жива, истата онаа што се користи во обичните термометри. Земаме остар предмет, на пример нож, и со него го гребеме алуминиумот веднаш под топката од жива, односно го вметнуваме врвот на ножот во живата и го гребеме алуминиумскиот ингот под него, по оваа операција добиваме амалгам под топката од жива, односно легура на жива со алуминиум кога ќе изгребеме алуминиум, потоа од него го откинуваме заштитниот слој на алуминиум оксид.

Во нормални услови, на отворено, алуминиумот веднаш се покрива со тенок, но многу издржлив оксиден филм, овој филм спречува понатамошна оксидација на алуминиумот. Но, кога го прекривме алуминиумот со жива и го изгребавме алуминиумот одоздола, го олупивме филмот и дозволивме живата да создаде легура со алуминиум, односно живата веднаш продира во кристална решеткаалуминиум Сега најважното нешто. Оксидната фолија спречува оксидација, но на местото каде што го направивме амалгамот, таму алуминиумот ќе биде доста активно оксидиран од атмосферскиот кислород со формирање на бел прав, тоа ќе продолжи додека не се оксидира целиот алуминиумски ингот. Ако ставите таков ингот во вода, и таму многу активно ќе оксидира, поместувајќи го водородот од водата. реакцијата во водата се одвива толку бурно што се случува експлозија.

За да избегнете експлозија и да можете да го контролирате излезот на количината на водород, не можете да го ставите инготот во вода, туку да издувате водена пареа покрај таков ингот, што ќе оксидира во водород, односно алуминиумот ќе го однесе кислородот. од пареата, а водородот ќе биде нуспроизвод кој лесно можете да го користите како гориво за автомобили.
Алуминиум може да се ископува насекаде, на депонии, на ѓубришта, може да се отвори дури и нелегален пункт за прием, во секој случај, со сите трошоци, овој метод повеќе од ќе ви се исплати, најевтино и најлесно ќе се набави гориво.

Замислете дека имате затворен резервоар на вашиот автомобил, кој можете да го отворите и да го фрлите во алуминиумска вилушка, лажица или тавче или куп алуминиумски жици горенаведениот начин. За погодност, можете да стопите алуминиумско ѓубре и да фрлите компактни празни места од него, потоа да создадете барем мала точка од амалгам на инготот, а потоа да го покриете ова место со кит или лента, или едноставно да го ставите во пластична кеса и цврсто да го врзете така што нема реакција на оксидација. Потоа можете да ги фрлите овие празни места во херметички затворен резервоар, а потоа да снабдувате пареа таму и да добиете чист водород на излезот, кој ќе го напојува вашиот автомобил. методот е безбеден за експлозија, бидејќи количината на водород што се ослободува зависи од количината на испорачана пареа. Таков „реактор“ може да се наоѓа директно пред комората каде што ќе се инјектира водородот, така што ослободениот водород веднаш се користи без да се формираат големи експлозивни акумулации.
Овој метод е сосема можен.
Кој не верува нека прочита училишен учебникхемијата.

Активен метал. Тој е стабилен во воздухот, а при нормални температури брзо се оксидира, покривајќи се со густа фолија од оксид, која го штити металот од понатамошно уништување.

Интеракција на алуминиум со други супстанции

Во нормални услови, не комуницира со водата дури ни при вриење. Кога ќе се отстрани заштитната оксидна фолија, алуминиумот влегува во енергична интеракција со воздушната водена пареа, претворајќи се во лабава маса на алуминиум хидроксид со ослободување на водород и топлина. Равенка на реакција:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2

Алуминиум хидроксид

Ако ја отстраните заштитната оксидна фолија од алуминиум, металот влегува активна интеракцијаСо . Во овој случај, алуминиумскиот прав гори, формирајќи оксид. Равенка на реакција:

4Al + 3O2 = 2Al2O3

Овој метал исто така активно комуницира со многу киселини. Кога се реагира со хлороводородна киселина, се забележува еволуција на водород:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

Во нормални услови, концентриран азотна киселинане комуницира со алуминиум, бидејќи е силно оксидирачко средство, го прави оксидниот филм уште посилен. Поради оваа причина, азотна киселина се складира и транспортира во алуминиумски контејнери.

