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MX2014000915A - Metodos y sistemas para producir hidrogeno. - Google Patents

Metodos y sistemas para producir hidrogeno.

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MX2014000915A
MX2014000915A MX2014000915A MX2014000915A MX2014000915A MX 2014000915 A MX2014000915 A MX 2014000915A MX 2014000915 A MX2014000915 A MX 2014000915A MX 2014000915 A MX2014000915 A MX 2014000915A MX 2014000915 A MX2014000915 A MX 2014000915A
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MX
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carbon
water
electro
aluminum
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MX2014000915A
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Howard Phillips
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H2 Catalyst Llc
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Abstract

La presente invención se refiere a modalidades ejemplares de métodos y sistemas para la producción de hidrógeno usando un material electro-activado. En algunas modalidades ejemplares, el carbono puede ser electro-activado y usado en una reacción química con agua y un combustible, tal como aluminio, para generar hidrógeno, donde los sub-productos son carbono electro-activado, y óxido de aluminio o hidróxido de aluminio. Controlar la temperatura de la reacción, y las cantidades de aluminio y carbono electro-activado puede proporcionar hidrógeno en demanda a una velocidad deseada de generación de hidrógeno.

Description

MÉTODOS Y SISTEMAS PARA PRODUCIR HIDRÓGENO REFERENCIA CRUZADA A LAS SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud se refiere a y reivindica la prioridad de la Solicitud de Patente de los Estados Unidos Serie No. 61/511,322 presentada el 25 de Julio de 2011, y Solicitud de Patente de Estados Unidos Serie No. 61/592,284 presentada el 30 de Enero de 2012, las descripciones completas de las cuales están de de este modo incorporadas en la presente por referencia.
CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente descripción se refiere a modalidades ejemplares de métodos y sistemas para producir hidrógeno, y más particularmente, a modalidades ejemplares de métodos y sistemas para producir hidrógeno a partir de reacciones químicas .
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El hidrógeno puede ser considerado por ser una alternativa de energía prometedora a combustibles a base de carbono. Varias tecnologías han sido desarrolladas con respecto a la producción y uso de hidrógeno como un combustible o fuente de energía. Mientras el hidrógeno puede ser considerado por ser una alternativa de energía limpia y deseable a combustibles a base de carbono, varios obstáculos pueden existir que dependen del hidrógeno como una fuente de energía contrario a otras formas de energía. Tales obstáculos pueden en general incluir la capacidad para producir, transportar y almacenar hidrógeno de manera eficiente, de manera segura y económicamente.
Un procedimiento para producir hidrógeno puede incluir procesos termoquímicos . Uno de tales procesos puede incluir llevar a cabo reacciones químicas entre un compuesto de azufre-yodo, y agua a altas temperaturas (por ejemplo, arriba de aproximadamente 800 °C) . En general, el proceso puede resultar en la división de las moléculas de agua (H20) en hidrógeno (H2) y oxígeno (02) - La solución de azufre-yodo puede ser reciclada en el proceso y por lo tanto, distinta de hidrógeno y oxígeno, no puede haber subproductos nocivos.
Otro procedimiento para producir hidrógeno puede incluir la electrólisis del agua. La electrólisis requiere el uso de electricidad, de conformidad con la ley de Faraday. La electrólisis puede ser un proceso relativamente ineficiente para producir hidrógeno sin la ayuda de otra fuente de energía (más allá del suministro de electricidad) . Sin embargo, la energía consumida puede ser más valiosa que el hidrógeno producido. Con el fin de hacer la electrólisis un proceso económicamente viable, otra fuente de energía puede ser incorporada en el proceso. Por ejemplo, la electrólisis a alta temperatura utiliza una fuente de calor a alta temperatura para calentar el agua y efectivamente reducir la cantidad de energía eléctrica requerida para dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno con eficiencias superiores. Otro procedimiento puede involucrar la extracción de hidrógeno a partir de combustibles fósiles, tales como gas natural o metanol. Este método puede ser complejo y resultar en residuos, tales como dióxido de carbono. También existe un límite en todo el mundo para la cantidad de combustible fósil disponible para uso en el futuro.
Otros procedimientos son necesarios para atender la producción de hidrógeno, de manera que la producción de hidrógeno se puede llevar a cabo en una manera efectiva, eficiente y segura. Una economía a base de hidrógeno puede ser una alternativa de energía ambientalmente benigna a largo plazo para crecimiento sustentable. Una demanda incrementada para hidrógeno puede originarse conforme incrementa la necesidad en todo el mundo para más electricidad, los controles de emisión de gas de invernadero se tensan, y las reservas de combustible fósil menguan.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA. INVENCIÓN Al menos algunos de los problemas descritos anteriormente pueden ser atendidos por modalidades ejemplares de los métodos y sistemas de conformidad con la presente descripción. La presente descripción describes modalidades ejemplares de métodos y sistemas que pueden producir hidrógeno en demanda (HOD) , los cual puede hacer innecesario almacenar hidrógeno en un tanque presurizado.
Las modalidades ejemplares de la presente descripción describen métodos y sistemas que pueden hacer posible controlar y sostener la producción continua de hidrógeno. La producción sostenida, controlada de hidrógeno se puede lograr mediante, por ejemplo, proporcionar una reacción química con agua, aluminio y un material electro-activado (por ejemplo, carbono electro-activad) . Esta reacción química puede producir hidrógeno a varias velocidades de reacción, y el hidrógeno puede ser proporcionado mediante, por ejemplo, una celda de producción de hidrógeno. El uso de carbono electro-activado puede hacer factible proporcionar una alta velocidad de producción para hidrógeno por varios usos, tales como pero no limitados a un combustible para, por ejemplo, vehículos terrestres, embarcaciones marinas y barcos trans-oceánicos , y también como una fuente de energía para plantas comerciales de energía y otras plantas en ubicaciones remotas.
Las modalidades ejemplares de la presente descripción además describen métodos y sistemas los cuales pueden proporcionar por seguridad, producción de hidrógeno a bordo y en demanda cercana a un sistema de usuario, usando oxidación de metal libre de contaminación y seguro, simple, que reacciona con agua y carbono electro-activado. El carbono electro-activado en las modalidades ejemplares se puede proporcionar para una alta velocidad de producción, y un gran volumen de producción de hidrógeno. También puede proporcionar baja velocidad de flujo para aplicaciones en las cuales las celdas de combustible más pequeñas pueden ser requeridas, tales como, por ejemplo, teléfonos celulares.
Por ejemplo, de conformidad con una modalidad ejemplar de la presente descripción, un método para producir un catalizador para producción de hidrógeno puede ser proporcionado, que comprende proporcionar energía eléctrica a un material de carbono para electro-activar el material de carbono, y usar el material de carbono electro-activado para producir hidrógeno. El material de carbono puede ser proporcionado en una composición líquida que comprende agua, y la composición líquida puede comprender además un electrolito. La energía eléctrica puede ser proporcionada a aproximadamente 6 amperes-hora. El material de carbono puede ser uno o más de carbono puro, carbono sólido, carbono triturado, carbono sinterizado, compuestos de carbono, carbón vegetal, carbono comprimido, bloques de carbono, grafito, gránulos de carbono, carbono activado granulado o hulla.
De conformidad con otra modalidad ejemplar de la presente descripción, un método para producir hidrógeno puede ser proporcionado, que comprende combinar carbono electro-activado con una composición liquida, y generar una reacción química entre la combinación de carbono electro-activado y la composición liquida para producir hidrógeno. El método puede comprender además combinar el carbono electro-activado y composición líquida con un combustible, y generar una reacción química entre la combinación del carbono electro-activado, composición líquida y fuel para producir hidrógeno. El combustible puede ser aluminio puro, polvo de aluminio, gránulos de aluminio o virutas de aluminio.
El método puede comprender además controlar la reacción química de la combinación de carbono electro-activado, agua y combustible para producir hidrógeno en demanda. La reacción química puede ser controlada por calentamiento de la combinación para incrementar la producción de hidrógeno, y por enfriamiento de la combinación para disminuir la producción de hidrógeno. La combinación puede ser calentada a un intervalo de temperatura entre aproximadamente 65.56°C (150°F) hasta aproximadamente 87.78°C (190°F). La reacción química puede ser controlada agregando cantidades de uno o más del carbono electro-activado, composición líquida y combustible para incrementar la producción de hidrógeno, y remover cantidades de uno o más del carbono electro-activado, composición líquida y combustible para disminuir la producción de hidrógeno. La composición liquida puede comprender agua, agua de grifo, agua sucia, agua alta en calcio, agua salada, agua de mar, agua alcalina o agua acídica.
