Получение водорода. Получение водорода электролизом воды

Вам понадобится

• пластиковая бутылка емкостью 1,5 литра, резиновый шарик, кастрюля с водой, гидроксид калия или гидроксид натрия (каустическая сода, едкий натр), 40 сантиметров проволоки из алюминия, кусочек цинка, стеклянная емкость с узким горлышком, раствор соляной кислоты, резиновый шарик, аккумулятор 12 Вольт, провод из меди, провод из цинка, стеклянный сосуд, вода, поваренная соль, клей, шприц.

Инструкция

Заполните наполовину водой пластиковую бутылку. Киньте в бутылку и растворите в воде 10-15 грамм едкого натра или соды. Поставьте бутылку в кастрюлю с водой. Нарежьте алюминиевую проволоку кусочками по 5 сантиметров длиной и киньте в бутылку. Наденьте на горловину бутылки резиновый шарик. Выделяемый во время реакции с раствором щелочи будет в резиновом шарике. Эта происходит с бурным выделением - будьте осторожны!

Налейте в стеклянную емкость соляной и киньте в нее цинк. Наденьте на горловину стеклянной емкости воздушный шарик. Выделяемый во время реакции с соляной кислотой водород будет собираться в воздушном шаре.

Налейте в стеклянную емкость воду и размешайте в ней 4–5 столовых ложек поваренной соли. Затем просуньте в шприц со стороны поршня медный провод. Герметизируйте это место клеем. Опустите шприц в сосуд с соляным раствором и отодвигая поршень, заполните шприц. Подключите медный провод к отрицательному выводу аккумулятора. Опустите рядом со шприцом в раствор соли цинковый провод и подключите его к положительному выводу аккумулятора. В результате реакции электролиза около медного провода выделяется водород, который вытесняет , контакт медного провода с соляным раствором прервется, и реакция прекратится.

Современное название водороду – гидроген, дал французский знаменитый химик Лавуазье. Название обозначает – гидро (вода) и генез (рождающий). Открыл «горючий воздух», как его раньше называли, Кавендиш в 1766 году, он же и доказал, что водород легче воздуха. В школьной программе по химии присутствуют уроки, в которых рассказывается не только об этом газе, но и способе его получения.

Вам понадобится

• Колба Вюрца, гидроксид натрия, алюминий в гранулах и пудра, мерный стакан, алюминиевая ложка, штатив,капельная воронка. Защитные очки и перчатки, лучина, зажигалка или спички.

Инструкция

Первый способ.
Возьмите колбу Вюрца, в которой к горловине припаяна стеклянная отводная трубка, и капельную воронку. Соберите систему на штативе, прикрепив колбу зажимом и установив ее на поверхность стола. Сверху в нее вставьте капельную воронку с краником.

Проверьте плотное закрепление всех системы – колбы Вюрца и зажима. Возьмите . Он должен быть в гранулах. Положите его в колбу. Налейте в капельную воронку более-менее насыщенный раствор . Приготовьте две емкости для сдерживания , а также лучину и зажигалку или спички, чтобы ее поджечь.

Влейте из капельной воронки в колбу Вюрца гидроксид натрия, для этого откройте кран на воронке. Подождите, через некоторое начнется выделение водорода. Водород, с небольшим содержанием , заполнит колбу полностью. Чтобы ускорить этот процесс, нагрейте колбу Вюрца снизу при помощи горелки.

Давно хотел сделать подобную штуку. Но дальше опытов с батарейкой и парой электродов не доходило. Хотелось сделать полноценный аппарат для производства водорода, в количествах для того чтобы надуть шарик. Прежде чем делать полноценный аппарат для электролиза воды в домашних условиях, решил все проверить на модели.

Общая схема электролизера выглядит так.

Эта модель не подходит для полноценной ежедневной эксплуатации. Но проверить идею удалось.

Итак для электродов я решил применить графит. Прекрасный источник графита для электродов это токосъемник троллейбуса. Их полно валяется на конечных остановках. Нужно помнить, что один из электродов будет разрушаться.

Пилим и дорабатываем напильником. Интенсивность электролиза зависит от силы тока и площади электродов.

К электродам прикрепляются провода. Провода должны быть тщательно изолированы.

Для корпуса модели электролизера вполне подойдут пластиковые бутылки. В крышке делаются дырки для трубок и проводов.

Все тщательно промазывается герметиком.

Для соединения двух ёмкостей подойдут отрезанные горлышки бутылок.

Их необходимо соединить вместе и оплавить шов.

Гайки делаются из бутылочных крышек.

В двух бутылках в нижней части делаются отверстия. Все соединяется и тщательно заливается герметиком.

В качестве источника напряжения будем использовать бытовую сеть 220в. Хочу предупредить, что это довольно опасная игрушка. Так что, если нет достаточных навыков или есть сомнения, то лучше не повторять. В бытовой сети у нас ток переменный, для электролиза его необходимо выпрямить. Для этого прекрасно подойдет диодный мост. Тот что на фотографии оказался не достаточно мощным и быстро перегорел. Наилучшим вариантом стал китайский диодный мост MB156 в алюминиевом корпусе.

Диодный мост сильно нагревается. Понадобится активное охлаждение. Кулер для компьютерного процессора подойдет как нельзя лучше. Для корпуса можно использовать подходящую по размеру распаячную коробку. Продается в электротоварах.

Под диодный мост необходимо подложить несколько слоев картона.

В крышке распаячной коробки делаются необходимые отверстия.

Так выглядит установка в сборе. Электролизер запитывается от сети, вентилятор от универсального источника питания. В качестве электролита применяется раствор пищевой соды. Тут нужно помнить, что чем выше концентрация раствора, тем выше скорость реакции. Но при этом выше и нагрев. Причем свой вклад в нагрев будет вносить реакция разложения натрия у катода. Эта реакция экзотермическая. В результате неё будет образовываться водород и гидроксид натрия.

Тот аппарат, что на фото выше, очень сильно нагревался. Его приходилось периодически отключать и ждать пока остынет. Проблему с нагревом удалось частично решить путем охлаждения электролита. Для этого я использовал помпу для настольного фонтана. Длинная трубка проходит из одной бутылки в другую через помпу и ведро с холодной водой.

Рис. 56. Шарик натрия на поверхности воды

Атом водорода состоит из ядра и одного электрона. С атомами металлоидов атомы водорода образуют ковалентные связи, более или менее поляризованные. В некоторых из этих соединений (Н 2 O, НСl и др.) состояние атома водорода приближается к ионизированному Н + .

Если кусочек натрия бросить в чашку с водой, происходит энергичная реакция; с шипением начинает двигаться по поверхности воды, вытесняя из нее . При этом образуется так много тепла, что плавится и превращается в шарик, который быстро уменьшается в размерах и вскоре исчезает (рис. 56). Иногда разогревание столь сильно, что выделяющийся загорается.

Взаимодействие натрия с водой выражается уравнением

2Na + 2Н 2 O = 2NaOH + Н 2

Сущность этой реакции заключается в отдаче электрона атомом натрия одному иону водорода из молекулы воды. Атомы натрия превращаются при этом в положительно заряженные ионы, в виде которых и входят в состав NaOH, а ионы водорода превращаются в атомы, связывающиеся затем попарно с образованием молекул Н 2 . Аналогично протекает реакция с калием и кальцием.

Кроме указанных металлов, с водой могут взаимодействовать и другие , но уже при более высоких температурах. Так, вытесняет водород из воды при температуре ее кипения, и только при накаливании их в струе водяного пара. Во всех этих случаях водород, находящийся в состоянии, близком к ионизированному, получает электроны от атомов металла и превращается в нейтральные атомы.

В промышленности для получения водорода из воды пользуются следующими методами.

Конверсионный метод является наиболее распространенным методом получения водорода, особенно идущего на синтез аммиака. При работе по этому методу сквозь слой раскаленного угля пропускают водяной пар. Образующаяся при этом смесь окиси углерода с водородом носит название водяного

г а з а и может применяться как газообразное топливо. Если процесс ведется с целью получения водорода, для удаления из полученной смеси окиси углерода водяной газ пропускают вместе с водяным паром над раскаленной окисью железа, служащей катализатором. Окись углерода взаимодействует с водяным паром, образуя водород и углекислый газ. Эта реакция, называемая конверсией окиси углерода, выражается уравнением

(Н 2) + СО + Н 2 О ⇄ СО 2 + Н 2 + (Н 2) + 10 ккал

При низких температурах равновесие сдвинуто вправо, а с повышением температуры смещается в сторону образования исходных веществ.

Так как реакция протекает с достаточной скоростью только при температурах не ниже 450°, для повышения степени конверсии окиси углерода водяной пар добавляют к водяному газу в количестве, значительно большем, чем это следует из уравнения реакции, благодаря чему равновесие, несмотря на высокую температуру, остается сильно сдвинутым вправо.

Образовавшийся в результате конверсии углекислый газ отделяют от водорода, промывая газовую смесь водой, под давлением 20 ат. Для окончательной очистки водород пропускают еще через ряд растворов, поглощающих все примеси.

При работе по конверсионному методу вместо водяного газа часто пользуются другими газами, содержащими окись углерода, в частности генераторным газом.

Железо-паровой метод является наиболее старым из методов получения водорода, утратившим в настоящее время свое былое значение. Метод основан на взаимодействии железа с водяным паром при пропускании последнего над накаленными железными стружками:

3Fe + 4Н 2 О ⇄Fe 3 О 4 + 4Н 2 + 35,3 ккал

Реакция обратима и в направлении слева направо идет с выделением тепла. Следовательно, в соответствии с принципом Ле-Шателье, чем ниже температура, тем сильнее равновесие должно быть сдвинуто в сторону образования водорода. Однако при низких температурах из-за малой скорости реакции равновесие устанавливается слишком медленно. Поэтому на практике реакцию ведут при температурах не ниже 700°. При 700° равновесная смесь содержит приблизительно равные объемы водорода и водяного пара, т. е. половина пропускаемого пара остается неиспользованной. Так как образующийся водород вместе с избытком водяного пара сейчас же удаляется из сферы реакции, то процесс идет непрерывно до тех пор, пока все не превратится в окалину. Образовавшуюся окалину восстанавливают затем водяным газом и снова пускают в реакцию.

Электрохимический метод получения водорода

При наличии дешевой электрической — энергии экономически целесообразно получать водород из воды, разлагая ее электрическим током. Преимуществом этого метода является высокая степень чистоты получаемого водорода, что исключает необходимость в весьма сложных устройствах для его очистки от примесей. Кроме того, с электролизом воды в настоящее время связано и получение тяжелой воды, необходимой для ядерных реакторов.