Транспорт на киселини

Алуминиумот се пасивира на обични температури со разредена азотна и концентрирана сулфурна киселина. Металот се раствора во топла сулфурна киселина:

2Al + 4H2SO4 = Al2(SO4)3 + S + 4H2O

Интеракција со неметали

Алуминиумот реагира со халогени, сулфур, азот и сите неметали. За да дојде до реакцијата потребно е загревање, по што интеракцијата настанува со ослободување на големо количествотоплина.

Интеракција на алуминиум со водород

Алуминиумот не реагира директно со водородот, иако е познато цврсто полимерно соединение Алан, во кој има таканаречени трицентрични врски. На температури над 100 Целзиусови степени, аланот неповратно се распаѓа во едноставни материи. Алуминиум хидрид бурно реагира со вода.

Алуминиумот не реагира директно со водородот: металот формира соединенија со губење на електрони, кои се прифатени од други елементи. Атомите на водородот не ги прифаќаат електроните што металите ги донираат за да формираат соединенија. Само многу реактивни метали (калиум, натриум, магнезиум, калциум) можат да ги „присилат“ атомите на водород да прифатат електрони за да формираат цврсти јонски соединенија (хидриди). Директната синтеза на алуминиум хидрид од водород и алуминиум бара огромен притисок (околу 2 милијарди атмосфери) и температури над 800 К. можете да дознаете за хемиски својствадруги метали.

Треба да се напомене дека ова е единствениот гас што забележливо се раствора во алуминиум и неговите легури. Растворливоста на водородот варира пропорционално на температурата и квадратен коренод притисок. Растворливоста на водородот во течен алуминиум е значително повисока отколку во цврстиот алуминиум. Овој имот малку варира во зависност од хемиски составлегури

Алуминиум и неговата водородна порозност

Алуминиумска пена

Формирањето на водородни меурчиња во алуминиумот директно зависи од брзината на ладење и зацврстување, како и од присуството на центри за нуклеација за ослободување на водород - оксиди заробени во топењето. За формирање на порозност на алуминиум, неопходен е значителен вишок на содржина на растворен водород во споредба со растворливоста на водородот во цврст алуминиум. Во отсуство на центри за нуклеација, еволуцијата на водород бара релативно висока концентрација на супстанцијата.

Локацијата на водородот во зацврстениот алуминиум зависи од нивото на неговата содржина во течен алуминиум и условите под кои се случило зацврстувањето. Бидејќи порозноста на водородот е резултат на механизмите за нуклеација и раст контролирани со дифузија, процесите како што се намалувањето на концентрацијата на водородот и зголемувањето на стапката на зацврстување ја потиснуваат нуклеацијата и растот на порите. Поради ова, одлеаноците со раздвоени матрици се поподложни на дефекти поврзани со водород отколку одлеаноците со вбризгување.

Има различни извори на водород што влегува во алуминиум.

Материјали за полнење(отпад, инготи, враќање на леарницата, оксиди, песок и лубриканти кои се користат во обработката). Овие загадувачи се потенцијални извори на водород произведен при хемиско распаѓање на водената пареа или намалување на органската материја.

Алатки за топење. Скреперите, врвовите и лопатите се извор на водород. Оксидите и остатоците од флуксот на алатот ја апсорбираат влагата од околниот воздух. Огноотпорни материјали за печки, дистрибутивни канали, корпи за земање примероци, варовни корита и цементни малтери се потенцијални извори на водород.

Печка атмосфера. Ако печката за топење работи на мазут или природен гас, нецелосното согорување на горивото може да резултира со формирање на слободен водород.