De conformidad con otra modalidad ejemplar de la presente descripción, un sistema para producir un catalizador para producción de hidrógeno puede ser proporcionado, que comprende una celda de activación que tiene un material de carbono, y un aparato configurado para proporcionar energía eléctrica para electro-activar el material de carbono en la celda de activación. El material de carbono puede ser proporcionado en una composición líquida que comprende agua en la celda de activación, y la composición líquida puede comprender además un electrolito. El aparato puede ser configurado para proporcionar energía eléctrica a aproximadamente 6 amperes-hora. El material de carbono puede ser uno o más de carbono puro, carbono sólido, carbono triturado, carbono sinterizado, compuestos de carbono, carbón vegetal, carbono comprimido, bloques de carbono, grafito, gránulos de carbono, carbono activado granulado o hulla.
De conformidad con otra modalidad ejemplar de la presente descripción, un sistema para producir hidrógeno puede ser proporcionado, que comprende un recipiente que tiene una composición líquida y carbono electro-activado, y un aparato para generar una reacción química entre la composición líquida y carbono electro-activado para producir hidrógeno. El sistema puede comprender además un combustible proporcionado en el recipiente con la composición liquida y carbono electro-activado, en donde el aparato genera una reacción química entre la composición líquida, carbono electro-activado y combustible para producir hidrógeno. El combustible puede ser uno de aluminio puro, polvo de aluminio, gránulos de aluminio o virutas de aluminio.
El sistema puede comprender además uno o más mecanismos para controlar la reacción química entre la composición líquida, carbono electro-activado y combustible para producir hidrógeno en demanda. Uno o más mecanismos pueden calentar la combinación de la composición líquida, carbono electro-activado y combustible para incrementar la producción de hidrógeno, y pueden enfriar la combinación de la composición líquida, carbono electro-activado y combustible para disminuir la producción de hidrógeno. Uno o más mecanismos pueden calentar la combinación de carbono electro-activado, agua y combustible a un intervalo de temperatura entre aproximadamente 65.56°C (150°F) hasta aproximadamente 87.78°C (190°F). La reacción química puede ser controlada agregando cantidades de uno o más del carbono electro-activado, composición líquida y combustible para incrementar la producción de hidrógeno, y remover cantidades de uno o más del carbono electro-activado, composición líquida y combustible para disminuir la producción de hidrógeno. La composición liquida puede comprender agua, agua de grifo, agua sucia, agua alta en calcio, agua salada, agua de mar, agua alcalina o agua acidica.
Las modalidades ejemplares de los métodos y sistemas de conformidad con la presente descripción permiten la generación de hidrógeno a partir de una composición liquida tal como agua. Además, los subproductos pueden potencialmente ser una fuente libre de contaminación de material para reciclaje para producir más aluminio.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Lo anterior y otros objetos de la presente descripción serán aparentes después de la consideración de la siguiente descripción detallada, tomada en conjunto con los dibujos y reivindicaciones acompañantes, en los cuales caracteres de referencia similares se refieren a partes similares a través de esta, y en la cual: La Figura 1 ilustra una celda de activación usada para preparar un catalizador que puede ser usado para producir hidrógeno de conformidad con modalidades ejemplares de la presente descripción; La Figura 2 ilustra un sistema para la producción de hidrógeno de conformidad con modalidades ejemplares de la presente descripción; La Figura 3 ilustra un sistema para la producción de hidrógeno de conformidad con modalidades ejemplares de la presente descripción; La Figura 4 ilustra un sistema para proporcionar hidrógeno como un combustible para un vehículo de conformidad con modalidades ejemplares de la presente descripción; y La Figura 5 ilustra un sistema de caldera de conformidad con modalidades ejemplares de la presente descripción .
A través de las figuras, los mismos números y caracteres de referencia, a menos que se declare de otro modo, son usados para denotar características, elementos, componentes o porciones similares de las modalidades ilustradas. Sin embargo, mientras la presente descripción será ahora descrita en detalle con referencia a las figuras, se hace así en conjunto con las modalidades ilustrativas. Se pretende que cambios y modificaciones puedan hacerse a las modalidades descritas sin apartarse del alcance verdadero y espíritu de la presente descripción.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Modalidades ejemplares de los métodos y sistemas de conformidad con la presente descripción se describirán ahora, incluyendo referencia a las figuras.
Inicialmente, en una modalidad ejemplar de la presente descripción, se describe un método y sistema para preparar un catalizador que produce hidrógeno. La Figura 1 ilustra un diagrama de una celda de activación 100 usada para preparar un catalizador que puede ser usado para producir hidrógeno. En la modalidad ejemplar de la Figura 1, el material puede ser carbono. El carbono puede ser cualquier tipo de carbono de varias formas, y la presente descripción no está limitada a cualquier forma particular de carbono.
La celda de activación 100 puede tener un ánodo 102 y un cátodo 104. En una modalidad ejemplar, el ánodo 102 puede ser colocado dentro de la celda de activación 100 a lo largo de un primer lado 100a de la celda de activación 100, y el cátodo 104 puede ser colocado dentro de la celda de activación 100 a lo largo de un segundo lado 100b de la celda de activación 100. El ánodo 102 puede ser un ánodo de metal y el cátodo 104 puede ser un cátodo de metal, y cualquier tipo de metal puede ser usado por el ánodo 102 y cátodo 104, tal como acero inoxidable, hierro, hierro galvanizado, carbono y/u otros metales, y la presente descripción no está limitada a cualquier tipo de metal. El metal puede ser eléctricamente conductivo y resistente a la corrosión.
Una composición liquida puede ser proporcionada en la celda de activación 100, tal como agua 108 u otro liquido que contiene agua, u otra composición liquida adecuada, y no está limitada al agua. El agua 108 puede ser agua de grifo, agua filtrada, agua salada, agua de mar y/u otros tipos de agua. Un material tal como carbono 106 puede ser proporcionado en el agua 108 en la celda de activación 100 en la forma de, por ejemplo, carbón vegetal o grafito, de manera que puede ser electro-activado. La celda de activación 100 puede ser abierta en una superficie superior para permitir la ventilación y la colocación del agua 108 y carbono 106. El agua 108 puede estar en cantidad suficiente para, por ejemplo, cubrir el material a ser electro-activado. La celda de activación 100 puede ser colocada en un área bien ventilada de manera que cualquier gas que se produce del liquido durante el proceso de electro-activación puede ser ventilado .
Un electrolito puede ser colocado en la celda de activación 100 con el agua 108 y carbono 106, lo cual puede hacer la mezcla del agua 108 y carbono 106 más eléctricamente conductiva. Ejemplos de electrolitos que pueden ser usados incluyen, pero no se limitan a, bicarbonato de sodio, cloruro de sodio o hidróxido de potasio. La electro-activación puede también llevarse a cabo sin electrolito agregado, y un voltaje superior puede ser usado ya que el agua puede ser menos eléctricamente conductivo cuando un electrolito no se agrega al agua. La energía eléctrica se puede pasar a través de la mezcla del agua 108 y carbono 106 para electro-activar el carbono 106. Por ejemplo, la energía eléctrica, tal como en la forma de corriente eléctrica, puede ser pasada a través de la mezcla de agua 108 y carbono 106 hasta que se logra un valor de aproximadamente 6 Amperes-hora. También, por ejemplo, un intervalo de voltaje puede ser usado, tal como desde aproximadamente 4 volts hasta aproximadamente 200 volts. Típicamente, un voltaje en el intervalo de aproximadamente 12 volts hasta aproximadamente 150 volts puede ser usado. Las modalidades ejemplares de la presente descripción no están limitadas a cualquiera de los Amperes-hora o voltajes, y los ajustes se pueden hacer con base en varios factores, tales como pero no limitados a la cantidad de agua, la cantidad de material (por ejemplo, carbono) , el tamaño de la celda de activación, y/u otros factores que incluyen la densidad de corriente (por ejemplo, Amperes por centímetro cuadrado) los cuales pueden ser una función de la geometría de la celda.
La celda de activación catalítica 100 puede ser diseñada para correr a una corriente baja, por ejemplo, menos de aproximadamente 5 amps, y puede correr continuamente sin sobrecalentamiento debido a la disipación de energía en la celda de activación catalítica 100. Esto puede proporcionar la electro-activación del material (por ejemplo, carbono) , y de este modo convertir el material en un material electro-activado. En las modalidades ejemplares descritas anteriormente, el carbono puede ser convertido en carbono electro-activado, lo cual puede ser referido como carbono catalítico. El carbono electro-activado y carbono catalítico son usados intercambiablemente en la presente descripción. Electro-activar el carbono a una baja corriente puede proporcionar la ventaja de que la electro-activación puede no ser necesaria para ser monitoreada para intervenir en el caso de, por ejemplo, corriente excesiva, temperatura excesiva o emisión de gas excesiva de la celda.
En otras modalidades ejemplares de la presente descripción, la celda de activación catalítica 100 puede ser diseñada para correr a niveles superiores de energía, tales como 6 Amperes hora, lo cual se puede lograr mediante, por ejemplo, proporcionar corriente eléctrica por 6 horas a una corriente de 1 Ampere, o por 3 horas a una corriente de 2 Amperes. En varias modalidades de la presente descripción, diferentes tiempos y corrientes pueden ser usadas para lograr 6 Amperes hora. La presente descripción no está limitada a cualquier Amperes-hora particular, y otros tratamientos de Amperes-hora podrían también producir transformación catalítica del carbono.
