MOSCÚ, 11 de mayo - RIA Novosti. Los científicos han demostrado que el níquel y el boro, elementos baratos y fácilmente disponibles, pueden usarse para producir nuevos catalizadores para la descomposición del agua en oxígeno e hidrógeno, un descubrimiento que podría tener aplicaciones en la energía limpia del futuro, informan los investigadores en un artículo publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Hasta ahora, el más eficaz entre estos catalizadores para la electrólisis del agua (descomposición en oxígeno e hidrógeno mediante electricidad) se considera el platino, un metal caro y raro cuyas reservas en el planeta son muy limitadas y, por lo tanto, muchos científicos Los grupos están buscando un reemplazo para él.
Anteriormente, los autores del nuevo artículo, del grupo de Daniel Nocera del Instituto Tecnológico de Massachusetts en EE.UU., ya habían demostrado la aplicabilidad de los compuestos de cobalto para estos fines, un compuesto bastante común y metal disponible. Hace poco menos de dos semanas apareció en la prensa una noticia sobre la producción de un catalizador eficaz para la descomposición del agua a base de molibdeno. Sin embargo, los científicos continúan buscando nuevos compuestos, ya que para uso comercial estos catalizadores no sólo deben ser baratos, sino también mucho más efectivos que sus prototipos existentes.
En su Nuevo trabajo Los científicos del grupo de Nocera describen un sistema catalítico que es un compuesto basado en los elementos níquel y boro. Se puede aplicar como una película fina sobre cualquier superficie mediante electricidad. Sobre el electrodo resultante, sumergido en una solución acuosa de compuestos de boro (electrolito), al aplicar voltaje electrico en menos de dos voltios se produce la reacción de descomposición del agua con liberación de oxígeno. En este caso se produce una reacción en el electrodo opuesto con liberación de hidrógeno puro.
La ventaja del nuevo catalizador es que puede obtenerse a partir de elementos baratos y ampliamente disponibles. Además, tiene buenas características de rendimiento, lo que permite esperar que sistemas catalíticos similares encuentren aplicación comercial en el futuro.
Para ello, los científicos necesitan aumentar la potencia de dichos catalizadores, "enseñarles" a trabajar con agua corriente sin el uso de componentes químicos adicionales como electrolitos y también combinarlos con células solares en un solo dispositivo para lograr la máxima eficiencia.
En una planta de energía de este tipo, el exceso de electricidad generado durante las horas del día puede convertirse en hidrógeno y almacenarse para su uso durante las horas de oscuridad. Este concepto implica un ciclo completo de generación y uso de energía por parte de pequeñas granjas, lo cual es muy conveniente y mucho más eficiente que la producción centralizada de energía en centrales eléctricas y su posterior distribución a través de redes eléctricas.
Utilizar hidrógeno como portador de energía para calentar una casa es una idea muy tentadora, porque su poder calorífico (33,2 kW / m3) es más de 3 veces mayor que gas natural(9,3kW/m3). Teóricamente, para extraer gas inflamable del agua y luego quemarlo en una caldera, se puede utilizar generador de hidrógeno Para calentar. En este artículo se analizará lo que puede resultar de esto y cómo hacer un dispositivo de este tipo con sus propias manos.
Como portador de energía, el hidrógeno no tiene igual y sus reservas son prácticamente inagotables. Como ya hemos dicho, cuando se quema se libera una enorme cantidad de energía térmica, incomparablemente mayor que la de cualquier combustible de hidrocarburos. En lugar de compuestos nocivos que se emiten a la atmósfera cuando se utiliza gas natural, la combustión de hidrógeno produce agua corriente en forma de vapor. Un problema: este elemento químico no se encuentra en la naturaleza en forma libre, sólo en combinación con otras sustancias.