Флукси(хигроскопски соли, спремни веднаш да апсорбираат вода). Поради оваа причина, влажниот флукс неизбежно внесува водород во топењето, формирано за време на хемиското распаѓање на водата.

Калапи за лиење. За време на полнењето на калапот, течниот алуминиум тече турбулентно и го внесува воздухот во внатрешниот волумен. Ако воздухот нема време да ја напушти калапот пред да почне да се зацврстува алуминиумот, водната линија ќе навлезе во металот.

Здраво на сите, овој пат ќе одржиме интересен експериментда го претвори алуминиумот во гориво, што е водород. Ако го гледавте вториот дел од филмот „Враќање во иднината“, тогаш имаше еден интересен момент кога д-р Емет Браун „управуваше“ со Делореан.

Во иднина, технологијата долго време работи на отпад од домаќинството, претворајќи го целото ѓубре во електрична енергија. Таков конвертор во филмот е уред наречен „Mr. Док го истура остатокот од пијалокот во машината, а потоа фрла и алуминиумска конзерва таму. Најверојатно пијалокот таму беше Кока-Кола.

Но, како, од научна гледна точка, може да се добие енергија од таков отпад? Еден автор реши да го повтори овој експеримент, и се покажа доста добро. Што се крие зад сето ова? Сè е всушност многу едноставно, енергијата ќе ја добиеме од алуминиумот со екстракција на водород од него. Ова може да се направи на различни начини, алуминиумот е прилично нестабилен метал, ако неговата оксидна фолија е уништена. Во исто време, почнува да ослободува водород едноставно со контакт со воздухот. За уништување на оксидниот филм може да се користат киселини и други супстанции. На пример, можете едноставно да изгребете алуминиум со игла под капка жива и на ова место оксидниот филм ќе биде уништен.

Зошто ќе ви треба Кока-Кола за време на експериментот, ќе дознаете од статијата;)

Користени материјали и алатки

Список на материјали:
- црева;
- табли;
- пластични шишиња;
- двотактен мотор;
- мотор DC 12V;
- батерија од 12 V;
- (незадолжително);
- пластичен канистер;
- манометар;
- метални стеги;
- парче метална цевка;
- ладно заварување;
- активен јаглен;
- вода;
- тенок лим од челик;
- завртки за самопреслушување.

За хемиска реакција: алуминиум, кока-кола, натриум хидроксид.

Список на алатки:
- ножици;
- шрафцигер;
- ножовка;
- ;
- клучеви, шрафцигери и други ситници.

Ајде да започнеме со склопување на уредот:

Чекор еден. Теорија
Поентата е следна: земете Кока-Кола и додајте ѝ натриум хидроксид. Кока-Кола го има фосфорна киселина, кога реагира со натриум хидроксид се добива супстанцијата натриум ортофосфат, како и вода. Значи, ако додадете алуминиум на натриум ортофосфат, ќе добиете бурна реакција со ослободување на водород, што е она што ни треба.

Ни останува само да го прилагодиме контејнерот за реакцијата, како и да поставиме филтри и потрошувач на водород, кој е моторот со внатрешно согорување.

Чекор два. Инсталирање на „реакторот“
Ќе ви треба парче табла како основа, навртуваме шипки за да го држите канистерот. Нашиот канистер работи како реактор. Завиткајте гумено црево околу канистерот, тоа ќе дејствува како кондензатор за да спречи навлегување на водена пареа во моторот.
На врвот на канистерот инсталираме манометар, како и фитинг за поврзување на цревото за издувни гасови.

Го поврзуваме цревото од канистерот со разменувачот на топлина, а на излезот од разменувачот на топлина е поврзан и парче црево со маичка. Еден излез од маичката се користи за поврзување на горилникот, кој е парче метална цевка. Мора да има чешма пред горилникот, бидејќи тогаш нема да можете да го снабдувате моторот со гас.