El carbono catalítico (carbono electro-activado 106) puede entonces ser removido de la celda de activación 100, y puede ser secado si se desea. Una vez seco, el carbono catalítico puede ser más fácil de almacenar y/o embarcar. El carbono catalítico puede ser secado mediante, por ejemplo, secado con aire, calentamiento en aire, y/u otros tipos de mecanismos de calentamiento/secado y/o métodos. Diferentes métodos/procesos de secado pueden ser usados, y temperaturas de temperatura estándar hasta 93.33°C (200°F) pueden ser usadas, y no están limitadas a tales.
Reacciones Catalíticas Ejemplares En modalidades ejemplares de la presente descripción, la reacción química: 2A1 + 6[H20] + C => C + 2 [Al (OH) 3] + 3H2 Ecuación (1) puede ser usada, donde Al es aluminio, H es hidrógeno, O es oxígeno y C es el carbono electro-activado (o carbono catalítico) formado por el proceso descrito anteriormente. En esta reacción catalítica ejemplar, el aluminio y agua (H20) pueden ser usados como combustibles con el carbono catalítico, y el hidrógeno (H2) puede ser producido donde el subproducto es hidróxido de aluminio (Al (OH) 3) . En esta reacción ejemplar, el agua y aluminio son combustibles que pueden ser consumidos, y el carbono catalítico C puede ser un catalizador. Otras composiciones liquidas que tienen agua, o que tienen propiedades similares como el agua, también pueden ser usadas.
La misma reacción puede ser escrita como: 2A1 + 3[H20] + C => C + A1203 + 3H2 Ecuación (2) donde Al es aluminio, H es hidrógeno, 0 es oxigeno y C es el carbono electro-activado (carbono catalítico) formado por el proceso descrito anteriormente. En esta reacción química ejemplar, el aluminio y el agua (H20) pueden ser usados como combustibles con el carbono catalítico, y el hidrógeno (H2) puede ser producido donde el subproducto es óxido de aluminio (AI2O3) . El hidróxido de aluminio puede reducirse a óxido de aluminio cuando se seca, para remover el agua a partir del hidróxido de aluminio. Debido a que la reacción que produce hidrógeno puede llevarse a cabo en agua, la Ecuación 1 muestra que un producto de hidróxido de aluminio es la reacción mayormente usada, mientras la Ecuación 2 que muestra un producto de óxido de aluminio también puede ser usada cuando se describe la química. En esta reacción ejemplar, el agua y aluminio son combustibles que pueden ser consumidos, y el carbono catalítico C puede ser un catalizador.
De conformidad con las modalidades ejemplares de la presente descripción, muchas diferentes formas de carbono pueden ser electro-activadas como se describe anteriormente para producir carbono catalítico. Por ejemplo, en varios experimentos realizados de conformidad con las modalidades ejemplares de la presente descripción, se ha mostrado que el hidrógeno puede ser producido usando carbono en muchas formas, las cuales pueden incluir pero no está limitado a, carbono puro, carbono sólido o triturado, carbono sinterizado, compuestos de carbono, carbón vegetal, carbono comprimido (por ejemplo, en la forma de placas planas) , bloques de carbono (por ejemplo, escobillas de motor eléctrico) que pueden ser formadas con aglutinantes químicos, grafito (por ejemplo, carbono en polvo), gránulos de carbono (por ejemplo, para uso como desodorantes), carbono activado granulado (GAC) que puede ser usado mediante, por ejemplo, agua de purificación/filtración, y/o hulla (carbono en grumos o carbono triturado/pulverizado) .
Además, un combustible puede no ser requerido con el fin de generar hidrógeno. Experimentos han mostrado que el carbono catalítico solo con una composición líquida, tal como agua o que contiene agua, puede producir hidrógeno, de conformidad con la reacción: H20 + CC => CC + H + OH Ecuación (3) Un combustible puede, sin embargo, incrementar la velocidad de producción de hidrógeno en las reacciones químicas mostradas en las Ecuaciones (1) y (2) . Cuando los átomos de hidrógeno son generados, pueden tender a combinarse, como en H + H => H2 (un gas), lo cual es referido como la reacción Toffel. Una reacción de competición también puede ocurrir, tal como H + OH => H20, una reacción de "recombinación" que puede prevenir el hidrógeno de ser liberado en la forma de gas H2.
Un combustible, tal como aluminio, puede ser proporcionado para ayudar en esta reacción ya que los grupos OH pueden ser unidos al aluminio (Al) de manera que la acumulación de los grupos OH libres (no unidos) pueden ser ampliamente prevenidos, tal como en la composición liquida que tiene el carbono electro-activado y aluminio, y la recombinación de los átomos de hidrógeno para formar ¾0 puede ser prevenida.
Otros elementos, químicos o combustibles que tienen el mismo efecto como el aluminio también pueden ser usados. Por ejemplo, químicos que ligan hasta un grupo OH pueden ser útiles, tales como pero no limitados a Li (puede formar hidróxido de litio) , Na (puede formar hidróxido de sodio) , K (puede formar hidróxido de potasio) , Rb (puede formar hidróxido de rubidio) y Cs (puede formar hidróxido de cesio) . Otros químicos pueden ser más útiles, los cuales pueden ligar hasta dos grupos OH, tales como pero no limitados a Ca (pueden formar hidróxido de calcio) , Sr (puede formar hidróxido de estroncio) y Ba (puede formar hidróxido de bario) .
Modalidades ejemplares de la presente descripción pueden proporcionar para aluminio como el combustible, ya que cada átomo de aluminio puede ligar hasta tres grupo OH para llegar a hidróxido de aluminio, Al [OH] 3 , aluminio puede ser económico y seguro, y el aluminio puede tener una energía de enlace químico superior que los grupos OH. Algunos químicos pueden ser aún más útiles tales como óxido de bario (BaO) , los cuales pueden ligar tantos como 4 o 5 grupos OH. Algunos experimentos han mostrado que el óxido de bario puede ser un combustible muy bueno con respecto a la producción de hidrógeno, aunque puede haber algunos problemas de seguridad y pueden en general ser más costosos que el aluminio.
Se condujeron experimentos para determinar si la electro-activación de un material, por ejemplo, carbono, puede incrementar la producción de hidrógeno. En cada experimento, se usó un catalizador con una mezcla de aluminio y agua. En el Experimento 1, se usó carbono no electro-activado como un catalizador. En el Experimento 2, se usó carbono electro-activado no lavado como un catalizador. En el Experimento 3, se usó carbono electro-activado lavado como un catalizador, donde el carbono electro-activado se enjuagó con agua después de la electro-activación del carbono.
Experimento 1 En el Experimento 1, se usó carbono (es decir, carbón vegetal) como un catalizador que no fue electro- activad. La cámara se limpió, y aproximadamente 3 cucharaditas de polvo de aluminio (que tiene un diámetro de partícula de aproximadamente 30 mieras) se agregaron a la cámara junto con aproximadamente 7 cucharaditas de carbón vegetal no electro-activado. La cámara se llenó hasta aproximadamente 60% de la cámara con agua de manera que el carbón vegetal fue ligeramente inferior de la línea de agua. Se usó un elemento de calentamiento para calentar la mezcla del catalizador, polvo de aluminio y agua. Las velocidades de generación de temperatura e hidrógeno son proporcionadas en el diagrama abajo.
Se observó que el carbón vegetal no electro-activado no produce generación significante de hidrógeno.
Experimento 2 En el Experimento 2 , el carbono (es decir, carbón vegetal) se usó como un catalizador que fue electro-activado a 6 Amperes horas. La cámara se limpió, y aproximadamente 2 cucharaditas de polvo de aluminio (que tiene un diámetro de partícula de aproximadamente 30 mieras) se agregaron a la cámara junto con aproximadamente 4 cucharaditas de carbón vegetal electro-activado no lavado. La cámara se llenó con agua y un elemento de calentamiento se usó para calentar la mezcla del catalizador, polvo de aluminio y agua. La temperatura y velocidades de generación de hidrógeno son proporcionadas en el diagrama abajo.
A T=17:00, aproximadamente 40 mL de agua caliente se agregaron a la cámara. A T=21:00, aproximadamente 1.5 cucharaditas de polvo de aluminio se agregaron a la cámara. A T=24:12, el elemento de calentamiento se apagó. Una velocidad de generación de hidrógeno de aproximadamente 2.5 litros por minuto se observó a T=27:20 a una temperatura de aproximadamente 67.7°C (154°F). A T=28:00, la cámara se enfrió, y la velocidad de generación de hidrógeno disminuyó conforme la temperatura disminuyó. A T=40:00, aproximadamente 2 cucharaditas de polvo de aluminio y aproximadamente 2 cucharaditas de carbono electro-activado se agregaron a la cámara, y el elemento de calentamiento se apagó. A T=50:41, el elemento de calentamiento se apagó, y la temperatura de la cámara comenzó a caer.
