Hoe een waterstofgenerator voor thuis te bouwen met eigen handen: praktische tips voor fabricage en installatie

We zijn gewend aardgas als de meest betaalbare brandstof te beschouwen. Maar het blijkt een waardig alternatief te hebben: waterstof, verkregen door splitsing van water. De uitgangsstof voor de productie van deze brandstof krijgen we zelfs gratis. En als u dan ook nog zelf een waterstofgenerator bouwt, is de besparing ronduit verbluffend. Toch?

Wij zijn bereid om u waardevolle informatie te geven over de opties en regels voor de bouw van een technische installatie voor de productie van waterstof. Het bestuderen van het aan u voorgelegde artikel is een garantie voor de vervaardiging van een storingsvrij functionerend apparaat.

Voor degenen die zelf een generator voor goedkope maar zeer productieve brandstof willen bouwen, bieden wij een uitgebreide instructie. We geven aanbevelingen voor een deskundig gebruik. Als informatieve aanvullingen, die het werkingsprincipe duidelijk uitleggen, zijn foto-bijlagen en video's gebruikt.

Methoden voor waterstofproductie

In de scheikundelessen van de middelbare school werd ooit uitleg gegeven over hoe waterstof te winnen uit gewoon kraanwater. In de chemie bestaat het begrip elektrolyse. Juist dankzij elektrolyse is het mogelijk waterstof te verkrijgen.

De eenvoudigste waterstofinstallatie bestaat uit een met water gevulde container. Onder de waterlaag worden twee plaatvormige elektroden geplaatst. Hierop wordt elektrische stroom aangesloten. Omdat water een uitstekende geleider van elektrische stroom is, ontstaat er tussen de platen een contact met geringe weerstand.

De stroom die door de geringe waterweerstand loopt, bevordert een chemische reactie waarbij waterstof ontstaat.

Schema van een experimentele waterstofinstallatie, zoals die vroeger in het middelbare schoolcurriculum bij scheikunde werd behandeld. Naar blijkt waren die lessen niet overbodig voor de praktijk van hedendaagse huishoudelijke behoeften.

Het lijkt eenvoudig en er rest nog maar weinig: de gevormde waterstof opvangen om deze als energiedrager te gebruiken. Maar in de chemie gaat het nooit zonder subtiele details.

Zo ook hier: wanneer waterstof zich met zuurstof verbindt, vormt zich bij een bepaalde concentratie een explosief mengsel. Dit moment is een van de kritieke verschijnselen die de mogelijkheden voor het bouwen van voldoende krachtige huishoudelijke stations beperken.

Constructie van de waterstofgenerator

Voor het zelf bouwen van waterstofgeneratoren wordt doorgaans het klassieke schema van de Brown-opstelling als basis genomen. Zo'n elektrolyseapparaat van gemiddeld vermogen bestaat uit een groep cellen, die elk een groep plaatvormige elektroden bevatten. Het vermogen van de installatie wordt bepaald door de totale oppervlakte van de plaatvormige elektroden.

De cellen worden in een goed van de buitenomgeving geïsoleerde container geplaatst. Op de behuizing van de tank worden aansluitstukken voor de waterleiding, de waterstofafvoer en een contactpaneel voor de elektriciteitsaansluiting geïnstalleerd.

Waterstofgeneratieapparaat, ontworpen volgens het schema van Brown. Volgens alle berekeningen zou deze installatie het huishouden ruimschoots van warmte en licht moeten kunnen voorzien. Een andere vraag is welke afmetingen en vermogens dat mogelijk maken (+)

Het schema van de Brown-generator voorziet onder meer in een waterslot en een terugslagklep. Dankzij deze elementen wordt de installatie beschermd tegen het terugstromen van waterstof. Met zo'n schema is het theoretisch niet uitgesloten dat een waterstofinstallatie kan worden gebouwd, bijvoorbeeld voor de verwarming van een vakantiehuis.

