Získání vodíku doma | Článek v časopise Mladý vědec

Dnes se vodík aktivně používá v různých odvětvích chemického a petrochemického průmyslu. Vodík se používá při syntéze čpavku, hydrogenaci tuků a při hydrogenaci uhlí, olejů a uhlovodíků. Kromě toho je vodík nezbytný pro výrobu kapalného paliva hydrogenací uhlí a topného oleje. Bohužel vodík v čisté formě se v přírodě prakticky nikdy nenachází, takže úkoly jeho výroby, koncentrace a čištění od nečistot mají velký význam.

Hlavními metodami výroby čistého vodíku v průmyslu jsou elektrolýza vody a konverze koksu nebo metanu. Kromě toho se vodík získává extrakcí a koncentrací z různých směsí plynů petrochemických procesů.

V průběhu let byly technologie extrakce a koncentrace zdokonalovány, aby se vodík vyráběl z různých zdrojů surovin. V důsledku toho byli vědci schopni vytvořit zařízení, které dokáže extrahovat vodík ze směsí plynů. Díky tomu lze vodík vrátit do výrobního cyklu a výrazně tak snížit ztráty. Extrahování vodíku ze směsi plynů má navíc pozitivní vliv na životní prostředí. Získáváním vodíku z paliva, zbytkových a odpadních plynů lze výrazně zvýšit ekonomickou efektivitu výrobních procesů.

Efektivní způsoby výroby vodíku

V současné době se extrakce vodíku nejčastěji provádí dvěma způsoby:

• Koncentrace vodíku pomocí membránových jednotek. Tento způsob separace plynných směsí umožňuje separaci vodíku z proudů plynů s minimálními ztrátami. Mezi hlavní výhody membránových závodů, které umožňují koncentraci vodíku, patří nízké náklady na údržbu, jednoduché přístrojové vybavení a dlouhá životnost membrán. Samostatně stojí za zmínku, že membránové závody se vyznačují vysokou flexibilitou, která je realizována vytvářením modulárních systémů, které umožňují rychle změnit rozsah výroby vodíku. Další důležitou výhodou tohoto způsobu výroby vodíku je dostupná cena zařízení díky řadě vlastností výroby a instalace membránových závodů;
• Extrakce vodíku pomocí adsorpčních jednotek. Tento způsob výroby čistého vodíku je založen na technologii adsorpce s krátkým nebo ultrakrátkým cyklem při proměnném tlaku. Tato technologie využívá principu pohlcování plynných nečistot obsahujících vodík na povrchu speciálně navržených adsorpčních materiálů. Množství nečistot zadržených adsorbentem přímo závisí na tlaku, proto tyto výrobny vodíku umožňují proces adsorpce nečistot a regeneraci adsorbentu změnou tlaku. Tato metoda produkuje velmi čistý vodík s minimální tlakovou ztrátou. Jedinou nevýhodou tohoto způsobu výroby vodíku je poměrně vysoká cena.

Volba způsobu výroby vodíku závisí na složení surovin, požadované čistotě vodíku, jakož i na provozním režimu, výrobní kapacitě a dalších faktorech souvisejících se specifiky provozu konkrétního podniku.

Návrh a tvorba zařízení na výrobu vodíku

Výzkumná a výrobní společnost Grasys provádí vývoj a výrobu zařízení schopných produkovat vodík v průmyslovém měřítku. Svou práci provádíme integrovaným přístupem k řešení problému, který nám zákazník zadá. To znamená, že naši kvalifikovaní specialisté jsou schopni provést vše od návrhu, konstrukce, výroby a uvedení do provozu kompletních závodů potřebných k výrobě vodíku. Navíc našim zákazníkům nabízíme služby údržby zařízení na výrobu vodíku. Běžné opravy a technická podpora zařízení na těžbu vodíku jsou prováděny v termínech stanovených zákazníkem. Tento přístup nás odlišuje od většiny společností působících v tomto segmentu trhu.