En el Experimento 2, se observó que una velocidad de generación de hidrógeno de aproximadamente 2.5 litros por minuto puede ser generado a una temperatura de aproximadamente 67.7°C (154°F). Se puede esperar que una celda de hidrógeno que tiene una cantidad similar de polvo de aluminio y catalizador podría generar hidrógeno a una velocidad de más de aproximadamente 3 litros por minuto a temperaturas de celda de hidrógeno que varían de aproximadamente 71.1°C (160°F) . El uso de un carbono electro-activado no lavado puede incrementar la velocidad de producción de hidrógeno por aproximadamente un factor de 10. En comparación, el Experimento 2 generó hidrógeno a una velocidad de aproximadamente 2.5 litros por minuto, y el Experimento 1 generó hidrógeno a una velocidad de aproximadamente 0.22 litros por minuto donde se usó un catalizador no electro-activado.
Experimento 3 En el Experimento 3, se usó carbono (es decir, carbón vegetal) como un catalizador gue fue electro-activado a 6 Amperes-hora. Después de que fue electro-activado, el carbón vegetal se lavó con agua corriente por aproximadamente 30 minutes. La cámara se limpió, y aproximadamente 2 cucharaditas de polvo de aluminio (que tiene un diámetro de partícula de aproximadamente 30 mieras) se agregaron a la cámara junto con aproximadamente 2 cucharaditas de carbón vegetal electro-activado lavado. La cámara se llenó con agua y un elemento de calentamiento se usó para calentar la mezcla del catalizador, polvo de aluminio y agua. La temperatura y velocidades de generación de hidrógeno se proporcionan en el diagrama abajo.
A T=4:00, el elemento de calentamiento se apagó. A T=5:00, se agregaron aproximadamente 0.5 cucharaditas de polvo de aluminio. A T=9:08, se observó que la cámara se corrió baja en combustible de aluminio. A T=12:55, se introdujo un elemento de enfriamiento a la mezcla de agua, polvo de aluminio y catalizador, y una caida de temperatura se observó de T=12 : 55 a T=16:00.
En el Experimento 3, se observó que el hidrógeno puede ser generado a una velocidad de aproximadamente 1 litro por minuto usando carbono electro-activado lavado (es decir, carbón vegetal) para un catalizador. Por comparación, en el Experimento 2, se generó hidrógeno a una velocidad de aproximadamente 2.5 litros por minuto usando carbono electro-activado no lavado como un catalizador.
Electro-Activación En modalidades ejemplares de la presente descripción, se usó carbono electro-activado (en la forma de gránulos de carbono de malla-16) , y las muestras se removieron a diferentes longitudes de tiempo para determinar como muchos Amperes-hora producen un catalizador con una alta velocidad de producción de hidrógeno. El carbono se colocó en una cámara y se electro-activó a 2 Amperes. La Muestra 1 se removió después de un tiempo de electro-activación de 1 minuto, la Muestra 2 se removió después de un tiempo de electro-activación de 45 minutos, la Muestra 3 se removió después de un tiempo de electro-activación de 3 horas, la Muestra 4 se removió después de un tiempo de electro-activación de 15 horas, y Muestra 5 se removió después de un tiempo de electro-activación de 16 horas.
Aproximadamente 1/8 de una cucharadita de cada material catalizador (es decir, la Muestras 1-5) se colocó en cámaras individuales que tienen aproximadamente 20 mL de agua cada una. El agua usada en este experimento fue agua filtrada de grifo. Aproximadamente 1/8 de una cucharadita de polvo de aluminio se proporcionó en cada cámara. La mezcla del aluminio, agua y catalizador en cada cámara se llevó entonces a una temperatura que varia desde aproximadamente 71.1°C (160°F) hasta aproximadamente 93.33°C (200°F). Todas la cámaras fueron aproximadamente a la misma temperatura en cualquier tiempo dado, ya que todas las cámaras se proporcionaron en el recipiente contenedor de cámaras múltiples que se colocó en un dispositivo de calentamiento. Se observaron las velocidades de generación de hidrógeno, y todas las cinco muestras generaron hidrógeno. Se encontró que la Muestra 3 produce hidrógeno a una velocidad superior que las otras muestras, y se encontró que el tiempo de electro-activación adicional a aquel de la Muestra 3 tiene un pequeño efecto en la velocidad de producción de hidrógeno. En esta modalidad ejemplar, la Muestra 3 fue electro-activada a 6 Amperes-hora (es decir, 3 horas a 2 Amperes) .
Las pruebas descritas anteriormente proporcionan que el carbono catalítico preparado de conformidad con las modalidades ejemplares de la presente descripción puede ser un excelente material para uso en agua de división para producir hidrógeno a altas velocidades de producción. Además, las pruebas mostraron que después que el carbono es electro-activado de conformidad con las modalidades ejemplares de la presente descripción, un efecto mejorado como un catalizador puede ser semi-permanente, durando hasta varias semanas y aún meses. El carbono catalítico es reutilizable (es decir, el efecto catalítico de la electro-activación se preserva) . El carbono catalítico puede ser almacenado y usado meses después, teniendo el mismo efecto como un catalizador fresco (es decir, carbono catalítico) con agua y aluminio como combustibles. Además, el carbono catalítico puede ser usado varias veces con agua y aluminio siendo los combustibles únicamente consumidos en las reacciones catalíticas ejemplares descritas en la presente descripción.
En algunas modalidades ejemplares, se mostró que el carbono catalítico, en pequeñas cantidades, puede dejarse atrás en el recipiente/celda de hidrógeno aún después del lavado/limpieza de la celda de hidrógeno/recipiente. Por consiguiente, en algunos experimentos donde el carbono electro-activado no se usó, pero se usó previamente en el mismo recipiente, alguna producción de hidrógeno se observó cuando no debería haber estado cerca. Por consiguiente, usando el mismo recipiente sobre y encima puede proporcionar ciertas ventajas cuando se usa carbono catalítico para producir hidrógeno.
En algunas modalidades ejemplares, se encontró que el carbono electro-activado "húmedo" (es decir, el carbono electro-activado todavía húmedo del agua en el proceso de electro-activación) produce velocidades de generación de hidrógeno que fueron aproximadamente 5-10% superior que las velocidades de generación de hidrógeno producidas cuando el carbono catalítico se secó. Esto puede ser debido a que el carbono catalítico húmedo puede tener menos historial de modificación de superficie. El lavado del carbono catalítico puede involucrar algunos cambios de superficie menores en la superficie del carbono. El secado del carbono catalítico puede también permitir la abrasión de superficie posible cuando las partículas de carbono son movidas, cambiadas o vertidas. El carbono catalítico puede ser un catalizador heterogéneo que reacciona en la superficie. En algunas modalidades ejemplares, se ha mostrado que la superficie de carbono inmediatamente después del proceso de electro-activación puede ser óptimo para la generación de hidrógeno, y cualquier tratamiento de superficie o daño después de la electro-activación (por ejemplo, lavado o secado) puede resultar en efectividad catalítica ligeramente reducida cuando el carbono catalítico se usa para dividir el agua y producir hidrógeno de conformidad con las reacciones catalíticas descritas en la presente descripción.
El carbono puede presentar buenas tendencias para electro-activación y usar como un catalizador en la producción de hidrógeno con agua. El carbono es un elemento que puede tener electronegatividad similar al hidrógeno y puede formar un enlace polar con hidrógeno. El carbono puede formar una capa de superficie de óxido polar en agua, y el carbono puede ser pseudo-soluble en agua en la forma de una suspensión coloidal de partículas de carbono en agua.
Las modalidades ejemplares de la presente descripción pueden usar agua y aluminio como combustible para las reacciones químicas ejemplares descritas en la presente.
El uso potencial de agua de varias fuentes y bajo costo, baja pureza del aluminio, pueden proporcionar fuentes alternativas de bajo costo que pueden ser usadas para proporcionar combustibles para las reacciones catalíticas de conformidad con las modalidades ejemplares de los métodos y sistemas de la presente descripción.
El aluminio, un elemento que puede ser usado como un combustible en las modalidades ejemplares de la presente descripción para producir hidrógeno, puede reaccionar con ácidos y bases. Como otros metales activos, el aluminio puede disolverse en ácidos fuertes para desprender gas de oxígeno. El carbono catalítico descrito en la presente descripción puede ser usado en líquido a pH neutral con base en su fuerte eficiencia catalítica (es decir, alta velocidad de reacción) . Esto puede significar que el agua no puede ser un ácido fuerte ni un líquido alcalino fuerte, lo cual puede proporcionar una mezcla muy segura y ambientalmente amistosa.
En algunas modalidades ejemplares de la presente descripción, las virutas de aluminio pueden ser usadas en las reacciones químicas descritas en la presente en lugar de polvo de aluminio. El uso de carbono electro-activado con virutas de aluminio y otras formas no en polvo de aluminio ha sido mostrado por producir exitosamente hidrógeno en un laboratorio .