Чекор три. Инсталирање филтри
Системот за филтрирање се состои од два филтри. Првото е шише со истурена вода внатре, во кое се спушта цревото од разменувачот на топлина. Овој филтер е дизајниран да собира големи капки влага што се формираат во разменувачот на топлина. Исто така, користејќи го овој филтер, можете јасно да забележите колку активно гасот влегува во моторот. За да го прицврстите шишето, исечете го дното од друго шише и прицврстете го со завртки за самопреслушување на основата. Сега го вметнуваме филтерот во оваа заграда.

Што се однесува до вториот филтер, овде веќе се случува посуптилно чистење. Истурете активен јаглен во шишето како елемент за филтрирање. Цревата ги вметнуваме низ дупките што се дупчат во капачињата од шишињата. За запечатување, можете да користите топол лепак или ладно заварување, како авторот.

Чекор четири. Инсталирање на моторот
Двотактен мотор со внатрешно согорување ќе го нахраниме со водород. Погоден е мотор од косилка за трева, моторна пила или друга слична опрема. Ние го прицврстуваме моторот со завртки на блок што е инсталиран на основата.

Моторот мора да биде подготвен да работи на гас. За ова ни треба мало пластично шише. Ние отсекуваме дупки во капакот за завртките и правиме влезна дупка за карбураторот. Го прицврстуваме капакот на карбураторот. Исечете го дното на шишето, а наместо тоа ставете сунѓер или нешто слично што ќе ви служи како филтер.

Направете дупка во шишето на влезот во карбураторот и инсталирајте црево за довод на гас.

Многу важна точка за работа на двотактен мотор е системот за подмачкување. Овде авторот нашол многу интересно решение: масло се доставува до карбураторот, односно наместо бензин. Доколку сакате, секогаш можете да ја прилагодите потребната количина на масло што ќе тече за време на работата на моторот. Можете да одредите дали тече многу масло или не според количината на чад, а прво треба да бидете сигурни дека моторот не се прегрее. Инсталирајте го држачот, закачете контејнер со масло на него и поврзете го цревото со карбураторот.

Конечно, го инсталираме моторот на 12V и го поврзуваме со вратилото на моторот со внатрешно согорување. Како резултат на тоа, добиваме два во едно, ова е стартерот со кој ќе го запалиме моторот, а овој стартер ќе работи и како генератор на електрична енергија! Авторот првично планирал да поврзе светилка од 110 волти со генераторот преку инвертер, но се покажало дека инверторот е неисправен.

Генераторот и вратилата на моторот се поврзани со помош на парче гумено црево. За да бидете на безбедна страна, можете да вметнете потенко црево во подебело. Целата оваа работа ја поправаме со метални стеги.

По ова, можете да се обидете да го запалите моторот. Испрскајте го филтерот за воздух со почетна течност и нанесете напон на моторот за да го заврти моторот. Не заборавајте за палењето и насоката на вртење.

Чекор пет. Ајде да започнеме со тестирање на инсталацијата!
Прво треба да го наполните Мистер Фјужн, наполнете го канистерот со Кока-Кола, авторот зеде 7 лименки. Потоа додадете натриум хидроксид во колата и измешајте сè. Останува само да се додаде алуминиум. Алуминиумските лименки кола сечеме на ситни парчиња и ги истураме во канистерот. Веднаш ќе започне моќна реакција, со ослободување на големо количество топлина и водород. Го затвораме покривот и чекаме додека не се формира потребниот притисок. Мора да биде најмалку 2PSI (0,13 атмосфери) за гасот да може да се користи. Но, избегнувајте висок притисок, бидејќи гасот лесно може да детонира!

Реакцијата ослободува толку многу топлина што водата почнува да врие. За да се избегне ова, авторот истура ладна вода над канистерот.

Кога еден килограм електроексплозивен алуминиумски наноправ е во интеракција со вода, се ослободуваат 1244,5 литри водород, кој при согорување произведува 13,43 MJ топлина. Ефикасноста на овој процес за производство на водород е поголема отколку во случајот со електролиза. Оксидацијата на електроексплозивниот алуминиумски наноправ се одвива 100%, т.е. употребениот материјал е целосно искористен.