Uno de estos compuestos es el agua corriente, que es hidrógeno completamente oxidado. Por encima de ella se dividió en elementos constituyentes Muchos científicos trabajaron durante muchos años. Esto no quiere decir que fuera ineficaz, porque solución técnica sobre la división del agua todavía se encontró. Su esencia es reacción química electrólisis, que resulta en la división del agua en oxígeno e hidrógeno, la mezcla resultante se llamó gas detonante o gas de Brown. A continuación se muestra un diagrama de un generador de hidrógeno (electrolizador) alimentado por electricidad:
Los electrolizadores se producen en masa y están diseñados para trabajos con llama de gas (soldadura). Se aplica una corriente de cierta intensidad y frecuencia a grupos de placas metálicas sumergidas en agua. Como resultado de la reacción de electrólisis en curso, se liberan oxígeno e hidrógeno mezclados con vapor de agua. Para separarlo, los gases pasan a través de un separador y luego se alimentan al quemador. Para evitar contragolpes y explosiones, se instala una válvula en el suministro que permite que el combustible fluya en una sola dirección.
Para controlar el nivel del agua y la reposición oportuna, el diseño proporciona un sensor especial, basado en una señal desde la cual se inyecta en el espacio de trabajo electrolizador El exceso de presión dentro del recipiente se controla mediante un interruptor de emergencia y Válvula de seguridad. El mantenimiento de un generador de hidrógeno consiste en añadir agua periódicamente y listo.
Actualmente, un generador para trabajos de soldadura es el único uso práctico División electrolítica del agua. No es recomendable utilizarlo para calentar una casa y he aquí por qué. Los costos de energía durante el trabajo con llama de gas no son tan importantes; lo principal es que el soldador no necesita transportar cilindros pesados ni manipular mangueras. Otra cosa es la calefacción del hogar, donde cada céntimo cuenta. Y aquí el hidrógeno pierde frente a todos los tipos de combustible que existen actualmente.
Importante. Los costos de energía para separar el combustible del agua mediante electrólisis serán mucho más altos que los que se pueden liberar durante la combustión.
Los generadores de soldadura en serie cuestan mucho dinero porque utilizan catalizadores para el proceso de electrólisis, que incluyen platino. Puedes hacer un generador de hidrógeno con tus propias manos, pero su eficiencia será incluso menor que la de uno de fábrica. Definitivamente podrá conseguir gas inflamable, pero es poco probable que sea suficiente para calentar al menos una habitación grande, y mucho menos una casa entera. Y si hay suficiente, tendrás que pagar facturas de luz exorbitantes.
En lugar de perder tiempo y esfuerzo obteniendo combustible gratis, que a priori no existe, es más fácil hacer una simple caldera de electrodos con sus propias manos. Puedes estar seguro de que así gastarás mucha menos energía con mayor beneficio. Sin embargo, los aficionados al bricolaje siempre pueden intentar montar un electrolizador en casa para realizar experimentos y comprobarlo por sí mismos. Uno de esos experimentos se muestra en el vídeo:
En muchos recursos de Internet se publican diversos diagramas y dibujos de un generador para producir hidrógeno, pero todos funcionan según el mismo principio. Le proporcionaremos un dibujo. dispositivo sencillo, tomado de la literatura de divulgación científica:
Aquí el electrolizador es un grupo de placas metálicas atornilladas entre sí. Entre ellos se instalan juntas aislantes; las placas gruesas más exteriores también están hechas de dieléctrico. Desde un accesorio integrado en una de las placas sale un tubo para suministrar gas al recipiente con agua y de éste al segundo. La finalidad de los tanques es separar el componente de vapor y acumular una mezcla de hidrógeno y oxígeno para suministrarlo bajo presión.
Consejo. Las placas electrolíticas para el generador deben estar hechas de de acero inoxidable, aleado con titanio. Servirá como catalizador adicional para la reacción de división.
Las placas que sirven como electrodos pueden ser de cualquier tamaño. Pero hay que entender que el rendimiento del dispositivo depende de su superficie. Cómo numero mayor Cuanto más electrodos se puedan utilizar en el proceso, mejor. Pero al mismo tiempo el consumo actual será mayor, esto hay que tenerlo en cuenta. Los cables que conducen a una fuente de electricidad están soldados a los extremos de las placas. Aquí también hay margen para la experimentación: se pueden aplicar diferentes tensiones al electrolizador mediante bloque ajustable nutrición.