Para una masa dada de aluminio en la reacción, la velocidad de producción de hidrógeno puede ser aproximadamente proporcionar al área de superficie del metal de aluminio. El aluminio usado en algunas de las modalidades ejemplares de la presente descripción puede ser aluminio en polvo. La relación superior de superficie a volumen de aluminio en polvo puede hacerse adecuada para una velocidad superior de producción de hidrógeno para una cantidad dada de aluminio. El combustible más grueso, el cual puede estar en la forma de pelotillas de aluminio, virutas de aluminio, gránulos de aluminio o láminas de aluminio, también puede ser usado. Tal combustible grueso puede proporcionar la producción de hidrógeno el cual puede estar a una baja velocidad (para una cantidad dada de aluminio) que la proporcionada por aluminio en polvo en algunas de las modalidades ejemplares de la presente descripción. El uso de aluminio puro no puede ser requerido, lo cual puede hacer posible el uso de aluminio de pureza inferior, de costo inferior, en la producción de hidrógeno de conformidad con las modalidades ejemplares de la presente descripción.
El tamaño del aluminio usado puede ser un diseño variable para una aplicación particular. Por ejemplo, el tamaño de partícula del aluminio puede ser elegido para lograr una velocidad de producción de hidrógeno deseada para un diseño que tiene una geometría definida y temperatura de operación. En general, para una cantidad dada de aluminio, como el tamaño de partícula del aluminio disminuye, la velocidad de reacción de la reacción química descrita en la presente descripción sube a cualquier temperatura dada. También, la velocidad de reacción incrementa conforme la temperatura incrementa.
En algunas modalidades ejemplares de la presente descripción, se encontró que el hidrógeno se genera en la reacción descrita anteriormente sin el uso de aluminio (es decir, solo usando carbono electro-activado y agua) , pero que agregando ciertos combustibles, tales como aluminio, incrementa la producción de hidrógeno. También se encontró que otros combustibles además del aluminio pueden ser usados. También se encontró que durante la reacción catalítica para generar hidrógeno, cuando el polvo de aluminio está siendo usado, la generación de hidrógeno puede incrementar cuando el polvo de aluminio es mezclado o agitado durante la reacción. Una acción mecánica puede ser proporcionada para remover óxido de aluminio y exponer el aluminio solo. Las reacciones químicas descritas en las Ecuaciones 1 y 2 producen hidrógeno a velocidades superiores cuando el aluminio solo es usado, y producen menos hidrógeno cuando se usa aluminio con una superficie oxidada. En algunas modalidades ejemplares de la presente descripción, usando una mezcladora u otro dispositivo para cortar/pulir virutas de aluminio y pelotillas, las velocidades de producción de hidrógeno incrementan por factores de aproximadamente dos hasta diez, dependiendo de la intensidad de la acción mecánica o electromecánica (es decir, cortado, pulido y/o mezclado del aluminio) . Los factores pueden ser dependientes del tiempo de pulido y el retardo de tiempo entre el pulido y producción de hidrógeno. Este retardo de tiempo puede resultar en la formación de una película cuando la superficie de aluminio solo es expuesta al aire o agua, particularmente a temperaturas arriba de la temperatura ambiente. El pulido del aluminio puede remover el óxido de aluminio de la superficie del aluminio, proporcionando una superficie de aluminio fresca para las reacciones químicas que producen hidrógeno descritas en las Ecuaciones 1 y 2 en la presente descripción.
Pueden existir otros métodos/dispositivos para remover el óxido/hidróxido y proporcionar una superficie de aluminio sustancialmente solo para las reacciones que producen hidrógeno descritas en la presente descripción, y la presente descripción no está limitada a cualquiera de tal método/dispositivo. Por ejemplo, en adición o como un sustituto al pulido mecánico, los tratamientos de la superficie de aluminio también pueden ser térmicos, ópticos o químicos .
En algunas modalidades ejemplares, las virutas de aluminio se pueden hacer reaccionar con una solución acuosa de hidróxido de sodio (NaOH) , las cuales pueden acelerar las reacciones químicas descritas en la reacción de la presente descripción por un factor de 10 o más. Este proceso puede ser una reacción química directa en la cual el hidróxido de sodio se somete a un cambio químico, es decir, el hidróxido de sodio es transformado y consumido en el proceso.
La combinación del aluminio e hidróxido de sodio puede ser mezclada con las reacciones catalíticas descritas en la presente descripción, es decir, Ecuaciones (1) y (2). Por ejemplo, en algunas modalidades ejemplares, el hidrógeno puede ser generado de conformidad con la siguiente reacción química : 2A1 + 2[NaOH] + 6[H20] + C => C + 2[NaAl(OH)4] + 3H2 Ecuación (4) donde el Al es aluminio, H es hidrógeno, O es oxígeno, NaAl (OH) 4 es tetrahidroxialuminato de sodio, y C es carbono electro-activado (o carbono catalítico) . En esta reacción ejemplar, agua, aluminio e hidróxido de sodio pueden ser combustibles que pueden ser consumidos, y el carbono catalítico C puede ser un catalizador.
En algunas de estas modalidades ejemplares, la reacción puede comenzar lentamente lo cual puede ser debido a la capa de óxido de aluminio en la superficie del aluminio. En estas modalidades ejemplares, una vez que la capa de óxido de aluminio es perforada durante la reacción, la reacción puede entonces acelerarse. En algunas modalidades ejemplares, la reacción se acelera después de 1 hasta 3 minutos, a temperaturas que varian desde temperatura ambiente estándar hasta 82.2°C (180°F). La velocidad de la reacción puede depender de varios factores, tales como temperatura, y la cantidad de aluminio, agua y/o tetrahidroxialuminato de sodio. Otras soluciones y/o elementos pueden ser usados para acelerar la reacción catalítica, tal como sal (NaCl) y/u otros electrolitos.
De conformidad con las modalidades ejemplares de la presente descripción, el agua puede ser usada de varias fuentes diferentes. El uso de agua pura no puede ser requerido. Por lo tanto, puede no ser necesario usar agua destilada o agua desionizada para la producción de hidrógeno, lo cual puede ser más costoso que, por ejemplo, agua de grifo o agua de mar. En modalidades ejemplares de la presente descripción, varias fuentes de agua fueron usadas en las reacciones químicas ejemplares, incluyendo agua de grifo, agua sucia, agua alta en calcio, agua salada, agua de mar, agua alcalina, y agua acídica. En estos experimentos, se encontró que todas estas varias muestras de agua funcionaron bien en las reacciones químicas de las modalidades ejemplares de la presente descripción para la producción de hidrógeno. En algunas modalidades ejemplares de la presente descripción, se encontró que algunas formas de agua, que incluyen agua salada y agua alcalina, pueden proporcionar una velocidad ligeramente superior de producción de hidrógeno que formas más puras de agua, tales como agua desionizada o agua destilada. Esto puede ser debido a que el agua salada y agua alcalina pueden tener aditivos que pueden tender a ionizar el agua, lo cual puede hacerlo más químicamente activo y/o más móvil en una solución acuosa. Esto puede ser debido a campos electrostáticos, creados por los óxidos polares, formar fuerzas que mueven los químicos en el líquido.
El uso de agua de varias fuentes puede proporcionar, por ejemplo, más diseño de latitud y libertad a un usuario en la selección de materiales de construcción para una celda de hidrógeno, agua e ingredientes de agua para minimizar la corrosión de los materiales usados en la construcción de una celda de hidrógeno y partes asociadas de conformidad con las modalidades ejemplares de la presente descripción. Tal uso de agua de varias fuentes puede proporcionar significante reducción de costos mediante, por ejemplo, haciendo posible usar un intervalo más amplio de materiales .
El uso de agua salada y/o agua de mar para la producción de hidrógeno de conformidad con las modalidades ejemplares de la presente descripción puede hacerse adecuado para las aplicaciones marinas, así como también proporcionar una fuente de energía para áreas costeras. Las modalidades ejemplares de la presente descripción pueden proporcionar producción de hidrógeno en todas las partes del mundo y cerca de cualquier costa, incluyendo islas remotas. Por consiguiente, muchas naciones de islas pueden usar las modalidades ejemplares de la presente descripción para, por ejemplo, disminuir los costos del combustible y reducir o eliminar la necesidad de importar buques petroleros de combustibles fósiles.
Las modalidades ejemplares de la presente descripción pueden producir subproductos que son completamente recuperables usando métodos comerciales para producir metal de aluminio. Los subproductos a partir de los métodos y sistemas de producción de hidrógeno de conformidad con las modalidades ejemplares de la presente descripción pueden ser deseables debido a que son puros, y pueden no contener contaminantes incluyendo bauxita, gibsita, boehmita, goetita, hematita, caolinita y Ti02. El gran volumen de subproductos de las modalidades ejemplares de la presente descripción puede ser Al (OH) 3 y AI2O3, el cual puede ser reciclado para producir más metal de aluminio. El reciclaje de hidróxido de aluminio y óxido de aluminio hace a las modalidades ejemplares de la presente descripción económicamente viables para producción de hidrógeno a gran volumen.