Электрохимическим методом получают около 18% мировой продукции водорода.

Некоторое количество водорода получается также методом глубокого охлаждения коксового газа. При нагревании каменного угля без доступа воздуха до 900-1200° образуется так называемый коксовый газ - смесь, содержащая около 50-60% водорода; твердый остаток представляет собой кокс. Для выделения водорода из коксового газа последний подвергают глубокому охлаждению. При этом все газы, кроме водорода, переходят в жидкое состояние и таким путем отделяются от водорода.

За последние двадцать лет в качестве источника получения водорода стал широко применяться метан, содержащийся в при родных газах и газах переработки нефти. В 1940 году в США из нового вида сырья было получено 5% водорода, идущего на синтез аммиака, в 1945 году - уже 45%, а в 1953 году--66%.

Получение водорода из метана можно осуществить разными способами:

1)термическим разложением метана:

СН 4 = С + 2Н 2 + 18 ккал

2)взаимодействием метана с водяным паром:

СН 4 + Н 2 О = СО + 3Н 2 - 49 ккал

3)взаимодействием метана с двуокисью углерода или со смесью двуокиси углерода я водяного пара:

СН 4 + СО 2 = 2СО + 2Н 2 -60,1 ккал

3СН 4 + СО 2 + 2Н 2 О = 4СО + 8Н 2 - 158,6 ккал

4)неполным окислением метана:

2СН 4 + О 2 = 2СО + 4Н 2 + 16,1 ккал

При всех этих способах, кроме первого, получаются газовые смеси с сравнительно высоким содержанием окиси углерода. Для увеличения выхода водорода эти смеси вместе с водяным паром подвергают конверсии.

Если водород не используют непосредственно на месте получения, то его транспортируют в сжатом состоянии в стальных баллонах, где он находится под большим давлением.

В лабораториях водород обычно получают действием разбавленной серной или соляной кислоты на :

Zn + H 2 SО 4 = ZnО 4 + Н 2

Вместо цинка можно взять , но в этом случае реакция идет гораздо медленнее.

Водород, получающийся при действии кислот на и другие , всегда содержит пары воды, а также некоторые газообразные примеси. Если нужен сухой водород, то получающийся газ освобождают от водяных паров, пропуская через концентрированную серную кислоту, жадно поглощающую влагу. Для удаления других примесей пользуются растворами различных солей.

1 Лекция 5 Получение водорода электролизом воды Физико-химические основы электролиза воды Основные типы электролизеров и их характеристики Щелочные электролизеры Электролизеры с твердым полимерным электролитом Твердооксидные электролизеры

2 Физико-химические основы процесса электролиза воды CuSO4 - - - - Cu + + + + + + Электрод: - электронный проводник, погруженный в ионный проводник (раствор электролита, расплав) или соприкасающийся с ним. На межфазной границе раздела электрод - раствор протекают электродные процессы, и устанавливается разность потенциалов - электродный потенциал, значение которого зависит от природы протекающей на поверхности электрода электрохимической реакции. Непосредственно измерить можно только разность электродных потенциалов нескольких электродов. Практическое значение имеют относительные электродные потенциалы, представляющие собой разность электродного потенциала рассматриваемого электрода и электрода сравнения, электродный потенциал которого условно принят равным нулю. Равновесный электродный потенциал: напряжение ячейки, составленной из этого электрода и электрода сравнения, при условии, что на всех фазовых границах ячейки установилось равновесие. Электродный потенциал Е, соответствующий условиям равновесия, связан с изменением энергии Гиббса?G электрохимической реакции, протекающей на электроде (электродной реакции), соотношением (1): z - число электронов, участвующих в электрохимическом равновесии; F-число Фарадея:F=NAe (2)

3 Значение электродного потенциала зависит от концентрации с или активности аМе веществ, участвующих в электрохимическом равновесии. Для металлических электродов (3): R-универсальная газовая постоянная; Т - температура; Е0 - нормальный электродный потенциал, соответствующий электродному потенциалу системы, в которой активность находящихся в электрохимическом равновесии веществ равна единице. Электрод может состоять из нескольких последовательно включенных фаз, и на каждой из межфазных границ может осуществляться какая-то отдельная стадия полной электродной реакции. Поэтому электродную реакцию следует рассматривать как суммарный, итоговый процесс, который слагается из ряда последовательных стадий. Если вместо изменения энергии Гиббса подставить алгебраическую сумму химических потенциалов?i, всех компонентов полной реакции, то ЭДС ячейки (4): где?i-- стехиометрический коэффициент компонента i в суммарной реакции ячейки. Продифференцировав (1) по температуре, получим температурный коэффициент ЭДС ячейки (5):

4 Обратимое выделение или поглощение теплоты в электрохимической ячейке определяется величиной (6): где?H - изменение энтальпии в полной реакции или ее тепловой эффект. Если?H ?G, то в работу превращается больше энергии, чем освобождается при реакции, и ячейка охлаждается. Т.е., выделение или поглощение теплоты при обратимой работе ячейки определяется соотношением (7): С учетом уравнения Гиббса - Гельмгольца (8): и 1, 5, зависимость для энтальпии (теплового эффекта реакции) (9): Зависимость ЭДС ячейки от давления, важная для газовых электродов (из 1), (10): ?V -изменение объема системы при стехиометрическом превращении на 1 моль образовавшегося газа. Пренебрегая изменениями объемов жидких и твердых фаз:

5 для получения 1 м3 (90 г) водорода требуется 805 г воды и 2394 А-ч электричества. Затраченная в этом процессе электроэнергия, кВт-ч, равна произведению количества электричества на падение напряжения на ячейке U(B): Wel=2,394U Теоретическое значение ЭДС ячейки Ет, необходимой для осуществления обратимой реакции разложения воды, определяется соотношением соответствует той части энергии, которую необходимо подвести в виде работы: Тепловой эффект реакции разложения воды – это?H - сумма работы и теплоты, затраченных в процессе. Соответствующее тепловому эффекту напряжение ячейки Еq=?H/zF называется термонейтральным напряжением. Оно равно напряжению ячейки в гипотетическом изобарно-изотермическом обратимом процессе, при котором отсутствует тепломассообмен с внешней средой и вся необходимая для реакции энергия (сумма необходимых теплоты и работы) подводится в виде электроэнергии. Т.к. ?H очень слабо зависит от температуры, Еq практически постоянно и при электролизе воды с учетом теплоты испарения составляет.Е"q=1,481 В, а при электролизе водяного пара Е"q=1,25 В. Доля работы, необходимой для разложения воды, по отношению к полным затратам энергии в электрохимическом процессе? равна отношению Ет/Еq, т.к. Ет для воды с ростом Т уменьшается (при атмосферном давлении dЕт/dТ=-0,25 мВ-К-1) при повышении Т доля теплоты возрастает и при T~5000 К практически вся энергия, необходимая для разложения воды, используется в виде теплоты (?~0).

6 Зависимость Ет и затрат энергии в реакции разложения воды при Р=0,1 МПа (теоретические значения Wтэл и Wттепл найдены как Wтэл = 2,394Ет = 2,394Еq? кВт-ч и Wттепл = 2,394 (Еq – Ет) = 2,394Еq (1 - ?) кВт ч.) В обратимой реакции при электролизе воды наряду с затратами электроэнергии принципиально возможно непосредственное преобразование теплоты, подводимой к ячейке, в химическую энергию топливно-окислительной композиции (водорода и кислорода) в количестве Wттепл.

7 В области (3) Е"q ?U? Е"q при электролизе воды подводимая извне теплота затрачивается на испарение воды, при электролизе пара, выделяющаяся теплота, отдается во внешнюю среду. В области 2 затраты электроэнергии на электролиз меньше низшей теплоты сгорания водорода в кислороде, в области 3 - больше низшей, но меньше высшей. При U>Е"q выделяющаяся в ячейке теплота отдается во внешнюю среду и затраты электроэнергии на производство водорода превышают высшую теплоту сгорания получаемой топливно-окислительной композиции (область 4). Термодинамически более выгодно вести процесс электролиза при высоких температурах и значениях (U, близких к Ет, с подводом теплоты от внешнего источника. При напряжении ячейки U<Ет (обл1) получение водорода из воды электролизом невозможно. При Ет

8 В условиях ЭХ равновесия поверхность электрода в растворе имеет нулевой заряд: скорости разряда ионов и ионизации сбалансированы. Скорости прямой и обратной электродных реакций при равновесном электродном потенциале, выраженные в электрических единицах, называются током обмена. Ток обмена является зависит от активности реагирующих ионов? и анергии активации электродной реакции (14): Iо - стандартный ток обмена (при а=1); а - кажущийся коэффициент переноса ионов в растворе; z-заряд иона; F-число Фарадея; ? - фактический электродный потенциал; ?0 - равновесный электродный потенциал. Величина?? = ? - ? 0 показывает, насколько должен быть удален электродный потенциал от равновесного его значения для обеспечения необходимой скорости реакции разряда или образования ионов I, и называется перенапряжением (поляризацией) электрода. При постоянной активности ионов в растворе (из 14), ?? -линейная функция логарифма I, что выражается известным уравнением Тафеля: ??=A-BlnI где А и В - константы. Константа В -тафелевский наклон (параметр Тафеля), пропорциональна температуре, обратно пропорциональна кажущемуся коэффициенту переноса и определяется процессами в растворе и материалом электрода, но не состоянием его поверхности. Константа А определяется процессами на межфазной границе и в большей степени зависит от материала электрода и состояния его поверхности.

9 Поляризация электродов: возникает из-за конечной скорости разряда или образования ионов (химическая поляризация), влияет на протекание электродных процессов. Концентрационная поляризация??конц: Наблюдается при значительных плотностях тока и продолжительном электролизе. Связана с замедленной скоростью поступления ионов из объема раствора к поверхности электродов, которое осуществляется диффузией через тонкий слой раствора вблизи поверхности. На поверхности электрода в единицу времени нейтрализуется I/zF ионов. С ростом поляризации электрода поток ионов к его поверхности возрастает, так как уменьшается их концентрация на самой поверхности. Это возрастание ограничено предельным током Iпред, который соответствует концентрации ионов на поверхности электрода, равной нулю, т. е. когда все ионы, способные за счет диффузии в единицу времени попасть из объема раствора к поверхности электрода, немедленно разряжаются. Дальнейший рост поляризации электрода уже не приводит к возрастанию I. Предельная плотность тока определяется уравнением (16): где Di - коэффициент диффузии ионов; с - объемная концентрация ионов; ? - толщина диффузионного пограничного слоя; ni - число переноса ионов; КD - константа скорости диффузии.