Waterstofverwarming in huis

Het bouwen van een waterstofgenerator voor efficiënte woningverwarming is misschien geen fantasie, maar duidelijk uiterst onrendabel. Om het benodigde volume waterstof voor een huishoudelijke ketel te verkrijgen, is niet alleen een krachtige elektrolyse-installatie nodig, maar ook een aanzienlijke hoeveelheid elektrische energie.

Het compenseren van de verbruikte elektriciteit met zelf thuis geproduceerde waterstof lijkt een irrationeel proces.

Een daadwerkelijk werkende waterstofgenerator voor huishoudelijk gebruik. Het enige dat teleurstelt, is dat het slechts een experimenteel model is, dat hooguit kan laten zien hoe een vonk een vlam veroorzaakt.

Desondanks houden de pogingen om het probleem op te lossen, hoe u zelf een waterstofgenerator voor thuis kunt maken, niet op. Met het werkingsprincipe en de constructie van een van de in de praktijk geteste modellen van een waterstofketel laat het artikel u kennismaken, dat wij u aanraden te lezen.

En hier is een voorbeeld van een van de testvarianten:

1. Er wordt een luchtdichte, betrouwbare container voorbereid.
2. Er worden buisvormige of plaatvormige elektroden gemaakt.
3. Er wordt een stuurcircuit voor de werkende spanning en stroom samengesteld.
4. Er worden extra modules voor het werkstation gemaakt.
5. Er worden accessoires geselecteerd (slangen, draden, bevestigingsmateriaal).

Uiteraard is een gereedschapsset nodig, inclusief speciale apparatuur zoals een oscilloscoop en een frequentiemeter. Als u alles wat nodig is heeft aangeschaft, kunt u direct beginnen met het vervaardigen van een waterstofverwarmingsinstallatie voor thuis.

Zelf het project realiseren

In eerste instantie moet er een waterstofgeneratiecel worden gemaakt. De brandstofcel heeft afmetingen die iets kleiner zijn dan de inwendige lengte en breedte van de generatorbehuizing. Qua hoogte is de afmeting van het elektrodeblok 2/3 van de hoogte van de hoofdbehuizing.

De cel kan worden gemaakt van textoliet of plexiglas (wanddikte 5-7 mm). Hiervoor worden vijf textolietplaten op maat gesneden. Daaruit wordt een rechthoek gelijmd (met epoxylijm), waarvan het onderste gedeelte open blijft.

Ongeveer zulke platen van organisch glas vormen de behuizing van de brandstofcel van een waterstofgenerator. Hier wordt echter een iets andere ontwerpvariant getoond - voor montage en vastzetten met schroeven.

Aan de bovenzijde van de rechthoek worden het benodigde aantal kleine gaten geboord voor de schachten van de elektrodeplaten, één klein gat voor de niveausensor, plus één gat met een diameter van 10-15 mm voor de waterstofuitlaat.

Binnenin de rechthoek worden de elektrodeplaten geplaatst, waarvan de contactschachten via de gaten van de bovenste plaat naar buiten de cel worden geleid. Er wordt een waterniveausensor geïnstalleerd op de 80% vullingsmarkering van de cel. Alle doorvoeringen in de textolietplaat (behalve de waterstofuitlaat) worden met epoxylijm gevuld.

Een constructiekenmerk van de modules van de op de foto getoonde generator is de cilindrische vorm. Ook de elektroden van deze miniatuur energiebron zijn anders uitgevoerd.

Het waterstofuitlaatgat moet worden voorzien van een fitting – deze mechanisch bevestigen met een afdichting of inlijmen. De geassembleerde waterstofgeneratiecel wordt in de hoofdbehuizing van het apparaat geplaatst en de bovenste omtrek wordt zorgvuldig afgedicht (opnieuw kan epoxyhars worden gebruikt).