El refinamiento de aluminio de mineral de bauxita que lleva aluminio puede usar la química del proceso Bayer la cual puede formar un hidrato el cual puede ser esencialmente el mismo como el producto de reacción en las reacciones de aluminio-agua descritas anteriormente de conformidad con las modalidades ejemplares de la presente descripción. El hidrato puede ser calcinado para remover el agua para formar alúmina. La alúmina puede entonces ser electrolíticamente reducida en aluminio metálico a aproximadamente 900 °C usando el proceso Hall-Heroult, produciendo metal de aluminio con 99.7% de pureza .
La Figura 2 ilustra un sistema para la producción de hidrógeno de conformidad con modalidades ejemplares de la presente descripción. Una celda de hidrógeno 200 puede ser proporcionada donde una subunidad de calentamiento 202 puede ser proporcionada que tiene un elemento de calentamiento 208 dentro. El elemento de calentamiento 208 puede ser de varios tipos, tales como un calentador eléctrico, una bujía incandescente, una bobina intercambiadora de calor con agua caliente que corre a través de esta, pero no está limitado a tal. Un suministro de energía, tal como, por ejemplo, un alambre 204, puede ser proporcionado para energizar la subunidad de calentamiento 202 y/o elemento de calentamiento 208. Si se usa agua caliente para proporcionar calor al elemento de calentamiento 208, 204 puede representar la entrada/salida del agua caliente. En otras modalidades, el elemento de calentamiento puede correr independientemente de la batería y/o puede estar dentro de la celda de hidrógeno 200. Dentro de la celda de hidrógeno 200, el aluminio y agua pueden ser proporcionados como, por ejemplo, combustibles, y el carbono catalítico puede ser proporcionado como, por ejemplo, un catalizador. El carbono catalítico, agua y aluminio pueden estar en contacto entre sí en una mezcla en la celda de hidrógeno 200 como sea necesario para, por ejemplo, calentar la mezcla del carbono catalítico, agua y aluminio .
En una modalidad ejemplar de la presente descripción, una parte de carbono catalítico puede ser proporcionada con una parte de aluminio, la cual puede estar en la forma de polvo de aluminio, fragmentos o gránulos, con aproximadamente tres partes de agua, en la celda de hidrógeno 200. Varias relaciones del carbono catalítico, aluminio y agua pueden ser usadas, y la presente descripción no está limitada a cualquier relación particular. En algunas modalidades ejemplares, 1-3 cucharaditas de 30-micras de polvo de aluminio pueden ser usadas como el combustible.
La mezcla del carbono catalítico, agua y aluminio puede entonces ser calentada usando el elemento de calentamiento 208 a una temperatura de aproximadamente 60° (140°F) hasta aproximadamente 87.78°C (190°F). La presente descripción no está limitada a cualesquiera intervalos de temperatura, y varias temperaturas pueden ser usadas de conformidad con diferentes modalidades de la presente descripción. En algunas modalidades ejemplares, la mezcla puede ser calentada a aproximadamente 82.2°C (180°F), lo cual puede prevenir la pérdida excesiva de agua debido a evaporización o ebullición. La evaporación del agua (y pérdida de calor, o enfriamiento) puede ser controlada y limitada operando la celda de hidrógeno en un intervalo de temperatura de aproximadamente 71.1°C (160°F) hasta aproximadamente 82.2°C (180°F) que está por debajo de la temperatura de ebullición del agua (es decir, 100°C (212°F) al nivel del mar) . A partir de las ecuaciones descritas anteriormente, las reacciones producen hidrógeno e hidróxido de aluminio, y el hidrógeno puede ser recolectado en la salida de hidrógeno 206. El hidróxido de aluminio puede ser recolectado dentro de la celda' de hidrógeno 200 o fuera de la celda de hidrógeno 200, usando estructuras y elementos apropiados .
La Figura 3 ilustra un sistema para la producción de hidrógeno de conformidad con modalidades ejemplares de la presente descripción. El sistema de la modalidad ejemplar de la Figura 3 es similar al sistema en la modalidad ejemplar de la Figura 2, el cual puede tener una celda de hidrógeno 300, un alambre 304 proporcionando energía eléctrica a un elemento de calentamiento 308 dentro de una subunidad de calentamiento 302, donde el carbono catalítico se usa como un catalizador y el aluminio y agua se usan como combustibles. El elemento de calentamiento 308 calienta la mezcla de carbono catalítico, aluminio y agua para producir hidrógeno e hidróxido de aluminio y el hidrógeno puede ser recolectado en la salida de hidrógeno 306. En adición, la modalidad ejemplar de la Figura 3 puede tener una subunidad de enfriamiento 310. Por ejemplo, la subunidad de enfriamiento puede tener dentro una bobina de enfriamiento que tiene una entrada de agua fría 312 y una salida de agua 314. La bobina de enfriamiento puede estar en contacto con la mezcla de agua, aluminio y carbono catalítico. El enfriamiento también puede ralentizar el proceso de reacción, de este modo disminuyendo la velocidad y volumen de la generación de hidrógeno. Tal sistema puede ser usado para producir hidrógeno en demanda, donde los instrumentos y herramientas apropiadas pueden ser usados para producir las temperaturas necesarias para incrementar y ralentizar la velocidad y volumen de la generación de hidrógeno .
En un experimento del sistema de la Figura 3 de acurdo con las modalidades ejemplares de la presente descripción, la celda de hidrógeno 300 se rellenó con aproximadamente medio litro de agua de grifo, junto con aproximadamente 4 mi de polvo de aluminio (que tiene tamaño de partícula de 3 micrones) y aproximadamente 4 mi de carbono electro-activado. La subunidad de calentamiento 302 calentó la mezcla de agua, polvo de aluminio y carbono electro- activado a aproximadamente -16.6 a -16.1°C (2-3°F) por minuto. La celda de hidrógeno 300 se calentó a aproximadamente 30 minutos, y la subunidad de calentamiento entonces se desactivo. La temperatura de la celda de hidrógeno 300 a este tiempo fue aproximadamente 87.7°C (190°F) . Como se muestra en la gráfica de abajo, la proporción R de producción de hidrógeno al tiempo t = 20 minutos fue aproximadamente 300 ml/min, y luego después alcanzó su máximo a aproximadamente 490 ml/min.
Minutos m ^ Cuando el hidrógeno que produce medio litro de reacción, la naturaleza exotérmica de la reacción mantiene la temperatura a aproximadamente 87.7°C (190°F) hasta que el combustible (es decir, polvo de aluminio) fue en su mayoría consumido a aproximadamente t=50 minutos en el experimento. El volumen total de hidrógeno producido en el experimento fue aproximadamente 4 litros. En aproximadamente t=25 minutos, se proporcionó agua fría en la subunidad de enfriamiento 310 (es decir, bobina de enfriamiento) a través de la entrada de agua fría 312, y la proporción de enfriamiento se midió para ser aproximadamente -16.6°C a -16.1°C (2-3°F) por minuto.
En un segundo experimento, usando el mismo carbono electro-activado del experimento previo, se proporcionó aproximadamente 12 mi de polvo de aluminio en la celda de hidrógeno 300. La proporción de producción de hidrógeno máxima se midió para ser aproximadamente 2.5 litros por minuto a aproximadamente t=12 minutos. Después de aproximadamente 25 minutos, el volumen total de gas hidrógeno producido fue aproximadamente 20 litros. Después de los experimentos, no fue visible la corrosión en la subunidad de calentamiento 32, subunidad de enfriamiento 310 o celda de hidrógeno 300.
El sistema ejemplar de la Figura 3 puede proporcionar hidrógeno "a demanda". El calentamiento en la celda de hidrógeno 300 puede incrementar la temperatura e incrementar la producción de hidrógeno. Los factores (es decir, parámetros de control) que se pueden considerar cuando el hidrógeno generado e incrementando la producción de hidrógeno puede ser la cantidad de agua, cantidad de carbono electro-activado, cantidad y tipo de aluminio, la manera y proporción de óxido/hidróxido eliminado de la superficie de aluminio, y la temperatura.
El enfriamiento de la celda de hidrógeno (por ejemplo, proporcionando agua fría en la celda de hidrógeno) puede reducir la temperatura, con ello reducir la producción de hidrógeno. Cuando se proporciona hidrógeno a demanda, se pueden considerar varios factores (es decir, parámetros de control) para disminuir la proporción de producción de hidrógeno. Por ejemplo, si la cantidad de agua es reducida, esto es eliminando el agua de agua de la celda de hidrógeno, esto puede detener la producción de hidrógeno. Reduciendo la cantidad de carbono activado electro-derivado puede también reducir la cantidad de producción de hidrógeno, a pesar que pueda ser difícil eliminar completamente todo el carbono electro-activado, ya que restos de cantidades pueden aún estar en la celda de hidrógeno. Reduciendo la temperatura en la celda de hidrógeno puede también reducir la producción de hidrógeno. Por ejemplo, reduciendo la temperatura de la celda de hidrógeno por aproximadamente -7.7°C a -6.6°C (18 a 20°F) puede nuevamente reducir la producción de hidrógeno en la celda de hidrógeno por un factor de aproximadamente 2, y sucesivamente. Esto se puede realizar usando una subunidad de enfriamiento 3410, u otros dispositivos/métodos para reducir la temperatura de la celda de hidrógeno 300.