Se puede utilizar como electrolizador. Contenedor de plástico del filtro de agua colocando en él electrodos hechos de tubos de acero inoxidable. El producto es conveniente porque es fácil de sellar. ambiente, pasando el tubo y los cables a través de los orificios de la cubierta. Otra cosa es que este generador de hidrógeno casero tiene un bajo rendimiento debido a la pequeña superficie de los electrodos.
Por el momento, no existe una tecnología fiable y eficaz que permita implementar la calefacción con hidrógeno en una vivienda privada. Estos generadores disponibles comercialmente se pueden utilizar con éxito para el procesamiento de metales, pero no para la producción de combustible para calderas. Los intentos de organizar dicha calefacción conducirán a un consumo excesivo de energía, sin contar los costes del equipo.
MOSCÚ, 11 de mayo - RIA Novosti. Los científicos han demostrado que el níquel y el boro, elementos baratos y fácilmente disponibles, pueden usarse para producir nuevos catalizadores para la descomposición del agua en oxígeno e hidrógeno, un descubrimiento que podría tener aplicaciones en la energía limpia del futuro, informan los investigadores en un artículo publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Hasta ahora, el más eficaz entre estos catalizadores para la electrólisis del agua (descomposición en oxígeno e hidrógeno mediante electricidad) se considera el platino, un metal caro y raro cuyas reservas en el planeta son muy limitadas y, por lo tanto, muchos científicos Los grupos están buscando un reemplazo para él.
Anteriormente, los autores del nuevo artículo, el grupo de Daniel Nocera del Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE.UU.), ya habían demostrado la aplicabilidad de los compuestos de cobalto, un metal bastante común y accesible, para estos fines. Hace poco menos de dos semanas apareció en la prensa una noticia sobre la producción de un catalizador eficaz para la descomposición del agua a base de molibdeno. Sin embargo, los científicos continúan buscando nuevos compuestos, ya que para uso comercial estos catalizadores no sólo deben ser baratos, sino también mucho más efectivos que sus prototipos existentes.
En su nuevo trabajo, los científicos del grupo de Nocera describen un sistema catalítico que es un compuesto basado en los elementos níquel y boro. Se puede aplicar como una película fina sobre cualquier superficie mediante electricidad. En el electrodo resultante, sumergido en una solución acuosa de compuestos de boro (electrolito), cuando se aplica un voltaje eléctrico de menos de dos voltios, se produce una reacción de descomposición del agua con liberación de oxígeno. En este caso se produce una reacción en el electrodo opuesto con liberación de hidrógeno puro.
La ventaja del nuevo catalizador es que puede obtenerse a partir de elementos baratos y ampliamente disponibles. Además, tiene buenas características de rendimiento, lo que permite esperar que sistemas catalíticos similares encuentren aplicación comercial en el futuro.
Para ello, los científicos necesitan aumentar la potencia de dichos catalizadores, "enseñarles" a trabajar con agua corriente sin el uso de componentes químicos adicionales como electrolitos y también combinarlos con células solares en un solo dispositivo para lograr la máxima eficiencia.
En una planta de energía de este tipo, el exceso de electricidad generado durante las horas del día puede convertirse en hidrógeno y almacenarse para su uso durante las horas de oscuridad. Este concepto implica un ciclo completo de generación y uso de energía por parte de pequeñas granjas, lo cual es muy conveniente y mucho más eficiente que la producción centralizada de energía en centrales eléctricas y su posterior distribución a través de redes eléctricas.
La electrólisis es un fenómeno químico y físico de descomposición de sustancias en componentes mediante corriente eléctrica, que se utiliza ampliamente con fines industriales. A partir de esta reacción se fabrican unidades para producir, por ejemplo, cloro o metales no ferrosos.
El constante aumento de los precios de los recursos energéticos ha hecho populares las plantas de electrólisis para uso doméstico. ¿Qué son esas estructuras y cómo hacerlas en casa?