Charakteristické rysy našeho zařízení na výrobu vodíku:

• kompaktní celkové rozměry umožňující výrobu vodíku ve velmi skromných oblastech;
• vysoká připravenost k instalaci, která výrazně zkracuje dobu zprovoznění zařízení na výrobu vodíku;
• přizpůsobení použití zařízení na extrakci vodíku v obtížných teplotních a klimatických podmínkách;
• dlouhá životnost závodu na výrobu vodíku díky použití nejkvalitnějších materiálů;
• automatický provoz, snadná obsluha a minimální personál údržby.

Každý zákazník, který vyžaduje spolehlivé zařízení na výrobu vodíku, se může spolehnout na pozornou pozornost a vysokou úroveň služeb. Garantujeme individuální přístup k zákazníkům, kteří si chtějí objednat membránové nebo adsorpční jednotky umožňující výrobu vodíku z odpadu, paliva nebo zbytkových plynů.

Hlavní výhody spolupráce s výzkumnou a výrobní společností Grasys:

• flexibilní cenovou politiku. I v době hospodářské krize nadále udržujeme cenu za vývoj a výrobu zařízení na těžbu vodíku na přijatelné úrovni. Naše ceny za zařízení na výrobu vodíku jsou pro mnoho ruských podniků zpracovávajících ropu a zemní plyn docela dostupné. Pro stálé zákazníky, kteří mají zájem o navázání a udržení spolupráce dlouhodobě, navíc poskytujeme vždy výhodné slevy;
• vysoká úroveň odborné přípravy. K výběru personálu přistupujeme velmi pečlivě, proto zaměstnáváme pouze zkušené inženýry, kteří důkladně prostudovali všechny nuance technologií, které umožňují těžit vodík s minimálními ztrátami. Ke každému úkolu přistupují zodpovědně, v co nejkratším čase vytvářejí veškeré potřebné vybavení, pomocí kterého mohou naši klienti získat vodík obsažený ve směsi plynů.

Chcete-li si objednat zařízení pro extrakci vodíku nebo získat podrobné odpovědi na všechny otázky, zavolejte našim konzultantům na tel.: +7 (495) 777-77-34.

Není to veřejná nabídka

Získejte více informací
Pošlete žádost a náš manažer vás bude brzy kontaktovat

Shapilova, V.V. Výroba vodíku doma / V.V Shapilova, G.I. — Text: přímý // Mladý vědec. — 2018. — č. 1.1 (15.1). – str. 97-98. — URL: https://moluch.ru/young/archive/15/1180/ (datum přístupu: 10.02.2025/XNUMX/XNUMX).

Na Zemi se vodík v čisté formě téměř nikdy nenachází a v běžném životě se s ním nesetkáváme. Ale ve sloučeninách je to druhý největší prvek v zemské kůře podle počtu atomů po kyslíku. Všechny živé bytosti na Zemi, včetně vás a mě, jsou přibližně ze 2/3 vodík.

Klíčová slova: vodík, výroba vodíku.

Co je tedy vodík? Jaké má vlastnosti? Jak se získává a používá v pozemských podmínkách? Je možné získat vodík doma a jaký je nejlepší způsob, jak to udělat? Na tyto a další otázky se pokusíme odpovědět v průběhu naší vědecké práce.

Vodík je nejjednodušší prvek v přírodě, který se skládá z jediného protonu a elektronu, který kolem něj obíhá. O výrobě vodíku se poprvé zmínil anglický vědec Robert Boyle, který v roce 1671 provedl reakci mezi železnými pilinami a zředěnými kyselinami. Ruský název „vodík“ navrhl chemik M. F. Solovjov v roce 1824 – analogicky s „kyslíkem“ M. V. Lomonosov. Oficiální latinský název pro vodík je „Hydrogenium“.

V průmyslu se vodík vyrábí především z fosilních paliv. V prvé řadě jde o zemní plyn, metan, se kterým se většina z nás může v kuchyni setkat, pokud máte plynový sporák. Vodík se získává z lehkých frakcí ropy. Třetím nejoblíbenějším zdrojem vodíku je uhlí.

Nejdostupnější metodou pro opakování doma je rozklad vody elektrickým proudem (elektrolýza).

K provedení našeho experimentu jsme vzali starou nabíječku 5 V 750 mA a uhlíkové elektrody z běžných solných baterií. Pro měření průtoku proudu byl použit multimetr.

