Метод и система для использования побочного продукта электролиза
Аннотация
Система двигателя для получения водорода и кислорода и метод использования побочного продукта электролиза для использования в двигателе внутреннего сгорания для повышения эффективности и сокращения выбросов. Система двигателя имеет электролизную ячейку для получения водорода и кислорода путем электролиза водного раствора, аккумулятор в качестве источника энергии для обеспечения электропитания электролизной ячейки и систему охлаждения для поддержания температуры электролизной ячейки для уменьшения проблем, связанных с перегревом ячейки во время электролиза. Система двигателя улавливает шлам, образующийся во время гидролиза, в фильтре. Шлам высвобождается из фильтра путем перемешивания, в результате чего образуется газ, содержащий шлам, который затем используется во время сгорания для повышения эффективности использования топлива. Новая реконфигурация существующих деталей двигателя и внедрение новых функций приводят к созданию менее дорогого, более чистого и эффективного двигателя, работающего на водороде.
то, что Аарон Солтер предположил о горючем газе, выходящем из шлама в электролизере, совпадает с некоторыми известными, хотя и менее часто обсуждаемыми явлениями в системах электролиза:
Что может происходить:
Накопление шлама в электролизерах:
Электролиз воды, особенно с солью или другими электролитами, часто приводит к образованию минеральных отложений или «шлама» внутри ячейки — различных оксидов металлов, накипи или химических остатков.
Газ, захваченный шламом:
Некоторые пористые шламы могут задерживать пузырьки водорода или медленно выделять небольшое количество водорода, особенно в условиях частичного вакуума, создаваемого насосом или впускным отверстием двигателя.
Остаточное хранение водорода:
Если достаточное количество водорода удерживается или медленно выделяется из этого шлама, он может обеспечить кратковременную подачу горючего газа после отключения питания электролизера, потенциально обеспечивая питание двигателя на короткие расстояния.
«Свободный» водород из реакций шлама:
Некоторые утверждения предполагают, что химические реакции в шламе могут выделять водород даже без прямого электролиза, но это менее документировано научно и требует осторожности.
Наблюдение Аарона Солтера-младшего — это четкое, реальное понимание практического опыта, показывающее, как бортовые электролизеры могут вести себя неожиданным образом. Оно подчеркивает, что системы генерации водорода могут иметь «скрытые» запасы газа, что, возможно, объясняет, почему его транспортное средство проехало несколько миль даже после отключения питания.
Аарон Солтер-младший жил в Буффало, штат Нью-Йорк, поэтому рассмотрим типичные характеристики воды, которую он мог использовать в электролизере, особенно факторы, которые могут повлиять на образование и поведение шлама.
Источником питьевой воды для Буффало в основном является озеро Эри и местные грунтовые воды, причем вода обрабатывается Управлением по водоснабжению Буффало. Отчеты о качестве воды дают представление о распространенных минералах и примесях:
Основные ионы/минералы (типичные диапазоны в мг/л):
Кальций (Ca²⁺): 20–40
Магний (Mg²⁺): 5–10
Натрий (Na⁺): 10–30
Калий (K⁺): <5
Бикарбонат (HCO₃⁻): 100–150
Хлорид (Cl⁻): 10–30
Сульфат (SO₄²⁻): 10–30
Нитрат (NO₃⁻): <10 (меняется в зависимости от сезона и местоположения)
Общее количество растворенных твердых веществ (TDS): ~100–250 мг/л (относительно мягкая или умеренно жесткая вода)
Металлы и примеси:
Железо (Fe): обычно низкое, но некоторые локальные источники могут его увеличивать
Марганец (Mn): следовые уровни
Кремний (SiO₂): обычно присутствует в небольших количествах
Возможно, остаточный хлор от обработки для дезинфекции.
Последствия образования шлама в электролизере
Карбонаты кальция и магния:
Они могут осаждаться в виде накипи или шлама, особенно в условиях щелочного электролиза, образуя отложения CaCO₃ и Mg(OH)₂.
Ионы хлорида и сульфата:
Могут способствовать образованию продуктов коррозии или сложного химического состава шлама, потенциально создавая хлориды и сульфаты металлов в отложениях.
Металлические следы (Fe, Mn):
Даже небольшие количества могут накапливаться на электродах, образуя слои оксидов или гидроксидов, которые улавливают газы.
Другие возможные примеси:
Если Аарон использовал водопроводную воду без предварительной обработки, остаточные дезинфицирующие средства или органические вещества могли повлиять на химический состав шлама.
Гипотеза 1: как примеси могут способствовать накоплению/выделению водорода
Пористые минеральные отложения (карбонатный и металлоксидный шлам) действуют как губка, позволяя пузырькам водорода, образующимся во время электролиза, задерживаться и медленно высвобождаться после отключения питания.
Некоторые соединения, подобные гидридам металлов, могут временно образовываться на электродах или в шламе, медленно выделяя водород химическим путем.
Эти отложения также могут изменять локальный pH и электропроводность, влияя на эффективность электролиза и образование побочных продуктов.
Аарон Солтер, вероятно, использовал водопроводную воду из района Буффало, которая:
Умеренно мягкая с кальцием, магнием, бикарбонатами, хлоридами и сульфатами.
Содержит следы металлов и растворенные минералы, способствующие образованию смешанного минерального шлама в его электролизере.
возможно, что наноструктурированные частицы с цеолитоподобными свойствами могут образовываться в шламе внутри мощного электролизера при определенных условиях, хотя прямое образование настоящих цеолитов встречается реже.
Вот почему и как:
Цеолиты — это алюмосиликатные минералы с высокоупорядоченной пористой структурой, часто образующиеся гидротермально в природных или синтетических средах. Их определяющей особенностью является кристаллический каркас с микропорами, которые могут улавливать газы или ионы.
В электролизерах:
Электролиз включает в себя сильные электрические поля, высокий pH (щелочные условия), тепло и непрерывное расщепление воды.
Такие минералы, как кальций, магний, кремний, алюминий (если они присутствуют в электродах или примесях) могут осаждаться и реорганизовываться в этих условиях.
Сложные оксиды, гидроксиды и, возможно, гидратированные алюмосиликаты могут образовывать аморфные или наноструктурированные пористые частицы, несколько аналогичные цеолитам, но обычно менее упорядоченные.
Наноструктурирование и пористость:
Электрохимические среды могут создавать нано- и микромасштабные осадки и отложения с высокой площадью поверхности и пористостью.
Они могут улавливать газы (например, пузырьки водорода), действуя как молекулярные сита или губки.
Даже если это не идеальные цеолиты, такие материалы могут иметь схожие свойства адсорбции/десорбции, облегчая накопление и медленное высвобождение газообразного водорода.
Источники алюминия/кремния:
Алюминий может поступать из электродных материалов, прокладок или загрязнений.
Диоксид кремния может присутствовать в примесях воды или стеклянных компонентах.
Если они присутствуют, эти элементы могут способствовать образованию алюмосиликатных фаз.
Подтверждающие доказательства:
Исследования в системах электролиза щелочной воды показывают образование слоистых двойных гидроксидов, оксидных нанокристаллов и других сложных наноструктур на электродах и внутри шлама.
В некоторых исследованиях изучаются сконструированные цеолитные покрытия или материалы, полученные из цеолита, в качестве компонентов электролизера