10 Концентрационная поляризация??k логарифмически зависит от плотности тока (17): С ростом Т КD и Iпред возрастают и??k падает. Перемешивание раствора приводит к уменьшению? и снижению??k. При протекании тока в растворе возникает омическое падение напряжения??ом в электролите и в диафрагме, разделяющей электроды. Кроме того, выделение на электродах газообразных продуктов электролиза в виде пузырьков газа приводит к увеличению удельного сопротивления электролита вблизи электрода и уменьшению площади поверхности контакта электролит - электрод, т. е. к увеличению омических потерь (18): где??ом - омические потери в электролите и пористой диафрагме; ??кат - катодное перенапряжение (суммарное?? определяемое процессами на катоде); ??ан - анодное перенапряжение (суммарное??, определяемое процессами на аноде).

11 В реальных электролизерах всегда U>Еq, т. е. теплота выделяется в окружающую среду. Распределение потерь напряжения в щелочном электролизере при I=300 мА-см-2, Т= 353 К, Eт=1,18 В и U=2.40 В: Распределение потерь напряжения Суммарные энергетические потери в электролизной ячейке складываются из энергетических потерь на электродах, характеризующихся тафелевской зависимостью поляризационных кривых, и из омических потерь в электролите и местах контактов, пропорциональных плотности тока. Обобщенная вольт-амперная характеристика электролизной ячейки имеет вид (19): U=A+BlnI+rI а эффективное сопротивление ячейки rэф=dU/dI зависит от плотности тока: rэф=B/I +r и не зависит от активности (каталитичности) электродов.

12 Тепловой баланс При отсутствии утечек тока все составляющие теплового баланса ячейки можно выразить в электрических единицах. В ячейке выделяется джоулева теплота. С уходящими газами отводится теплота Qг, через холодильники Qхол, путем потерь через стенки Qст. В общем балансе надо учесть отвод энергии в виде химической энергии Qхим (теплоты сгорания в условиях работы ячейки) полученных водорода и кислорода. С ростом нагрузки доля потерь теплоты через стенки Qст в общем балансе теплоты уменьшается, а Qхим и Qг остаются неизменными. Суммарные потери теплоты Qпот=Qхим+Qг+Qст - кривая 1. Выделение энергии в ячейке определяется ее вольт-амперной характеристикой (кривая 2). В точке a энерговыделение и потери равны. При работе в режиме IIа необходим отвод теплоты через холодильники. Практически работа электролизера всегда осуществляется при I>Ia.

13 Удельные энергозатраты Затраты электроэнергии на единицу продукции при электролизе зависят от плотности тока. С увеличением I возрастают перенапряжения на аноде и катоде, омические потери, утечки тока и другие потери энергии, что приводит к росту затрат электроэнергии на единицу продукции. Характеристики электролизера ФВ-500 Под КПД электролизера?э принимают отношение низшей теплоты сгорания 1 м3 водорода к количеству электроэнергии, которую нужно затратить для его получения при той же температуре.

14 Основные типы электролизеров и их характеристики По конструкции и схеме включения в цепь электродов все электролизеры можно подразделить на два типа -с монополярными и биполярными электродами. Электролизеры с монополярными электродами изготовляют обычно ящичного (баночного), а с биполярными - фильтр-прессного типов. В них анод (катод) каждой ячейки соединен электрически с катодом (анодом) соседней ячейки, т. е. ячейки соединены последовательно. По виду электролита: с водным щелочным электролитом (рабочая температура - до 500 К); с катионообменной мембраной (рабочая температура- до 423 К); с твердым окисным электролитом (рабочая температура 1100-1300 К.)

15 Электролизеры со щелочным электролитом Обычно фильтр-прессного типа. Применяются два типа конструкций электролизных ячеек. В ячейке на рис.а, каталитический слой 2 нанесен непосредственно на плоскую биполярную металлическую пластину 3 и генерация газа происходит на наружной поверхности каталитического слоя; пористая диафрагма-сепаратор 1 укреплена на распорках 4 в зазоре, заполненном электролитом. Омические потери складываются из потерь в диафрагме и в объеме электролита, содержащем газовую фазу, В ячейке на рис. б каталитический слой 2 нанесен непосредственно на заполненную электролитом пористую диафрагму-сепаратор 1, генерация газа происходит на внутренней поверхности каталитического слоя; контактирующая с каталитическими слоями биполярная металл. пластина 3 разделяет две соседние ячейки и, обеспечивает сепарацию продуктов электролиза. Омические потери складываются из потерь в диафрагме и на контактном сопротивлении между электродами и биполярной пластиной.

16 Электродные реакции в щелочном электролизере: На катоде: На аноде: Наиболее существенны поляризационные потери на электродах и омические потери в электролите. Снижение поляризации электродов достигается увеличением тока обмена электродных реакций, развитием удельной поверхности катализаторов и повышением эффективности ее использования. Ток обмена реакций зависит от материала (каталитичности) электродов и в соответствии с законом Аррениуса увеличивается с ростом температуры. Наиболее активными катализаторами катодного процесса выделения водорода являются металлы Ni, Pd, Рt, хорошо адсорбирующие водород. С точки зрения экономики целесообразно использовать неплатиновые катализаторы. Для никелевых катодов, при температурах 298-373 К энергия активации процесса выделения водорода при I=1 А-см-2 составляет около 41 кДж-моль-1 Н2, при увеличении температуры от 298 до 363 К ток обмена возрастает от 10-7 до 2*10-5 А-см-2.

17 Катализаторы анодного процесса выделения кислорода. Ряд электрохимической активности металлов для этого процесса имеет видNi>Ir>Рt. Типичные характеристики анодного процесса выделения кислорода на металлических катализаторах на основе Ni при электролизе водного раствора 30 % КОН при 353 К, I=2-10-5 А-см-2: Пути повышения эффективности: Развитие поверхности катализатора. Гидрофобизация.-приводит к уменьшению отрывных диаметров газовых пузырьков, уменьшению степени заполнения поверхности газовой фазой и к увеличению поверхности контакта электролит - катализатор, т. е. к увеличению активности электродов. Гидрофобизация в большей степени влияет на эффективность анодного процесса выделения кислорода, чем на процессы на катоде, в связи с меньшими диаметрами пузырьков водорода.

18 Проблема диафрагм Совершенствование пористых разделительных диафрагм (мембран) с целью уменьшения омических потерь. Металлокерамические диафрагмы - хорошая коррозионная стойкость при повышенных температурах и относительно низкое сопротивление. В никелевых пористых дифрагмах с пористостью около 50%, размерами пор от 2 до 30 мкм и толщиной от 0,4 до 0,7 мм потери напряжения в 30 % КОН при Т=353 К и I~2 А-см-2 составляют от 0,1 до 0,25 В. Пористые диафрагмы, не обладающие электронной проводимостью: уменьшается опасность коротких замыканий и увеличивается надежность работы электролизера. Наиболее распространенным материалом для таких диафрагм сегодня является асбестовая ткань или асбокартон, который, однако, недостаточно стабилен и подвержен коррозии при температурах Т> 350 К. Одной из важнейших задач является разработка коррозионно-стойких при повышенных температурах и прочных пористых материалов, не обладающих электронной проводимостью, для диафрагм щелочных электролизеров. В качестве таких исходных материалов в последнее время активно исследуются сульфонированный тетрафторэтилен, титанат бария, гексатитанат калия. Перспективным материалом для диафрагм может оказаться пористый окисленный никель.

19 Пути совершенствования щелочных электролизеров: увеличение температуры и давления. Увеличение температуры в ЩЭ сопровождается повышением давления для предотвращения выкипания щелочи. При возрастании р, уменьшаются размеры газовых пузырьков и объемное газосодержание электролита, т. е. уменьшаются омические потери в нем, уменьшаются степень заполнения поверхности электродов газовой фазой и отрывные диаметры газовых пузырьков, увеличивается объемное заполнение пористого электрода жидким электролитом, т. е. повышается эффективность использования поверхности электродов. Поляризационные характеристики никелевых электродов: Температуры: 1-353; 2-423; 3 - 483; 4 - 538 К

20 Основные характеристики мощных щелочных электролизеров для работы под давлением Плотность тока, кА-м-2 1-2 Напряжение на ячейке, В 1,75-1,9 Затраты энергии на производство водорода, кВт-ч-м-3 4,2-4,7 Рабочая температура, К 380-400 Рабочее давление, МПа 3-4 Тип электролита 25-30 % КОН Производительность единичного агрегата по водороду, м3-ч-1 100-750

21 Твердополимерные электролизеры Мембрана Nafion Протонообменная мембрана Nafion® представляет собой пленку из полимера, сочетающего гидрофобную основную цепь и боковые цепи, содержащие кислотные группы (гидрофильная часть). При наличии воды в полимере, она локализуется вблизи кислотных групп, образуя наноразмерную гидратную область. Гидрофильная часть полимера, обеспечивает протонный транспорт а гидрофобная часть, стабилизирует морфологию мембран, обеспечивая их механическую прочность. Достоинства ТПЭ: Экологическая чистота возможность работы при низких напряжениях на ячейке, больших плотностях тока, высоких давлениях и температурах Высокая эффективность (80 – 90%) Высокая чистота водорода (>99.999%) Твердый электролит – нет риска утечек, как в щелочном Э-ре

22 Если мембрану увлажнить, то кислотные группы –SO3H гидратируются, диссоциируют на SO-3 и H+, создавая протонную проводимость. На аноде в контакте с водой образуются гидроксильные группы и освобождаются протоны. X+H2O>X-OHads + H+ + e- Гидроксильные связи рвутся, образуя дополнительные протоны: X-OHads > X-O + H+ + e- Протоны, (гидратированные H+.nH2O), мигрируют через мембрану, прыгая от одной сульфо-группы к другой, а на катоде собирают электроны, образуя Н2. X-O связи на аноде рвутся, образуя О2. Принцип работы

23 Полимерная мембрана – кислота, - нужно использовать коррозионно – стойкие материалы. (электроды). Катодные материалы: Pt Pd Анодные материалы: Ir, IrO2, Rh, Pt, Rh-Pt, Pt-Ru Биполярные пластины – графит Удобно соединять ячейки последовательно – можно использовать более дешевые ИП Обычные параметры: Т= 80-150°C, давление до 30 Атм., плотность тока до 2 А/см2, напряжение на ячейке 1.4 - 2 В Устойчивы к изменениям питания, поэтому хорошо сочетаются с солнечными элементами. Дорогие, т.к. используются драгметаллы. Нужна чистая вода Нужно контролировать перепад давлений на мембране.