Pro shromažďování a měření výsledných plynů byla voda nalita do lahví a připevněna k hlavní nádobě hrdlem dolů, přičemž byla ponořena do elektrolytu. Aby se do láhve nedostal vzduch. Celkem nádoba a lahve obsahovaly asi 1,5 litru vody. Jak se dalo očekávat, s čistou vodou se po přivedení napětí z nabíječky nic nestalo. Multimetr ukázal téměř nulový proud. Když se ale do vody přidaly dvě lžičky sody, elektrolýza se zintenzivnila, na obou elektrodách se začaly objevovat bublinky plynu a multimetr ukazoval proud 15 mA. Při tak malém proudu se za den (24 hodin) shromáždilo pouze 0,11 litru vodíku (asi půl sklenice). Ve druhé láhvi se shromáždilo přibližně 2krát méně kyslíku. To znamená, že ve vodě je dvakrát více vodíku než kyslíku.

Pozorování vývoje vodíku v důsledku interakce kovů se zředěnými kyselinami bylo vůbec první v historii chemie. A doma se to dá poměrně snadno zopakovat. K tomu potřebujeme kov, nejlépe aktivnější a kyselinu. V našem experimentu jsme zvolili elektrolyt olověných baterií, který lze nalézt ve vašem místním autoservisu, a zinek z použitých solných baterií. Ke sběru vodíku byla stejně jako v případě elektrolýzy použita obrácená láhev s hrdlem ponořeným do vody. Elektrolyt byl dodatečně zředěn vodou v poměru 50 ml roztoku kyseliny sírové na 150 ml. voda. Z baterie jsme získali asi 1 g zinku Za 12 hodin se veškerý kov rozpustil a dostali jsme 0.7 litru vodíku.

Další oblíbenou metodou je interakce kovů s alkáliemi. Pro experiment jsme zvolili dvě možnosti, které byly po ruce – kousky drátu a pečicí fólie. Louh (hydroxid sodný) lze nalézt v železářstvích jako čistič odpadů (například MOLE). Nastavení výroby bylo téměř stejné jako v experimentu s kyselinou a zinkem. Roztok v obou experimentech byl stejný: 20 ml alkálie a 200 ml vody. V prvním experimentu jsme použili drát o průměru 1.5 mm, ve druhém – kusy fólie. V obou případech byla hmotnost hliníku 1 g. V prvním experimentu bylo možné získat 1.2 litru vodíku, což trvalo 34 hodin. Ve druhém experimentu se fólie rozpustila za 1 hodinu 20 minut a uvolnilo se 1.4 litru vodíku. Z těchto experimentů můžeme usoudit, že rychlost reakce silně závisí na ploše, na které k ní dochází. Při pokusu s fólií byl povrch mnohonásobně větší než při pokusu s drátem. Ještě větší rychlosti lze dosáhnout, pokud si vezmete hliníkový prášek. V tomto případě bude poměr povrchové plochy k hmotnosti největší.

Při pokusech s výrobou vodíku se tedy jako nejrychlejší a nejdostupnější metoda ukázala interakce hliníkové fólie s alkálií. Ale pokud je nutné vyrábět vodík pravidelně a ve velkém množství, pak by měla být na prvním místě elektrolýza, protože nepotřebuje žádné jiné spotřební materiály než vodu. Je pravda, že to bude vyžadovat vážnější instalaci než nabíječka telefonu a pár lahví.

V rámci vědecké práce jsme se seznámili s nejčastější, ale v běžném životě vzácnou látkou, vodíkem. Naučili jsme se jej získat různými způsoby a vybrali ten nejpohodlnější pro domácí realizaci – účinek čističe odpadů s obsahem alkálií na hliníkovou fólii.

Z vlastní zkušenosti jsme se také dozvěděli, že vodík je hořlavý a výbušný plyn, ale lze jej použít k plnění balónků, aby mohly létat. Vyplatí se je však držet dál od otevřeného ohně.

Základní pojmy (vygenerováno automaticky): vodík, výroba vodíku, zkušenosti, hliníková fólie, vědecká práce, litr vodíku, plocha povrchu.