El aluminio puede ser un combustible más eficiente en la reacción química con agua y carbono electro-activado cuando se pule (es decir, usando pulido mecánico para remover óxido de aluminio y/o películas de hidróxido de aluminio para cubrir las superficies) . Si se usa una acción mecánica de pulido o agitado o cualquier otro método para remover el óxido de aluminio y/o hidróxido de aluminio en la superficie del aluminio, entonces deteniendo este proceso o reduciendo este proceso en la celda de hidrógeno puede provocar óxido de aluminio para formar en la superficie de aluminio, lo cual puede reducir la producción de hidrógeno. También eliminando el aluminio de la celda de hidrógeno o de la reacción puede también detener la producción de hidrógeno en la celda de hidrógeno. Estos parámetros de control pueden cada uno ser usados solos o en combinación con algún otro para disminuir o detener la producción de hidrógeno, con ello proporcionar hidrógeno a demanda.
Puede ser posible controlar la proporción de producción de hidrógeno máxima, por ejemplo, en un vehículo, usando el termostato del vehículo que regula la temperatura del agua de motor/radiador (típicamente aproximadamente 90.5°C a 93.3°C (195 a 200°C) para un carro) para lograr una temperatura de la celda de hidrógeno regulada. A esta temperatura, un catalizador puede ser mezclado para lograr una proporción de flujo máximo de hidrógeno deseado. Esto puede hacer que sea innecesario medir y controlar la temperatura de la celda de hidrógeno a menos que la naturaleza exotérmica de la reacción haga necesario realizarlo. Si, debido a la elevada temperatura exotérmica, la temperatura de la celda de hidrógeno excede la temperatura de agua del motor/radiador en un automóvil (típicamente 90.5°C a 93.3°C (195 a 200°F)), el agua en el sistema de radiador del vehículo puede entonces ser para enfriar la celda de hidrógeno, con ello proporcionar la regulación de temperatura. En este concepto de diseño ejemplar, el enfriamiento de una diferente fuente de agua (u otro refrigerante, incluyendo pero no se limita a freón, etilen glicol y/o propilen glicol) también se puede usar para retardar la reacción química cuando el motor se detiene. Otros métodos de cierre de hidrógeno pueden ser necesidad de agua y/o necesidad de aluminio.
Los sistemas descritos en la presente descripción pueden ser combinados con sistemas existentes para producir hidrógeno en algunas modalidades ejemplares de la presente descripción. Por ejemplo, un sistema híbrido puede ser proporcionado para producir hidrógeno que combina los sistemas de la presente descripción con un sistema de electrólisis. Un sistema de electrólisis puede producir calor significante, y este calor puede ser usado para iniciar o mantener las reacciones descritas en la presente descripción. Por ejemplo, el calor de un sistema de electrólisis puede iniciar o mantener la reacción de la Ecuación 1, en donde el agua, aluminio y carbono activado con calor se calientan para producir hidrógeno. El hidrógeno producido de ya sea uno o ambos sistemas que entonces se pueden usar para el propósito particular. Esto puede proporcionar un método y sistema en donde se pueda usar el químico con pH neutral, el cual es diferente de los métodos y sistemas de la técnica anterior usados para generar hidrógeno usando electrólisis.
Puede haber varias ventajas al usar un sistema híbrido. Una cámara única puede proporcionar electro-activación del carbono, así como también proporcionar generación de hidrógeno. Por lo tanto, el carbono puede continuamente ser convertido a carbono electro-activado y entonces producir hidrógeno. Otra ventaja puede ser que se puede producir más hidrógeno por entrada de unidad de energía que si solo se usa electrólisis, y la entrada de energía requerida para electrólisis se puede usar para calentar las reacciones catalíticas descritas en las Ecuaciones 1 y 2 a una temperatura de operación deseada. Además, la química de electrólisis puede ayudar en la oxidación del aluminio en las reacciones catalíticas descritas en las Ecuaciones 1 y 2 para unir grupos químicos OH cuando el agua se divide en grupos H y OH.
En algunas modalidades ejemplares, un sistema híbrido puede usar electrólisis y carbono catalítico en combinación para producir hidrógeno. A menudo, cuando se usa carbono electro-activado con un combustible, tal como aluminio, se puede formar óxido de aluminio e hidróxido de aluminio en la forma de sólidos grandes. Estos sólidos pueden ser grandes, y puede ser difícil eliminarlos durante la operación de la celda, así como también durante el mantenimiento de la celda. Si se usa una electrólisis de corriente baja en la composición líquida que contiene el carbono electro-activado y aluminio, entonces la formación de estos sólidos grandes se puede prevenir, de forma que solamente granos muy pequeños de óxido de aluminio e hidróxido de aluminio se forman. Otras ventajas de proporcionar electrólisis a la celda puede ser que la energía depositada en el líquido puede ser una fuente de calor. El calor se puede usar para la reacción de carbono catalítico para producir hidrógeno a una velocidad mayor, de forma que la proporción de producción de hidrógeno se pueda duplicar con cada incremento en temperatura de aproximadamente -7.7°C a aproximadamente -6.6°C (18 a aproximadamente 20°F) . Se contemplan otras variadas combinaciones de sistemas híbridos por la presente descripción y no se limitan a los anteriores.
En modalidades ejemplares de la presente descripción, se corren experimentos para probar la pureza del hidrógeno producido a base de la reacción química de la Ecuación 1. El carbono electro-activado en este experimento fue electro-activado a 6 Amperio por hora. Se proporciona aproximadamente 400 mi de agua grado HPLC de alta pureza en una cámara de una celda de hidrógeno y se calienta a aproximadamente 76.6°C (170°F) . Entonces se agregan, aproximadamente 12 gramos del carbono electro-activado y aproximadamente 18 gramos de polvo de aluminio en la cámara de la celda de hidrógeno. La reacción se lleva a una proporción de generación de hidrógeno máximo de aproximadamente 200 ml/min. Se determina que a través de instrumentos de medición que el hidrógeno producido por esta reacción fue aproximadamente 93% puro. La producción de hidrógeno comienza con aire en la cámara de la celda de hidrógeno y en los tubos que conducen al instrumento de medición para la prueba de la pureza de hidrógeno. El restante 7% puede ser aire el cual puede contener vapor de agua, y la cantidad del vapor de agua puede depender de la temperatura de la celda de hidrógeno durante la reacción. En esta configuración, usando las reacciones descritas en la Ecuación 1, el hidrógeno automáticamente se separa del carbono catalítico, agua y aluminio, y no existe la necesidad para un separador de fase en el instrumento para la pureza de hidrógeno.
La figura 4 ilustra un sistema para proporcionar hidrógeno como un combustible para un vehículo de acuerdo con modalidades ejemplares de la presente descripción. El sistema puede comprender dos recipientes primarios, un burbujeador 400 y una celda de hidrógeno 406. La celda de hidrógeno 406 puede ser conectado al burbujeador 400 por un tubo 402 a través del cual las burbujas de hidrógeno pueden elevarse de la celda de hidrógeno 406 al burbujeador 400. La celda de hidrógeno 406 puede ser calentada con una bujía 405, o algún otro tipo de elemento/dispositivo de calentamiento. La bujía u otro elemento de calentamiento pueden ser electrónicamente controlado para mantener una temperatura de la celda de hidrógeno, por ejemplo, aproximadamente 82.2°C (180°F), usando un sensor de temperatura Termistor 407 u otro dispositivo que detecta y controla la temperatura. Se pueden colocar agua, aluminio (por ejemplo, polvo de aluminio) y carbono catalítico en la celda de hidrógeno 406.
Se puede mantener un nivel de agua 401 de forma que la celda de hidrógeno 406 pueda ser completa de la mezcla de agua, polvo de aluminio y carbono catalítico y el burbujeador 400 puede ser parcialmente rellenado con la mezcla hasta el nivel de agua 401. Se puede agregar una acción mecánica en la celda de hidrógeno para pulir/agitar/mezclar el aluminio si se desea para remover cualquier óxido de aluminio de la superficie de aluminio para generar más hidrógeno, si se necesita. Una vez calentadas, las burbujas de hidrógeno pueden elevarse al área de la cámara 403 en el burbujeador 400 usando flujo por gravedad, y el gas de hidrógeno se puede proporcionar a un colector de entra da de aire del motor del vehículo a través de la salida 404.