24 Твердооксидные электролизеры Затраты энергии на электролиз пара: (241.8 кДж/моль), электролиз воды: 285.83 кДж/моль. Термонейтральный потенциал равен 1.287 В при 800°C. Расход электроэнергии снижается при увеличении Т, т.к. электрическая энергия частично замещается тепловой. Отношение?G/ ?H =93% при 100 С, 79 % при 1000 С. Теплота может подводиться аллотермически и автотермически Снижается рабочее напряжение ячейки (0,95 – 1,33 В).

25 В ТОЭ используется керамический электролит (стабилизированная иттрием окись циркония), обладающая проводимостью по (O2-) при температурах ~1000°C . The operating temperature is decided by the ionic conductivity of the electrolyte. Реакция на катоде: 2H2O+4e- > 2H2+2O2- Реакция на аноде: 2O2- > O2+4e- (2.2.21)

Экспериментально обнаружен и исследован новый эффект «холодного» высоковольтного электросмоса испарения и малозатратной высоковольтной диссоциации жидкостей.на основе этого открытия автором предложена и запатентована новая высокоэффективная малозатратная технология получения топливного газа из некоторых водных растворов на основе высоковольтного капиллярного электросмоса.

ВВЕДЕНИЕ

Эта статья – о новом перспективном научно-техническом направлении водородной энергетики. Она информирует о том, что в России открыт и экспериментально апробирован новый электрофизический эффект интенсивного «холодного» испарения и диссоциации жидкостей и водных растворов в топливные газы вообще без затрат электроэнергии- высоковольтный капиллярный электроосмос. Приведены яркие примеры проявления данного важного эффекта в Живой Природе. Открытый эффект является физической основой многих новых «прорывных» технологий в водородной энергетике и промышленной электрохимии. На его основе автором разработана, запатентована и активно исследуется новая высокопроизводительная и энергетически малозатратная технология получения горючих топливных газов и водорода из воды, различных водных растворов и водо-органических соединений. В статье раскрывается их физическая сущность, и техника реализации на практике, дана технико-экономическая оценка перспективности новых газогенераторов. В статье приведен также анализ основных проблем водородной энергетики и ее отдельных технологий.

Кратко об истории открытия капиллярного электроосмоса и диссоциации жидкостей в газы и о становлении новой технологии Открытие эффекта осуществлено мною в 1985 г. Опыты и эксперименты по капиллярному электроосмотическому «холодному» испарению и разложению жидкостей с получением топливного газа без расхода электроэнергии проводились мною в период с 1986-96 г.г.. Впервые о естественном природном процессе «холодного» испарения воды в растениях янаписал в 1988 г. статью «Растения–природные электрические насосы» /1/. О новой высокоэффективной технологии получения топливных газов из жидкостей и получения водорода из воды на основе данного эффекта я сообщил в 1997 г в своей статье «Новая электроогневая технология» (раздел «Можно ли сжечь воду») /2/. Статья снабжена многочисленными иллюстрациями (рис.1-4) с графиками, блок-схемами экспериментальных установок, раскрывающих основные элементы конструкций и электрических сервисных устройств(источников электрического поля) предложенных мною капиллярных электроосмотических генераторов топливного газа. Устройства представляют собою оригинальные преобразователи жидкостей в топливные газы. Изображены на рис.1-3 упрощенно, с детализацией, достаточной для пояснения сущности новой технологии получения топливного газа из жидкостей.

Перечень иллюстраций и краткие пояснения к ним приведены ниже. На рис. 1 показана простейшая экспериментальная установка «холодной» газификации и диссоциации жидкостей с переводом их в топливный газ посредством одного электрического поля. На рис.2 показана простейшая экспериментальная установка «холодной» газификации и диссоциации жидкостей с двумя источниками электрического поля (знакопостоянного электрического поля -для «холодного» испарения электроосмосом любой жидкости и второго импульсного(переменного) поля для дробления молекул испаренной жидкости и превращения ее в топливный газ. На рис. 3 упрощенно показанf блок-схема комбинированного устройства, которое в отличие от устройств(рис.1,2), обеспечивает еще и дополнительную электроактивацию испаряемой жидкости. На рис.4 приведены некоторые графики зависимости выходных полезных параметров (производительности) электроосмотического насоса- испарителя жидкостей (генератора горючего газа) от основных параметров устройств. На нем, в частности, показаны взаимосвязь производительности устройства от напряженности электрического поля и от площади капиллярной испаряемой поверхности. Названия рисунков и расшифровка элементов самих устройств дана в подрисуночных надписях к ним. Описание взаимосвязей элементов устройств и самой работы устройств в динамике даны ниже по тексту в соответствующих разделах статьи.

ПЕРСПЕКТИВЫ И ПРОБЛЕМЫ ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Эффективное получение водорода из воды- заманчивая давняя мечта цивилизации. Потому что воды на планете много, а водородная энергетика сулит человечеству «чистую» энергию из воды в неограниченных количествах. Тем более, что сам процесс сжигания водорода в среде кислорода, полученных из воды, обеспечивает идеальное по калорийности и чистоте горение.

Поэтому создание и промышленное освоение высокоэффективной технологии электролиза расщепления воды на Н2 и О2 является уже давно одной из актуальных и приоритетных задач энергетики, экологии и транспорта. Еще более насущная и актуальная проблема энергетики состоит в газификации твердых и жидких углеводородных топлив, конкретнее в создании и внедрении энергетически малозатратных технологий получения горючих топливных газов из любых углеводородов, включая органические отходы. Тем не менее, несмотря на актуальность и простроту энергетической и экологической проблем цивилизации, они пока еще эффективно так и не решены. Так в чем же причины высоких энергозатрат и малой производительности известных технологий водородной энергетики? Об этом ниже.

КРАТКИЙ СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И РАЗВИТИЯ ВОДОРОДНОЙ ТОПЛИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Приоритет изобретения по получению водорода из воды путем электролиза воды принадлежит русскому ученому Лачинову Д.А.(1888г.). Мною просмотрены сотни статей и патентов и по данному научно-техническому направлению. Известны различные методы получения водорода при разложения воды: термический, электролитический, каталитический, термохимический, термогравитационный, электроимпульсный и прочие /3-12/. С позиции энергозатрат наиболее энергоемкий– термический способ /3/, а наименее энергоемкий– электроимпульсный метод американца Стэнли Мэйера /6/. Технология Мэйера /6/ основана на дискретном электролизном способе разложения воды высоковольтными электрическими импульсами на резонансных частотах колебаний молекул воды (электрическая ячейка Мэйера). Она наиболее, на мой взгляд, прогрессивна и перспективна и по применяемым физическим эффектам, и по энергозатратам, однако ее производительность пока мала и сдерживается необходимостью преодоления межмолекулярных связей жидкости и отсутствием механизма удаления генерируемого топливного газа.из рабочей зоны электролиза жидкости.

Вывод: Все эти и иные известные методы и устройства производства водорода и иных топливных газов пока еще малопроизводительны из-за отсутствия действительно высокоэффективной технологии испарения и расщепления молекул жидкостей. Об этом ниже в следующем разделе.

АНАЛИЗПРИЧИН ВЫСОКОЙ ЭНЕРГОЕМКОСТИ И НИЗКОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ИЗВЕСТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ ГАЗОВ ИЗ ВОДЫ

Получение топливных газов из жидкостей при минимальных энергозатратах– весьма непростая научно-техническая задача Существенные энергозатраты при получении топливного газа из воды в известных технологиях тратятся на преодоление межмолекулярных связей воды в ее жидком агрегатном состоянии. Потому что вода- весьма сложна по структуре и составу. Причем парадоксально то, что, несмотря на ее удивительную распространенность в природе, структура и свойства воды и ее соединений во многом еще не изучены /14/.

Cостав и скрытая энергия межмолекулярных связей структур и соединений в жидкостях.

Физико-химический состав даже обычной водопроводной воды достаточно сложен, поскольку в воде присутствуют многочисленные межмолекулярные связи, цепочки и иные структуры молекул воды. В частности, в обычной водопроводной воде имеются различные цепочки особо соединенных и ориентированных молекул воды с ионами примесей (кластерные образования), различные ее коллоидные соединения и изотопы, минеральные вещества, а также многие растворенные газы и примеси /14/.

Oбъяснение проблем и энергозатрат на «горячее» испарение воды известными технологиями.

Именно поэтому в известных способах расщепления воды на водород и кислород необходимо тратить много электроэнергии для ослабления и полного разрыва межмолекулярных, а затем и молекулярных связей воды. Для снижения энергетических затрат на электрохимическое разложение воды часто используют дополнительный термический нагрев (вплоть до образования пара), а также- введение дополнительных электролитов, например, слабых растворов щелочей, кислот. Однако данные известные усовершенствования не позволяют до сих пор существенно интенсифицировать процесс диссоциации жидкостей (в частности разложения воды) из ее жидкого агрегатного состояния. Применение известных технологий термического испарения сопряжено с огромным расходованием тепловой энергии. Да и применение в процессе получения водорода из водных растворов дорогостоящих катализаторов для интенсификации данного процесса весьма дорого и малоэффективно. Главная причина высоких энергозатрат при использовании традиционных технологий диссоциации жидкостей теперь ясна, они расходуются на разрыв межмолекулярных связей жидкостей.

Kритика самой прогрессивной электротехнологии получения водорода из воды С. Мэйера /6/

Безусловно, самая экономичная из известных и наиболее прогрессивная по физике работы это электроводородная технология Стенли Мэйера. Но и его знаменитая электрическая ячейка /6/ также малопроизводительна, потому что все таки в ней нет механизма эффективного отвода молекул газа с электродов. Кроме того, этот процесс диссоциации воды в методе Мэйера замедлен из-за того, что при электростатическом отрыве молекул воды из самой жидкости приходится тратить время и энергию на преодоление огромной скрытой потенциальной энергии межмолекулярных связей и структур воды и прочих жидкостей.

РЕЗЮМЕ ПО АНАЛИЗУ

Поэтому достаточно ясно, что без нового оригинального подхода к проблеме диссоциации и превращения жидкостей в топливные газы эту проблему интенсификации газообразования ученым и технологам не решить. Реальное внедрение прочих известных технологий в практику до сих пор «буксует», поскольку все они намного более энергозатратны, чем технология Мэйера. И поэтому малоэффективны на практике.