Опис:

Голем број важни цивилни и воени апликации бараат мобилни извори на енергија, особено оние кои се напојуваат со водород, и технологии кои обезбедуваат примањеводород при нормални теренски услови. Техничко решениеовој проблем - производството на водород се заснова на употреба на супстанции за складирање енергија со хемотермички ефект, особено употребата генераториводород кој работи на ефектот на самозагревање на електроексплозивните алуминиумски наночестички (ALEX) во вода.

При интеракција со водаЕден килограм електроексплозивен алуминиумски наноправ ослободува 1244,5 литри водород, кој при согорување произведува 13,43 MJ топлина. Ефективноста на таков процес примањеводородот е повисок отколку во случај на електролиза. Оксидацијата на електроексплозивниот алуминиумски наноправ се одвива 100%, т.е. употребениот материјал е целосно искористен.

Карактеристиките на термичкиот режим на интеракцијата на алуминиумските наноправи со вода доведуваат до појава на нови ефекти кои не беа познати по реакциите кои вклучуваат големи алуминиумски прашоци.

Пред сè, ова е ефектот на самозагревање на наночестичките до температури што ја надминуваат температурата на околната вода за стотици степени.

Така, кога се користи индустриски алуминиумски прав со големина на микрон, стапката на еволуција на водород е само 0,138 ml во секунда на 1 g прашок. Во исто време, во финален производ- мешавина од алуминиумски оксиди и хидроксиди - се претвора само 20...30% од оригиналниот прав. Наноправ од алуминиум реактивностсупериорен во однос на конвенционалните индустриски прашоци со големина на микрони. Во исто време, стапката на еволуција на водород за време на интеракцијата на алуминиумскиот наноправ со дестилирана вода на 60 °C е 3 ml во секунда на 1 g прашок, на 80 °C - 9,5 ml во секунда на 1 g прашок, што ја надминува стапката на еволуција на водород со хидротермална синтезаприближно 70 пати.

Друга предност на користењето наноправ во оваа реакција е тоа што степенот на конверзија на алуминиум е 98...100% (во зависност од температурата).

Покрај тоа, внесувањето дури и мали количини на алкали во дестилирана вода доведува до значително зголемување на брзината на реакција: кога pH на растворот се зголемува на 12, стапката на еволуција на водород се зголемува на 18 ml во секунда на 1 g прашок. на 25 °C. Стапката на еволуција на водородот кога алуминиумот со големина на микрон се раствора во раствор кој содржи 8 g/l NaOH на иста температура е само 1 ml во секунда на 1 g прашок.

Презентираните податоци покажуваат дека електроексплозивните алуминиумски наноправи, за разлика од компактниот алуминиум и големите индустриски прашоци, комуницираат со водата со голема брзина и степен на конверзија од ~ 100%, а нивната употреба ќе овозможи производство на водород на доволно брзина во нормални услови.

Предности:

– едноставно и ефективен начинпроизводство на водород во нормални и теренски услови,

– добивање на водород со голема брзина – 10 (десетици) пати поголема од традиционалната технологии,

индустриско производство на водород од вода, цинкови киселини со електролиза на вода хлороводородна киселинагас во лабораторија со свои раце сулфурна киселина
решенија методи равенка дијаграм инсталација реакција методи electrolyzer за производство на водород
хемиско производство на кислород, амонијак пероксид, пероксид, течен водороден оксид дома со метални својства на железо видео
производство на електрична енергија вода од водород и кислород во индустријата примена на алуминиум
„направи сам“ методи за електролизатор за производство на водородкупи од вода
реакција равенка технологија апарат формула процес индустриски методбинарни неорганско соединениеза производство на водородна пареа
употреба на енергија производство на водород

Фактор на побарувачка 257