Zo werd de behuizing van de waterstofgenerator gekozen voor een volgend experimenteel project. Het eenvoudige idee spreekt aan, maar deze optie zal waarschijnlijk niet geschikt zijn voor een krachtig station dat bedoeld is voor het verwarmen van ruimtes in een privéwoning.

Maar voordat de cel erin wordt geplaatst, moet de behuizing van de generator worden voorbereid:

• een watertoevoer maken aan de onderkant;
• een bovenkap met bevestigingen maken;
• een betrouwbaar afdichtingsmateriaal kiezen;
• een elektrische klemmenstrook op de kap plaatsen;
• een waterstofcollector op de kap plaatsen.

Het resultaat moet een deels operationele waterstofgenerator zijn nadat:

1. De brandstofcel in de behuizing is geplaatst.
2. De elektroden zijn aangesloten op de klemmenstrook van de kap.
3. De waterstofuitlaatfitting is verbonden met de waterstofcollector.
4. De kap is via de afdichting op de behuizing geplaatst en bevestigd.

Het enige wat overblijft is het aansluiten van water en extra modules.

Aanvullingen op de waterstofgenerator

Het zelfgemaakte apparaat voor waterstofproductie moet worden aangevuld met hulpmodules. Bijvoorbeeld een watertoevoermodule die functioneel is geïntegreerd met een niveausensor die in de generator is geïnstalleerd.

In eenvoudige vorm bestaat zo'n module uit een waterpomp en een regelcontroller. De pomp wordt door de controller aangestuurd op basis van het sensorsignaal, afhankelijk van het waterniveau in de brandstofcel.

Aanvullende constructie-elementen die moeten worden opgenomen in het ontwerp van elk waterstofstation, zelfs een experimenteel station. Zonder automatiserings-, controle- en beveiligingsapparatuur kan de waterstofgenerator niet worden gebruikt.

In principe is het ook wenselijk om een apparaat te hebben dat de frequentie van de elektrische stroom en het spanningsniveau regelt dat op de klemmen van de werkelektroden van de brandstofcel wordt toegevoerd. Minimaal moet de elektrische module zijn uitgerust met een spanningsregelaar en overstroombeveiliging.

Een waterstofcollector ziet er in zijn eenvoudigste vorm uit als een buis waarin een ventiel, manometer, terugslagklep zijn geplaatst. Vanaf de collector wordt waterstof opgenomen via de terugslagklep en kan feitelijk al aan de verbruiker worden geleverd.

De waterstofcollector en de manometrische meetinrichting zijn onmisbare onderdelen van de waterstofinstallatie, die zorgen voor gasdistributie en drukregeling.

Maar in de praktijk is het iets ingewikkelder. Waterstof – is een explosief gas met een hoge verbrandingstemperatuur. Daarom is het niet mogelijk om zomaar waterstof als brandstof in het cv-ketelsysteem te pompen.

Kwaliteitscriteria voor de installatie

Het is buitengewoon moeilijk om een kwalitatief hoogwaardige, efficiënte en productieve installatie thuis te assembleren. Als u bijvoorbeeld zelfs een criterium zoals het metaal waarvan de elektrodeplaten of -buizen worden gemaakt in overweging neemt, loopt u al het risico op problemen te stuiten.

De duurzaamheid van de elektroden hangt af van het type metaal en zijn eigenschappen. U kunt natuurlijk hetzelfde roestvrij staal gebruiken, maar de levensduur van dergelijke elementen zal kort zijn.

Een soort parodie op elektrodeplaten voor een waterstofgenerator. De platen zijn afkomstig van een gewone variabele condensator en zijn gemaakt van aluminium. Dergelijke elektroden zijn slechts voldoende voor een half uur werking, zelfs in een klein experimenteel systeem.

Ook de montageafmetingen spelen een belangrijke rol. Er zijn zeer nauwkeurige berekeningen nodig met betrekking tot het vereiste vermogen, de waterkwaliteit en andere parameters.