КРАТКАЯ ФОРМУЛИРОВКА ЦЕНТРАЛЬНОЙ ПРОБЛЕМЫ ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Центральная научно- техническая проблема водородной энергетики состоит, на мой взгляд, именно в неразрешенности и необходимости поиска и осуществления на практике новой технологии для многократного интенсификации процесса получения водорода и топливного газа из любых водных растворов и эмульсий при резком одновременном снижении энергозатрат. Резкая интенсификация процессов расщепления жидкостей при снижении энергозатрат в известных технологиях пока невозможно в принципе, поскольку до недавнего времени не была решена главная проблема эффективного испарения водных растворов без подвода тепловой и электрической энергии. Магистральный путь совершенствования водородных технологий ясен. Необходимо научиться эффективно испарять и газифицировать жидкости. Причем как можно интенсивнее и с наименьшими энергозатратами.

МЕТОДОЛОГИЯ И ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Почему пар лучше льда для получения водорода из воды? Потому что в нем намного свободнее движутся молекулы воды, чем в водыхрастоворов.

а) Изменение агрегатного состояния жидкостей.

Очевидно, что межмолекулярные связи водяного пара слабее, чем у воды в виде жидкости, и тем более воды в виде льда. Газообразное состояние воды еще более облегчает работу электрического поля по последующему расщеплению самих молекул воды на Н2 и О2. Поэтому методы эффективного перевода агрегатного состояния воды в водяной газ (пар, туман)- это перспективный магистральный путь развития электроводородной энергетики. Потому что путем перевода жидкой фазы воды в газообразную фазу достигают ослабление и(или) полный разрыв и межмолекулярные кластерных и прочих связей и структур, существующих внутри жидкости воды.

б) Электрический кипятильник воды- анахронизм водородной энергетики или вновь о парадоксах энергетики при испарении жидкостей.

Но не все так просто. C переводом воды в газообразное состояние. А как же быть с требуемой энергией, необходимой на испарение воды. Классический способ ее интенсивного испарения– это термический нагрев воды. Но он же весьма энергозатратен. Со школьной парты нас учили, что на процесс испарения воды, и даже ее кипячения требуется весьма значительное количество тепловой энергии. Информация о необходимом количестве энергии для испарения 1м³ воды есть в любом физическом справочнике. Это многие килоджоули тепловой энергии. Или многие киловатт-часы электроэнергии, если испарение проводить нагревом воды от электрического тока. Где же выход из энергетического тупика?

КАПИЛЯРНЫЙ ЭЛЕКТРООСМОС ВОДЫ И ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ДЛЯ «ХОЛОДНОГО ИСПАРЕНИЯ» И ДИССОЦИАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ В ТОПЛИВНЫЕ ГАЗЫ (описание нового эффекта, и его проявление в Природе)

Я долго искал такие новые физические эффекты и малозатратные способы испарения и диссоциации жидкостей, много экспериментировал и все же нашел способ эффективного «холодного» испарения и диссоциации воды в горючий газ. Этот удивительной по красоте и совершенству эффект подсказала мне сама Природа.

Природа — наш мудрый учитель. Парадоксально, но оказывается, что в Живой природе уже давно есть, независимо от нас, эффективный способ электрокапиллярной перекачки и «холодного» испарения жидкости с переводом ее в газообразное состояние вообще без подвода тепловой энергии и электроэнергии. И этот природный эффект реализуется путем воздействия знакопостоянного электрического поля Земли на жидкость (воду), размещенную в капиллярах, именно посредством капиллярного электроосмоса.

Растения – природные, энергетически совершенные, электростатические и ионные насосы-испарители водных растворов Мои первые опыты по реализации капиллярного электроосмоса для «холодного» испарения и диссоциации воды, проделанные мною на простых экспериментальных установках еще в 1986 г. мне не сразу стали понятными, но я стал упорно искать его аналогию и проявление этого явления в Живой природе. Ведь Природа — наш вечный и мудрый Учитель. И я нашел его вначале именно в растениях!

а) Парадокс и совершенство энергетики природных насосов- испарителей растений.

Упрощенные количественные оценки показывают, что механизм работы природных насосов-испарителей влаги у растений, и особенно у высоких деревьев, уникален по своей энергетической эффективности. Действительно, уже известно, и просто подсчитать, что природный насос высокого дерева (с высотой кроны порядка 40 м. и с диаметром ствола порядка 2 м.) перекачивает и испаряет кубометры влаги в сутки. Причем вообще без подвода извне тепловой и электрической энергии. Эквивалентная энергетическая мощность такого природного электрического насоса–испарителя воды, у этого обычного дерева по аналогии с применяемыми нами аналогичными по назначению традиционными устройствами в технике, насосов и электронагревателей -испарителей воды для произведения этой же работы составляет десятки киловатт. Такое энергетическое совершенство Природы пока нам трудно даже понять и пока сразу не под силу скопировать. А растения и деревья научилась эффективно делать эту работу миллионы лет назад вообще без подвода и трат применяемой нами повсюду электроэнергии.

б) Oписание физики и энергетика природного насоса- испарителя жидкости растений.

Так как же работает природный насос– испаритель воды у деревьев и растений и каков механизм его энергетики? Оказывается, что все растения давно и искусно используют этот открытый мною эффект капиллярного электроосмоса в качестве энергетического механизма перекачки питающих их водных растворов своими природными ионными и электростатическими капиллярными насосами для подачи воды от корней к их кроне вообще без подвода энергии и без участия человека. Природа мудро использует потенциальную энергию электрического поля Земли. Причем в растениях и деревьях для подъема жидкости от корней к листьям внутри стволов растений и холодного испарения соков по капиллярам внутри растений используются природные тончайшие волокна-капилляры растительного происхождения, природный водный раствор- слабый электролит, естественный электрический потенциал планеты и потенциальная энергия электрического поля планеты. Одновременно с ростом растения (увеличением его высоты) возрастает и производительность этого природного насоса, потому что повышается разность природных электрических потенциалов между корнем и верхушкой кроны растения.

в) Зачем иголки у елки – затем, чтобы ее электронасос работал и зимой.

Вы скажете, что питательные соки движутся врастениям из-за обычного термического испарения влаги с листьев. Да это процесс тоже есть но не он главный. Но что самое удивительное, многие игольчатые деревья (сосны, ели, пихты) морозоустойчивы и растут даже зимой. Дело в том, что в растениях с игольчатыми листьями или шипами (типа сосны, кактусов и прочее), электростатический насос- испаритель работает при любой температуре окружающей среды, поскольку иглы концентрируют максимальную напряженность природного электрического потенциала на кончиках этих игл. Поэтому одновременно с электростатическим и ионным перемещением питательных водных растворов по своим капиллярам, они еще и интенсивно расщепляют и эффективно эмиссируют (инжектируют, выстреливают в атмосферу с этих природных устройств со своих природных игольчатых природных электродов-озонаторов молекулы влаги, успешно переводя молекулы водных растворов в газы. Поэтому работа этих природных электростатических и ионных насосов водных незамерзающих растворов происходит и в засуху и в стужу.

г) Mои наблюдения и электрофизические эксперименты с растениями.

Путем многолетних наблюдений над растениями, в естественной среде и и экспериментов с растениями в среде помещенными в искусственное электрическое поле, мною были всесторонне исследован этот эффективный механизм природного насоса и испарителя влаги. Были также выявлены зависимости интенсивности движения естественных соков по стволу растений от параметров электрического поля и вида капилляров и электродов. Рост растения в экспериментах существенно возрастал при многократном повышении этого потенциала потому, что возрастала производительность его природного электростатического и ионного насоса. Еще в 1988 г. я описал свои наблюдения и опыты с растениями в своей научно- популярной статье «Растения- природные ионные насосы» /1/.

д) Учимся у растений создавать совершенную технику насосов – испарителей. Вполне понятно, что эта природная энергетически совершенная технология вполне применима и в технике перевода жидкостей в топливные газы. И я создал такие экспериментальные установки холоного электрокапиллярного испарения жидкостей (рис.1-3) по подобию электронасосов деревьев.

ОПИСАНИЕ ПРОСТЕЙШЕЙ ОПЫТНОЙ УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОКАПИЛЛЯРНОГО НАСОСА- ИСПАРИТЕЛЯ ЖИДКОСТИ

Простейшее действующее устройство по экспериментальной реализации эффекта высоковольтного капиллярного электроосмоса для «холодного» испарения и диссоциации молекул воды показано на рис.1. Простейшее устройство (рис.1) для реализации предложенного способа получения горючего газа состоит из диэлектрической емкости 1, с налитой в нее жидкостью 2 (водо-топливной эмульсии или обычной воды), из тонко-пористого капиллярного материала, например, волокнистого фитиля 3, погруженного в эту жидкость и предварительно смоченного в ней, из верхнего испарителя 4, в виде капиллярной испарительной поверхности с переменной площадью в виде непроницаемого экрана (на рис.1 не показан). В состав данного устройства входят также высоковольтные электроды 5, 5-1, электрически присоединенные в разноименным выводам высоковольтного регулируемого источника знакопостоянного электрического поля 6, причем один из электродов 5 выполнен в виде дырчато-игольчатой пластины, и размещен подвижно над испарителем 4, например, параллельно ему на расстоянии, достаточном для предотвращения электрического пробоя на смоченный фитиль 3, механически соединенный с испарителем 4.

Другой высоковольтный электрод (5-1), электрически подключенный по входу, например, к «+» выводу источника поля 6, своим выходом механически и электрически присоединен к нижнему концу пористого материала, фитиля 3, почти на дне емкости 1. Для надежной электроизоляции электрод защищен от корпуса емкости 1 проходным электроизолятором 5-2 Заметим, что вектор напряженности данного электрического поля, подаваемого на фитиль 3 от блока 6 направлен вдоль оси фитиля -испарителя 3. Устройство дополнено также сборным газовым коллектором 7. По существу, устройство, содержащее блоки 3, 4, 5, 6, является комбинированным устройством электроосмотического насоса и электростатического испарителя жидкости 2 из емкости 1. Блок 6 позволяет регулировать напряженность знакопостоянного («+»,»-«) электрического поля от 0 до 30 кВ/см. Электрод 5 выполнен дырчатым или пористым для возможности пропускания через себя образуемого пара. В устройстве (рис.1) предусмотрена также техническая возможность изменения расстояния и положения электрода 5 относительно поверхности испарителя 4. В принципе для создания требуемой напряженности электрического поля вместо электрического блока 6 и электрода 5 можно использовать полимерные моноэлектреты /13/. В этом бестоковом варианте устройства водородного генератора его электроды 5 и 5-1 выполняют в виде моноэлектретов, имеющих разноименные электрические знаки. Тогда в случае применения таких устройств-электродов 5 и размещения их, как было пояснено выше, необходимость в специальном электрическом блоке 6 вообще отпадает.