Una instalación de electrólisis es un dispositivo de electrólisis que requiere una fuente de energía externa, que consta estructuralmente de varios electrodos que se colocan en un recipiente lleno de electrolito. Este tipo de instalación también puede denominarse dispositivo divisor de agua.
En tales unidades el principal parámetro técnico es la productividad, que significa el volumen de hidrógeno producido por hora y se mide en m³/h. Las unidades estacionarias llevan este parámetro en el nombre del modelo, por ejemplo, instalación de membrana SEU-40 produce 40 metros cúbicos por hora. metro hidrógeno.
Otras características de dichos dispositivos dependen completamente del propósito previsto y del tipo de instalación. Por ejemplo, al realizar la electrólisis del agua, la eficiencia de la unidad depende de los siguientes parámetros:
¡Importante! En construcciones de diferente tipo, los valores tendrán parámetros diferentes.
Las plantas de electrólisis del agua también se pueden utilizar para fines como desinfección, purificación y evaluación de la calidad del agua.
El dispositivo más simple tiene electrolizadores que dividen el agua en oxígeno e hidrógeno. Consisten en un recipiente con electrolito en el que se colocan electrodos conectados a una fuente de energía.
El principio de funcionamiento de una instalación de electrólisis es que la corriente eléctrica que pasa a través del electrolito tiene un voltaje suficiente para descomponer el agua en moléculas. El resultado del proceso es que el ánodo produce una parte de oxígeno y el cátodo produce dos partes de hidrógeno.
Los dispositivos para dividir agua son de los siguientes tipos:
Estos electrolizadores tienen la mayor diseño simple(imagen de arriba). Tienen una característica inherente: la manipulación del número de celdas permite alimentar la unidad desde una fuente con cualquier voltaje.
Estas instalaciones tienen en su diseño un baño completamente lleno de electrolito con elementos electrodos y un depósito.
El principio de funcionamiento de una instalación de electrólisis de flujo es el siguiente (de la imagen de arriba):
Interesante saberlo. Este principio de funcionamiento está configurado en algunos máquinas de soldar– la combustión del gas liberado permite soldar los elementos.
La planta de electrólisis tipo membrana tiene un diseño similar a otros electrolizadores, pero el electrolito actúa como sólido sobre una base polimérica, que se llama membrana.
La membrana en tales unidades tiene un doble propósito: transferir iones y protones, separar electrodos y productos de electrólisis.
Cuando una sustancia no puede penetrar e influir en otra, se utiliza un diafragma poroso, que puede estar hecho de vidrio, fibras poliméricas, cerámica o material de amianto.
La electrólisis no puede ocurrir en agua destilada. En tales casos, es necesario utilizar catalizadores, que son soluciones alcalinas de alta concentración. En consecuencia, la mayor parte de los dispositivos de electrólisis pueden denominarse alcalinos.
¡Importante! Vale la pena señalar que el uso de sal como catalizador es perjudicial, ya que la reacción libera cloro gaseoso. Un catalizador ideal sería el hidróxido de sodio, que no corroe los electrodos de hierro y no contribuye a la liberación de sustancias nocivas.
Cualquiera puede hacer un electrolizador con sus propias manos. Para el proceso de montaje de la estructura más sencilla, necesitará los siguientes materiales:
Ensamble el electrolizador con sus propias manos de acuerdo con las siguientes instrucciones:
La etapa final es la prueba, que se lleva a cabo de la siguiente manera:
Si se aplica una corriente débil a la instalación, la liberación de gas a través del tubo será casi imperceptible, pero se puede observar en el interior del electrolizador. Levantamiento electricidad Al agregar un catalizador alcalino al agua, se puede aumentar significativamente el rendimiento de la sustancia gaseosa.
El electrolizador fabricado puede actuar. parte integral muchos dispositivos, como por ejemplo una antorcha de hidrógeno.
Conociendo los tipos, principales características, estructura y principio de funcionamiento de las plantas de electrólisis, es posible realizar montaje correcto diseño casero, que será un asistente indispensable en diversas situaciones cotidianas: desde soldar y ahorrar combustible en el vehículo hasta el funcionamiento de los sistemas de calefacción.