Als de spleet tussen de werkelektroden bijvoorbeeld buiten de berekende waarde valt, kan de waterstofgenerator helemaal niet functioneren. In het ergste geval zal het vermogen waarop de berekening was gebaseerd meerdere malen lager zijn.

Zelfs de doorsnede van de draad die de elektroden met de stroombron verbindt, is van belang in de constructie van de waterstofgenerator. Het gaat hier echter om de veilige werking van het apparaat. Desondanks moet u ook dit constructiedetail in een thuisuitvoering in overweging nemen.

Terugkerend naar de veilige werking van het systeem, moet u ook niet vergeten een zogenaamde waterblokkade in de constructie in te bouwen, die de terugstroom van gas verhindert.

Ondanks het vrij indrukwekkende aantal ontwikkelingen van zelfgemaakte waterstofgeneratoren, is er nog geen echt effectieve optie. Alle modellen doen onder voor fabrieksapparatuur.

Industrieel vervaardigde generator

Op het niveau van industriële productie worden de productietechnologieën van waterstofgeneratoren voor huishoudelijk gebruik geleidelijk onder de knie gekregen en ontwikkeld. Doorgaans worden er energiecentrales voor thuisgebruik geproduceerd met een vermogen van niet meer dan 1 kW.

Dit apparaat is ontworpen voor de productie van waterstofbrandstof in een modus van continue werking gedurende niet meer dan 8 uur. Het belangrijkste doel ervan is energievoorziening van verwarmingssystemen.

Er worden ook installaties ontwikkeld en geproduceerd voor gebruik in appartementsgebouwen. Dit zijn krachtigere constructies (5-7 kW), waarvan het doel niet alleen de energievoorziening van verwarmingssystemen is, maar ook de opwekking van elektriciteit. Deze gecombineerde optie wint snel aan populariteit in westerse landen en Japan.

Gecombineerde waterstofgeneratoren worden gekarakteriseerd als systemen met een hoog rendement en lage kooldioxide-uitstoot.

Een voorbeeld van een echt werkend industrieel vervaardigd station met een vermogen tot 5 kW. Dergelijke installaties zijn in de toekomst gepland voor de uitrusting van cottages en condominiums.

De Russische industrie is ook begonnen met deze veelbelovende vorm van brandstofwinning. In het bijzonder ontwikkelt Norilsk Nikkel technologieën voor de productie van waterstofinstallaties, waaronder huishoudelijke.

Het is de bedoeling om de meest uiteenlopende typen brandstofcellen te gebruiken tijdens het ontwikkelings- en productieproces:

• protonuitwisselingsmembranen;
• ortofosforzuur;
• protonuitwisselingsmethanol;
• alkalische;
• vastestofoxiden.

Ondertussen is het elektrolyseproces omkeerbaar. Dit feit geeft aan dat er mogelijkheid bestaat om reeds verwarmd water te verkrijgen zonder waterstof te verbranden.

Het lijkt erop dat dit weer een idee is waarmee men een nieuwe reeks opwinding kan starten rond de gratis winning van brandstof voor de huishoudelijke ketel.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Wanneer u thuis experimenteert met zelfgemaakte modellen, moet u zich voorbereiden op de meest onverwachte resultaten, maar negatieve ervaring – dit is ook ervaring:

Waterstofgeneratoren voor thuis, zelfgemaakt, – dit is voorlopig een project dat slechts op ideeënniveau bestaat. Er zijn vrijwel geen gerealiseerde projecten van zelfgemaakte waterstofgeneratoren, en wat er online wordt gepresenteerd, is de verbeelding van de auteurs of puur theoretische varianten.

Dus blijft er alleen over om te rekenen op een industrieel duur product, dat belooft in de nabije toekomst te verschijnen.

En kent u een origineel model van een waterstofgenerator dat niet in het artikel is beschreven? Misschien wilt u waardevolle informatie delen die nuttig kan zijn voor thuisklussers? Schrijf dan uw opmerkingen in het onderstaande blok, plaats foto's over het onderwerp en geef uw mening.