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ПРОСТЕЙШЕГО ЭЛЕКТРОКАПИЛЛЯРНОГО НАСОСА-ИСПАРИТЕЛЯ (РИС.1)

Первые опыты электрокапиллярной диссоциации жидкостей проводилсь с использованием в качестве жидкостей как простую воду, так и различных ее растворы и водо-топливные эмульсии различных концентраций. И во всех этих случаях был успешно получены топливные газы. Правда, эти газы были весьма различные по составу и теплоемкости.

Новый электрофизический эффект «холодного»испарения жидкости вообще без затрат энергии под действием электрического поля я впервые наблюдал в простейшем устройстве (рис.1)

а)Oписание первой простейшей экспериментальной установки.

Опыт реализуют следующим образом: вначале наливают в емкость 1 водо-топливную смесь (эмульсию) 2, предварительно смачивают ею фитиль 3 и пористый испаритель 4. Затем включают высоковольтный источник напряжения 6 и подают высоковольтную разность потенциалов(поряядка 20 кВ) к жидкости на некотором расстоянии от краев капилляров (фитиль 3-испаритель 4) источник электрическсого поля присоединяют через электроды 5-1 и 5, причем размещают пластинчатый дырчатый электрод 5 выше поверхности испарителя 4 на расстояние, достаточное для предотвращения электрического пробоя между электродами 5 и 5-1.

б)Kак работает устройство

В результате, вдоль капилляров фитиля 3 и испарителя 4 под действием электростатических сил продольного электрического поля дипольные поляризованные молекулы жидкости двигались из емкости в направлении к противоположному электрическому потенциалу электрода 5 (электроосмос), срываются этими электрическими силами поля с поверхности испарителя 4 и превращаются в видимый туман, т.е. жидкость переходит в другое агрегатное состояние при минимальных энергозатратах источника электрического поля (6).и по ним начинается электроосмотический подъем данной жидкости. В процессе отрыва и столкновения между собой испаренных молекул жидкости с молекулами воздуха и озона, электронами в зоне ионизации между испарителем 4 и верхним электродом 5 происходит частичная диссоциация с образованием горючего газа. Далее этот газ поступает через газосборник 7, например, в камеры сгорания двигателя автотранспорта.

В)Hекоторые результаты количественные измерений

В состав этого горючего топливного газа входят молекулы водорода (Н2)-35%, кислорода(О2)-35% молекулы воды-(20%) и оставшиеся 10%-это молекулы примесей иных газов, органические молекулы топлива и др. Экспериментально показано, что интенсивность процесса испарения и диссоциации молекул ее пара изменяются от изменения расстояния электрода 5 от испарителя 4, от изменения площади испарителя, от вида жидкости, качества капиллярного материала фитиля 3 и испарителя 4 и параметров электрического поля от источника 6. (напряженности, мощности). Измерялись температура топливного газа и интенсивность его образования(расходомер). И производительность устройства в зависимости от конструктивных параметров. Путем нагрева и измерения контрольного объема воды при сжигании определенного объема этого топливного газа вычислялась теплоемкость получаемого газа в зависимости от изменения параметров экспериментальной установки.

УПРОЩЕННОЕ ОБЪЯСНЕНИЕ ПРОЦЕССОВ И ЭФФЕКТОВ, ЗАФИКСИРОВАННЫХ В ЭКСПЕРИМЕНТАХ НА МОИХ ПЕРВЫХ УСТАНОВКАХ

Уже мои первые эксперименты на данной простейшей установке в 1986 г. показали, что «холодный» водный туман (газ) возникает из жидкости (воды) в капиллярах при высоковольтномэлектроосмосе вообще без видимых затрат энергии, а именно с использованием только потенциальной энергии электрического поля. Этот вывод очевиден, потому что в процессе экспериментов электрический ток потребления источника поля было одинаковым и было равно току холостого хода источника. Причем этот ток вообще не изменялся независимо от того, происходило ли испарение жидкости, или нет. Но никого чуда в моих нижеописанных опытах «холодного» испарения и диссоциации воды и водных растворов в топливные газы -нет. Просто мне удалось увидеть и понять аналогичный процесс, протекающий в самой Живой Природе. И удалось весьма полезно использовать его на практике для эффективного «холодного» испарения воды и получения из нее топливного газа.

Опыты показывает, что за 10 минут при диаметре капиллярного цилиндра 10 см. капиллярный электросмос испарял достаточно большой объем воды (1 литр) вообще без затрат энергии. Потому что потребляемая входная электрическая мощность (10 ватт). Используемого в опытах источника электрического поля- высоковольтного преобразователя напряжения (20 кВ) неизменна от режима его работы. Экспериментально выяснено, что вся эта потребляемая из сети мизерная по сравнению с энергией испарения жидкости, мощность тратились именно на создание электрического поля. И эта мощность не увеличивались при капиллярном испарении жидкости благодаря работе ионного и поляризационного насосов. Поэтому эффект холодного испарения жидкости удивителен. Ведь он происходит вообще без видимых затрат электроэнергии!

Струя водного газа (пара) иногда, особенно в начале процесса была видна. Она отрывалась от края капилляров с ускорением. Движение и испарение жидкости объясняется, по моему, именно благодаря возникновению в капилляре под действием электрического поля огромных электростатических сил и огромного электроосмотического давления на столб поляризованной воды (жидкости) в каждом капилляре.Которые и являются движущей силой раствора по капиллярам.

Опыты доказывают, что в каждом из капилляров с жидкостью под действием электрического поля работает мощный бестоковый электростатический и одновременно ионный насос, которые и поднимают столб поляризованной и частично ионизированной полем в капилляре микронного по диаметру столба жидкости(воды) от одного потенциала электрического поля, поданного в саму жидкость и нижнему концу капилляра к противоположному электрическому потенциалу, размещенному с зазором относительно противоположного конца этого капилляра. В результате, такой электростатический, ионный насос интенсивно разрывает межмолекулярные связи воды, активно с давлением движет поляризованные молекулы воды и их радикалы по капилляру и затем инжектирует эти молекулы вместе с порванными электрически заряженными радикалами молекул воды за пределы капилляра к противоположному потенциалу электрического поля. Опыты показывают, что одновременно с инжекцией молекул из капилляров происходит и частичная диссоциация (разрыв) молекул воды. Причем тем больше, чем выше напряженность электрического поля. Во всех этих непростых и одновременно протекающих процессах капиллярного электроосмоса жидкости используется именно потенциальная энергия электрического поля.

Поскольку процесс такого превращения жидкости в водный туман и водный газ происходит по аналогии с растениями, вообще без подвода энергии и не сопровождается нагревом воды и водного газа. Поэтому я назвал данный природный а потом и технический процесс электроосмоса жидкостей – «холодным» испарением. В экспериментах превращение водной жидкости в холодную газообразную фазу (туман) происходит быстро и вообще без видимых затрат электроэнергии. Одновременно на выходе из капилляров, газообразные молекулы воды разрываются электростатическими силами электрического поля на Н2 и О2. Поскольку этот процесс фазового перехода жидкости воды в водный туман(газ) и диссоциации молекул воды протекает в эксперименте вообще без видимого расходования энергии (тепла и тривиальной электроэнергии), то, вероятно, расходуется каким то образом именно потенциальная энергия электрического поля.

РЕЗЮМЭ ПО РАЗДЕЛУ

Несмотря на то, что пока еще до конца неясна энергетика этого процесса, все же уже достаточно ясно, что «холодное испарение» и диссоциацию воды осуществляет потенциальная энергия электрического поля. Точнее, видимый процесс испарения и расщепления воды на Н2 и О2 при капиллярном электроосмосе осуществляют именно мощные электростатические Кулоновские силы этого сильного электрического поля. В принципе такой необычный электроосмотический насос-испаритель-расщепитель молекул жидкости это пример вечного двигателя второго рода. Таким образом, высоковольтный капиллярный электроосмос водной жидкости обеспечивает посредством использования потенциальной энергии электрического поля действительно интенсивное и энергически незатратное испарение и расщепления молекул воды на топливный газ(Н2, О2,Н2О).

ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ КАПИЛЛЯРНОГО ЭЛЕКТРОСМОСА ЖИДКОСТЕЙ

Пока его теория еще не разработана, а только зарождается. И автор надеется, что эта публикация привлечет внимание теоретиков и практиков и поможет создать мощный творческий коллектив единомышленников. Но уже ясно, что, несмотря на относительную простоту технической реализации самой технологии, все же реальная физика и энергетика процессов при реализации этого эффекта весьма сложна и не конца пока понятна. Отметим их основные характерные свойства:

А) Oдновременное протекание нескольких электрофизических процессов в жидкостях в электрокапилляре

Поскольку при капиллярном электросмотическом испарении и диссоциации жидкостей, протекает одновременно и поочередно много различных электрохимических, электрофизических, электромеханических и иных процессов, особенно при движении водного раствора по капилляру инжекции молекул с края капилляра в направлении электрического поля.

Б) энергетический феномен «холодного» испарения жидкости

Проще говоря, физическая сущность нового эффекта и новой технологии состоит в преобразовании потенциальной энергии электрического поля в кинетическую энергию движения молекул жидкости и структур по капилляру и вне его. При этом в процессе испарения и диссоциации жидкости вообще не потребляется электрический ток, потому что каким то пока непонятным образом расходуется именно потенциальная энергия электрического поля. Именно электрическое поле в капиллярном электроосмосе запускает и поддерживает возникновение и одновременном протекании в жидкости в процессе преобразования ее фракций и агрегатных состояний устройстве сразу многих полезных эффектов преобразования молекулярных структур и молекул жидкости в горючий газ. А именно: высоковольтный капиллярный электроосмос обеспечивает одновременно мощную поляризацию молекул воды и ее структур с одновременным частичным разрывом межмолекулярных связей воды в наэлектризованном капилляре, дробление поляризованных молекул воды и кластеров на заряженные радикалы в самом капилляре посредством потенциальной энергии электрического поля. Эта же потенциальная энергию поля интенсивно запускает механизмы формирования и движения по капиллярам выстроенных «в шеренги» электрически сцепленных между собою в цепочки поляризованных молекул воды и их образований(электростатический насос), работу ионного насоса с создание огромного электроосмотического давления на столб жидкости для ускоренного движения по капилляру и окончательному инжектированию из капилляра уже частично разорванных ранее полем (расщепленных на радикалы) неполных молекул и кластеров жидкости(воды). Поэтому на выходе даже самого простого устройства капиллярного электроосмоса уже получается горючий газ(точнее, смесь газов Н2,О2 и Н2О).

В) Применимость и особенности работы переменного электрического поля

Но для более полной диссоциации молекул воды в топливный газ необходимо заставить уцелевшие молекулы воды соударяться между собой и дробиться на молекулы Н2 и О2 в дополнительном поперечном переменном поле(рис.2). Поэтому для повышения интенсификации процесса испарения и диссоциации воды (любой органической жидкости) в топливный газ лучше применять два источника электрического поля.(рис.2). В них для испарения воды (жидкости) и для получения топливного газа потенциальную энергию сильного электрического поля (с напряженностью не менее 1 кВ/см) используют раздельно: вначале первое электрическое поле используется для перевода молекул, образующих жидкость, из малоподвижного жидкого состояния электроосмосом через капилляры в газообразное состояние (получают холодный газ) из жидкости с частичным расщеплением молекул воды, а затем, на втором этапе, используют энергию второго электрического поля, конкретнее, мощные электростатические силы для интенсификации колебательного резонансного процесса «соударения-расталкивания» наэлектризованных молекул воды в виде водяного газа между собой для полного разрыва молекул жидкости и образования молекул горючего газа.

Г) Pегулируем ость процессов диссоциации жидкостей в новой технологии

Регулировка интенсивности образования водного тумана (интенсивность холодного испарения) достигается изменением параметров электрического поля направленного вдоль капиллярного испарителя и (или) изменением расстояния между наружной поверхностью капиллярного материала и ускоряющим электродом, с помощью которого и создается электрическое поле в капиллярах. Регулирование производительности получения водорода из воды осуществляют изменением (регулированием) величины и формы электрического поля, площади и диаметра капилляров, изменением состава и свойств воды. Эти условия оптимальной диссоциации жидкости различны в зависимости от вида жидкости, от свойств капилляров, от параметров поля.и диктуются требуемой производительностью процесса диссоциации конкретной жидкости. Опыты показывают, что наиболее эффективное получения Н2 из воды достигается при расщепление молекул полученного электроосмосом водного тумана осуществлять вторым электрическим полем, рациональные параметры которого были подобраны преимущественно экспериментальным путем. В частности, выяснилась целесообразность окончательного расщепления молекул водного тумана производить именно импульсным знакопостоянным электрическим полем с вектором поля перпендикулярно вектору первого поля, используемого в электроосмосе воды. Воздействие электрических полем на жидкость в процессе ее преобразования в туман и далее в процессе расщепления молекул жидкости может осуществляться одновременно или поочередно.

РЕЗЮМЕ ПО РАЗДЕЛУ

Благодаря этим описанным механизмам при комбинированном электроосмосе и воздействии двух электрических полей на жидкость(воду) в капилляре удается достичь максимальной производительности процесса получения горючего газа и практически устранить электрические и тепловые затраты энергии при получении этого газа из воды из любых водо-топливных жидкостей. Данная технология в принципе применима для получения топливного газа из любого жидкого топлива или его водных эмульсий.

Прочие общие аспекты реализации новой технологии Рассмотрим еще некоторые аспекты реализации предлагаемой новой революционной технологии разложения воды, ее иные возможные эффективные варианты для развития базовой схемы реализации новой технологии, а также некоторые дополнительные пояснения, технологические рекомендации и технологические «хитрости» и «НОУ-ХАУ», полезные при ее реализации.

а) Предварительная активация воды (жидкости)

Для повышения интенсивности получения топливного газа, жидкость (воду) целесообразно вначале активизировать(предварительный нагрев, предварительное разделение ее на кислотную и щелочную фракции, электризация и поляризация и прочее). Предварительную электроактивацию воды(и любой водной эмульсии) с разделением ее на кислотную и щелочную фракции осуществляют частичным электролизом посредством дополнительных электродов, размещенных в специальной полупроницаемых диафрагмах для их последующего раздельного испарения (рис.3).

В случае предварительного разделения исходно химически нейтральной воды на химические активные (кислотную и щелочную)фракции, реализация технологии получения горючего газа из воды становится возможен и при минусовых температурах (до –30 град. Цельсия), что весьма важно и полезно зимой для автотранспорта. Потому что такая «фракционная» электроактивированная вода вообще не замерзает при морозах. Значит установка по получению водорода из такой активированной воды тоже сможет работать при минусовых температурах окружающей среды и в морозы.

б) Источники электрического поля

В качестве источника электрического поля для осуществления данной технологии вполне могут быть использованы разные устройства. Например, такие как известные магнито-электронные высоковольтные преобразователи постоянного и импульсного напряжения, электростатические генераторы, различные умножители напряжения, предварительно заряженные высоковольтные конденсаторы, а также вообще полностью бестоковые источники электрического поля – диэлектрические моноэлектреты.

в) Aдсорбция полученных газов

Водород и кислород в процессе получения горючего газа, могут аккумулироваться отдельно друг от друга путем размещения в потоке горючего газа специальных адсорбентов. Вполне возможно использование данного способа для диссоциации любой водо-топливной эмульсии.

г) Получение топливного газа электроосмосом из органических жидких отходов

Данная технология позволяет эффективно использовать в качестве сырья для выработки топливного газа любые жидкие органические растворы (например, жидкие отходы жизнедеятельности человека и животных). Как ни парадоксально эта мысль звучит, но использование органических растворов для производства топливного газа, в частности из жидких фекалий, с позиции энергозатрат и экологии, даже более выгоднее и проще, чем диссоциация простой воды, которую технически намного труднее разложить на молекулы.

Кроме того, такой гибридный топливный газ, полученный из органических отходов, менее взрывоопасен. Поэтому по сути, данная новая технология позволяет эффективно преобразовывать любые органические жидкости (в том числе и жидкие отходы) в полезный топливный газ. Таким образом, настоящая технология эффективно применима и для полезной переработки и утилизации жидких органических отходов.

ПРОЧИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И ПРИНЦИПА ИХ РАБОТЫ

Предлагаемая технология может быть реализована с помощью различных устройств. Самое простое устройство электроосмотического генератора топливного газа из жидкостей ранее уже было показано и раскрыто в тексте и на рис.1. Некоторые иные более совершенные варианты таких этих устройств, апробированных автором экспериментально, представлены в упрощенном виде на рис.2-3. Один из простых вариантов комбинированного способа получения горючего газа из водо-топливной смеси или воды может быть реализован в устройстве (рис.2), которое состоит по существу из комбинации устройства (рис.1) дополнительным устройством, содержащим плоские поперечные электроды 8,8-1, присоединенные к источнику сильного переменного электрического поля 9.

На рис.2 показана также более подробно функциональная структура и состав источника 9 второго (знакопеременного) электрического поля, а именно показано, что он состоит из первичного источника электроэнергии 14, присоединенного по силовому входу ко второму высоковольтному преобразователю напряжения 15 регулируемой частоты и амплитуды (блок 15 может быть выполнен в виде индуктивно-транзисторной схемы типа автогенератора Ройера), присоединенного по выходу к плоским электродам 8 и 8-1. Устройство снабжено также термическим нагревателем 10, размещенным, например, под днищем емкости 1. На автотранспорте это может быть выпускной коллектор горячих выхлопных газов, боковые стенки корпуса самого двигателя.

На блок-схеме (рис.2) источники электрического поля 6 и 9 более подробно расшифрованы. Так, в частности, показано, что источник 6 знакопостоянного, но регулируемого по величине напряженности электрического поля, состоит из первичного источника электроэнергии 11, например, бортовой аккумуляторной батареи, подключенного по первичной цепи электропитания к высоковольтному регулируемому преобразователю напряжения 12, например, типа автогенератора Ройера, с встроенным выходным высоковольтным выпрямителем (входит в состав блока 12), присоединенным по выходу к высоковольтным электродам 5, причем силовой преобразователь 12 по управляющему входу присоединен к системе управления 13, позволяющей управлять режимом работы данного источника электрического поля., конкретнее производительностью Блоки 3, 4, 5, 6 составляют в совокупности комбинированное устройство электроосмотического насоса и электростатического испарителя жидкости. Блок 6 позволяет регулировать напряженность электрического поля от 1 кВ/см до 30 кВ/см. В устройстве (рис.2) предусмотрена также техническая возможность изменения расстояния и положения пластинчатого сетчатого или пористого электрода 5 относительно испарителя 4, а также расстояния между плоскими электродами 8 и 8-1. Описание гибридного комбинированного устройства в статике (рис.3)

Это устройство в отличие от поясненных выше дополнено электрохимическим активизатором жидкости, двумя парами электродов 5,5-1. Устройство содержит емкость 1 с жидкостью 2, например, водой, два пористых капиллярных фитиля 3 с испарителями 4, две пары электродов 5,5-1. Источник электрического поля 6, электрические потенциалы которого присоединены к электродам 5,5-1. Устройство содержит также газосборный трубопровод 7, разделительный фильтровый барьер-диафрагму 19, разделяющий емкость 1 надвое.дополнительный блок регулируемого по величине знакопостоянного напряжения 17, выходы которого через электроды 18 введены в жидкость 2 внутрь емкости1 по обе стороны диафрагмы 19. Отметим, что особенности данного устройства состоят также и в том, что к верхним двум электродам 5 подведены противоположные по знаку электрические потенциалы от высоковольтного источника 6 в связи с противоположными электрохимическими свойствами жидкости, разделенными диафрагмой 19. Описание работы устройств (Рис.1-3)

РАБОТА КОМБИНИРОВАННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ТОПЛИВНОГО ГАЗА

Рассмотрим более подробно реализацию предложенного способа на примере простых устройств (рис. 2-3).

Устройство (рис.2) работает следующим образом: испарение жидкости 2 из емкости 1 осуществляют в основном термическим нагреванием жидкости от блока 10, например, с использованием значительной тепловой энергии выпускного коллектора двигателя автотранспорта. Диссоциацию молекул испаренной жидкости, например, воды на молекулы водорода и кислорода осуществляют силовым воздействием на них переменным электрическим полем от высоковольтного источника 9 в зазоре между двумя плоскими электродами 8 и 8-1. Капиллярный фитиль 3, испаритель 4, электроды 5,5-1 и источник электрического поля 6, как уже было описано выше превращают жидкость в пар, а прочие элементы в совокупности обеспечивают электрическую диссоциацию молекул испаренной жидкости 2 в зазоре между электродами 8,8-1 под действием переменного электрического поля от источника 9, причем изменением частоты колебаний и напряженности электрического поля в зазоре между 8,8-1 по цепи системы управления 16 с учетом информации с датчика состава газа регулируется интенсивность соударения и дробления этих молекул (т.е. степень диссоциации молекул). Регулированием напряженности продольного электрического поля между электродами 5,5-1 от блока преобразователя напряжения 12 через его систему управления 13 достигается изменение производительности механизма подъема и испарения жидкости 2.

Устройство (рис. 3) работает следующим образом: вначале жидкость (воду) 2 в емкости 1 под действием разности электрических потенциалов от источника напряжения 17, приложенных к электродам 18 разделяют через пористую диафрагму 19 на «живую» — щелочную и «мертвую» — кислотную фракции жидкости (воды), которые потом электроосмосом превращают в парообразное состояние и дробят его подвижные молекулы переменным электрическим полем от блока 9 в пространстве между плоскими электродами 8,8-1 до образования горючего газа. В случае выполнения электродов 5,8 пористыми из специальных адсорбентов появляется возможность накопления, аккумулирования в них запасов водорода и кислорода. Затем можно осуществлять и обратный процесс выделения из них данных газов, например, путем их подогрева, а сами эти электроды в таком режиме целесообразно размещать непосредственно в топливной емкости, связанной например, с топливо проводом автотранспорта. Отметим также, что электроды 5,8 могут служить и адсорбентами отдельных составляющих горючего газа, например, водорода. Материал таких пористых твердых адсорбентов водорода уже описан в научно-технической литературе.

РАБОСПОСОБНОСТЬ СПОСОБА И ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ОТ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Работоспособность способа уже доказана мною многочисленными опытами экспериментально. И приведенные в статье конструкции устройств (рис.1-3) являются действующими моделями, на которых и проводились эксперименты. Для доказательства эффекта получения горючего газа мы его поджигали на выходе газосборника (7) и измеряли тепловые и экологические характеристики процесса его горения. Имеются протоколы испытаний, которые подтверждают работоспособность способа и высокие экологическое характеристики полученного газообразного топлива и отходящих газообразных продуктов его сгорания. Эксперименты показали, что новый элеектроосмотический способ диссоциации жидкостей работоспособен и пригоден для холодного испарения и диссоциации в электрических полях весьма различных жидкостей (водо-топливных смесей, воды, водных ионизированных растворов, водо-масляных эмульсий, и даже водных растворов фекальных органических отходов, которые, кстати, после их молекулярной диссоциации по данному способу образуют эффективный экологически чистый горючий газ практически без запаха и цвета.

Главный положительный эффект изобретения состоит в многократном снижении затрат энергии (тепловой, электрической) на осуществление механизма испарения и молекулярной диссоциации жидкостей по сравнению со всеми известными способами-аналогами.

Резкое снижение энергозатрат при получении горючего газа из жидкости например, водо-топливных эмульсий путем электрополевого испарения и дробления ее молекул на молекулы газов, достигается благодаря мощным электрическим силам воздействия электрического поля на молекулы как в самой жидкости, так и на испаренные молекулы. В результате резко интенсифицируется процесс испарения жидкости и процесс дробления ее молекул в парообразном состоянии практически при минимальной мощности источников электрического поля. Естественно, регулированием напряженности данных полей в рабочей зоне испарения и диссоциации молекул жидкости, или электрическим путем, или путем перемещения электродов 5, 8, 8-1 изменяется силовое взаимодействие полей с молекулами жидкости, что и приводит к регулированию производительности испарения и степени диссоциации молекул испаренной жидкости. Экспериментально показана также работоспособность и высокая эффективность диссоциации испаренного пара поперечным знакопеременным электрическим полем в зазоре между электродами 8, 8-1 от источника 9 (рис.2,3,4). Установлено, что для каждой жидкости в ее испаренном состоянии существует определенная частота электрических колебаний данного поля и его напряженность, при которых процесс расщепления молекул жидкости происходит наиболее интенсивно. Экспериментально установлено также, что дополнительная электрохимическая активизация жидкости, например, обычной воды, которая является ее частичным электролизом, осуществляемая в устройстве (рис.3), и также повышают производительность ионного насоса (фитиль 3-ускоряющий электрод 5) и увеличивают интенсивность электроосмотического испарения жидкости. Термонагрев жидкости, например, теплом отходящих горячих газов двигателей транспорта (рис.2) способствует ее испарению, что также приводит к повышению производительности получения водорода из воды и горючего топливного газа из любых водо-топливных эмульсий.

КОММЕРЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

ДОСТОИНСТВО ЭЛЕКТРООСМОТИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПО СРАВНЕНИЮ С ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЕЙ МЭЙЕРА

В сравнении по производительности с известной и самой низкозатратной прогрессивной электрической технологией Стенли Мэйера для получения топливного газа из воды (и ячейки Мэйера) /6/ наша технологии более прогрессивна и производительна, потому что используемый нами электроосмотический эффект испарения и диссоциации жидкости в сочетании с механизмом электростатического и ионного насоса обеспечивает не только интенсивное испарение и диссоциацию жидкости при минимальном и одинаковом с аналогом энергопотреблении, но еще и эффективный отрыв молекул газа из зоны диссоциации, причем с ускорением от верхнего края капилляров. Поэтому в нашем случае вообще не образуется эффекта экранирования рабочей зоны электрической диссоциации молекул. И процесс генерации топливного газа не замедляется во времени, как у Мэйера. Поэтому газопроизводительность нашего метода при одинаковыхэнергозатратах на порядок выше данного прогрессивного аналога /6/.

Некоторые технико-экономические аспекты и коммерческие выгоды и перспективы реализации новой технологии Предлагаемая новая технология вполне может быть доведена в сжатые сроки до серийного выпуска таких высокоэффективных электроосмотических генераторов топливного газа практически из любых жидкостей, включая водопроводную воду. Особенно просто и экономически целесообразно на первом этапе освоения технологии реализовать вариант установки по переводу водо-топливных эмульсий в топливный газ. Себестоимость серийной установки получения топливного газа из воды с производительностью порядка 1000м³/час составит примерно 1 тысячу долларов США. Потребляемая электрическая мощность такого электрогенератора топливного газа составит не более 50-100 ватт. Поэтому такие компактные и эффективные электролизеры топлива могут быть установлены с успехом практически на любом автомобиле. В результате тепловые двигатели смогут работать практически от любой углеводородной жидкости и даже от простой воды. Массовое внедрение этих устройств на автотранспорте приведет к резкому энергетическому и экологическому совершенствованию автотранспорта. И приведет к быстрому созданию экологически чистого и экономичного теплового двигателя. Ориентировочные финансовые затраты на разработку, создание, и доводку исследование первой пилотной установки получения топливного газа из воды с производительностью 100 м³ в секунду до опытно- промышленного образца составляет порядка 450-500 тысяч долларов США. В состав этих затрат включены затраты на проектирование и исследования, стоимость самой экспериментальной установки и стенда для ее апробации и доводки.

ВЫВОДЫ:

В России открыт и экспериментально исследован новый электрофизический эффект капиллярного электроосмоса жидкостей -«холодного» энергетически малозатратного механизма испарения и диссоциации молекул любых жидкостей

Данный эффект существует независимо в природе и является главным механизмом электростатического и ионного насоса по перекачки питающих растворов (соков) от корней к листьям всех растений сих последующей электростатической газификацией.

Экспериментально обнаружен и исследован новый эффективный способ диссоциацию любой жидкости путем ослабления и разрыва ее межмолекулярных и молекулярных связей высоковольтным капиллярным электроосмосом

На основе нового эффекта создана и апробирована новая высокоэффективная технология получения топливных газов из любых жидкостей.

Предложены конкретные устройства для энергетически малозатратного получения топливных газов из воды и ее соединений

Технология применима для эффективного получения топливного газа из любых жидких топлив и водо-топливных эмульсий, включая жидкие отходы.

Технология особо перспективна для применения на транспорте в энергетике и. А также в городах для утилизации и полезного использования углеводородных отходов.

Автор заинтересован в деловом и творческом сотрудничестве с фирмами, желающими и способными своими инвестициями создать необходимые условия автору для доведения ее до опытно-промышленных образцов и внедрения данной перспективной технологии в практику.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1. Дудышев В.Д. «Растения — природные ионные насосы»- в журнале «Юный техник» №1/88 г.
2. Дудышев В.Д. «Новая электроогневая технология — эффективный путь решения энергетических и экологических проблем»- журнал»Экология и промышленность России» №3/ 97 г.
3. Термическое получение водорода из воды ”Химическая энциклопедия”,т.1, М., 1988г., с.401).
4. Электроводородный генератор (международная заявка по системе РСТ -RU98/00190 от 07.10.97 г.)
5. Free energy Generation by Water Decomposition in Highly Efficiency Electrolytic Process, Proceedings «New Ideas in Natural Sciences», 1996, Санкт-Петербург, стр.319-325, изд. «ПиК».
6. Патент США 4.936,961 Метод производства топливного газа.
7. Пат США 4,370,297 Метод и аппарат для ядерного thermochemical водного расщепления.
8. Пат США 4,364,897 Многоступенчатый химический и лучевой процесс для производства газа.
9. Пат. США 4,362,690 Pyrochemical устройство для разложения воды.
10. Пат. США 4,039,651 Процесс закрытого цикла thermochemical производство водорода и кислорода от воды.
11. Пат. США 4,013,781 Процесс для получения водорода и кислорода от воды, использующей железо и хлор.
12. Пат. США 3,963,830 Thermolysis воды в контакте с zeolite массами.
13. Г.Лущейкин “Полимерные электреты”, М.,”Химия”,1986г.
14. ”Химическая энциклопедия”,т.1, М., 1988г., разделы «вода», (водные растворы и их свойства)

Дудышев Валерий Дмитриевич профессор Самарского технического университета, д.т.н., академик Российской Экологической Академии

Вам могут быть интересны следующие материалы

Счетчики газа

Система отопления

Водоснабжение

Система вентиляции

Радиаторы

Водопровод

© 2024 Про уют в доме. Счетчики газа. Система отопления. Водоснабжение. Система вентиляции