En un experimento usando el sistema ejemplar de la Figura 4, la celda de hidrógeno 406 y burbujeador 400 se unen a un motor de un vehículo de prueba usando soportes para mantener la celda de hidrógeno 406 y burbujeador 400, y la salida 404 se conecta a un colector de entrada de aire del motor del vehículo de prueba. Se implantaron de sensor sin oxigeno y otras modificaciones. Bajo condiciones de conducción normales (es decir, sin hidrógeno) , el vehículo de prueba logra aproximadamente 11.05 km/1 - 11.9 km/1 (26-28 millas/galón) durante la conducción por autopista usando combustible sin plomo regular.
La primera operación experimental (no optimizada) del vehículo de prueba mostró que proporcionando hidrógeno produce un incremento dramático en km/1 (millas/galón) . A t=0 minutos, la celda de hidrógeno 406 se cargó con aproximadamente 2 cucharaditas de polvo de aluminio, aproximadamente 2 cucharaditas de carbono catalítico y agua. El elemento de calentamiento (es decir, bujía) se activó. El calentamiento inicial y flujo de hidrógeno tomó aproximadamente 5 minutos. Se formó hidrógeno en la cámara 403 del burbujeador 400. A t=5 minutos, el vehículo de prueba se encendió con hidrógeno fluyendo de la salida 404 al motor del vehículo. La computadora de inyección de combustible electrónico (EFI) automáticamente inicia la operación en la forma de bucle abierto (es decir, forma de arranque del motor normal, sin señales de retroalimentación de los sensores de oxígeno) a bucle cerrado (es decir, forma normal después de pre-calentar el motor, usando señales de retroalimentación de los sensores de oxígeno) . Durante este periodo de pre-calentamiento, el hidrógeno se hace fluir de la salida del sistema de hidrógeno 404 al colector de entrada de aire de la máquina del vehículo de prueba. El vehículo de prueba se llevó a una velocidad de aproximadamente 88.51 Km/h (55 millas/hora) en una autopista, y la proporción de flujo de hidrógeno se estimó ser aproximadamente 0.3 litros por minuto. Se obtuvo del vehículo aproximadamente 15.773 Km/1 (37 millas/galón) medido por un medidor de exploración ajustado para medir distancia en unidades de Km/1 (millas/galón) .
A t=10 minutos, la proporción de flujo de hidrógeno se notó que disminuyó con el tiempo. El vehículo de prueba consiguió aproximadamente 15.18 Km/h (35.7 millas/galón). La válvula solenoide (proporcionada en la plomería entre la salida 404 al motor del vehículo) se cambión de manera que el hidrógeno se desfogó al aire (no entubado al motor) . Los kilómetros por litro descendieron aproximadamente 6.7% de aproximadamente 15.18 Km/1 a aproximadamente 14.16 Km/1.
El vehículo de prueba demostró un 32% de incremento en Km/1 durante la primera corrida experimental no optimizada. En varias corridas de prueba subsecuentes con algunos refinamientos (es decir, proporciones de flujo de hidrógeno mayores), el vehículo demostró hasta 40% en Km/1.
Métodos convencionales para producir hidrógeno (por ejemplo, electrólisis, termo-formación, etc.) pueden producir hidrógeno a proporciones bajas cuando se mide en unidades de volumen por minuto, o litros por minuto (LPM) por gramo de material por joule de energía requerida, o LPM/gm por joule. Usando este punto de referencia ejemplar para evaluación de proporción de producción conduce a la conclusión que la electrólisis y termo-formación son de bajo desempeño simplemente porque de la gran energía (media en joule) requerida para conducir los procesos.
En modalidades ejemplares de la presente descripción, las proporciones de producción de hidrógeno pueden ser mucho mayores que la de los procesos de electrólisis o termo-reformado. Estas modalidades ejemplares pueden usar calor externo para iniciar la reacción química descrita anteriormente, la cual puede generalmente estar en el intervalo de temperatura de aproximadamente 65.5°C a aproximadamente 87.7°C (150°F a aproximadamente 190°F) , pero no se limita a este intervalo de temperatura. Generalmente, la temperatura de reacción puede ser tan baja como la temperatura ambiente estándar, y aún menor, a pesar que la proporción de generación de hidrógeno puede disminuir por aproximadamente 50% para cada reducción aproximadamente -7.7°C a -6.6°C (18-20°F) en temperatura de operación. La temperatura de reacción puede ser tan alta como la temperatura de ebullición del agua, y aún mayor en un ambiente de vapor en donde son requeridas las proporciones de flujo mayores. Las modalidades ejemplares de la presente descripción no se limitan a un intervalo de temperatura particular.
Una vez iniciadas, ya que las reacciones catalíticas descritas en la presente descripción son fundamentalmente exotérmicas, las reacciones pueden provocar suficiente calor para sostener la reacción si el equilibrio termodinámico de la celda de hidrógeno es diseñado para originarse a la temperatura de operación deseada. Se pueden lograr condiciones de operación de equilibrio termodinámico cuando la cantidad de energía (calor) que deja el sistema es la misma cantidad de energía (calor) que ingresa al sistema (principalmente porque el calor es generado por la reacción exotérmica) . Bajo estas condiciones experimentales, la temperatura del sistema puede permanecer constante, y la energía externamente proporcionada no puede ser requerida para calentamiento o enfriamiento. Bajo diferentes condiciones de operación (equilibrio no térmico) , la única energía externa requerida puede ser para enfriamiento, si se necesita para limitar la proporción de producción de hidrógeno a, por ejemplo, un valor objetivo deseado y/o limitar la temperatura de la celda para prevenir ebullición o perdida excesiva de vapor de agua.
En modalidades ejemplares de la presente descripción, se llevan a cabo varias corridas experimentales en las cuales se obtienen las proporciones de producción máximas de hidrógeno de aproximadamente 400 ml/minuto a aproximadamente 4 litros/minuto en una celda, en donde en cada celda se proporciona agua de grifo con aproximadamente 10 gramos a aproximadamente 40 gramos de aluminio en polvo, y aproximadamente 2 cucharaditas de carbono catalítico que han sido electro-activados por aproximadamente 6 Amperio por hora. Estas celdas experimentales tienen volúmenes de la cámara de reacción que varía de aproximadamente 100 mi a aproximadamente 1 litro. Se demuestran grandes proporciones de producción de hidrógeno en las corridas experimentales (por ejemplo, aproximadamente 400 ml/min a aproximadamente 4 litros /minuto) a temperaturas que varía de aproximadamente 71-1°C a aproximadamente 87.7°C (160°F a aproximadamente 190°F) . Se pueden proporcionar proporciones mayores de acuerdo con las modalidades ejemplares de la presente descripción por, por ejemplo, usando celdas grandes, en las cuales se pueden proporcionar más carbono catalítico, aluminio y agua. Se demuestra que la producción controlada, sostenida de hidrógeno se puede lograr proporcionando agua, aluminio y carbono catalítico a una celda para producción de hidrógeno.
Se contemplan muchas otras aplicaciones para producción de hidrógeno por la presente descripción junto con combustibles proporcionados para transportes terrestres y marinos, así como también para generación de energía (por ejemplo, plantas eléctricas) . Como se muestra en la Fig. 5, se puede proporcionar un sistema de caldera de acuerdo con las modalidades ejemplares de la presente descripción, para proporcionar calor para una estructura de edificio, tal como casa o edificio comercial. Como se muestra en el sistema de caldera ejemplar de la Fig. 5, se puede proporcionar una celda de hidrógeno 508, en la cual el agua, aluminio y carbono catalítico se pueden suministrar para producir gas de hidrógeno. El gas de hidrogeno, sin embargo fluye por gravedad/flotabilidad, procederá en una dirección ascendente 510 a un sistema de caldera 500 (o alternativamente, se puede dirigir al sistema de caldera 500 a través de la cañería/tubería en otro diseño ejemplar).
Las burbujas de hidrógeno 512 podrán proseguir en una dirección ascendente a un nivel de agua 511 en el sistema de caldera 500. Se puede proporcionar una entrada de agua 507 (la cual puede ser a temperatura ambiente o agua caliente) y una salida de agua 509 en el sistema de caldera 500. Se puede inyectar aire en el agua o cerca de la superficie del nivel de agua 511 en donde las burbujas de hidrógeno 512 se aplican por, por ejemplo una manguera, tubería, compresor de aire, regulador de presión de aire y otros dispositivos de este tipo. Se puede proporcionar un encendedor 506 para encender la mezcla de combustible de hidrógeno y aire, para proporcionar una flama 502 dentro del sistema de caldera 500. El calor proporcionado por la flama en el sistema de caldera 500 puede ser proporcionado a un elemento de calentamiento, tal como aletas y otros elementos que irradian calor para usarlos como un calentador, o el agua se puede calentar sin los elementos que irradian calor debido al contacto directo de la flama al agua.
En otra modalidad ejemplar del sistema de la Figura 5, se puede operar un sistema de caldera a una presión mayor que 1 atmósfera, y se puede proporcionar vapor a través de la salida 504 a, por ejemplo, turbinas de conducción para producir electricidad o proporcionar calor. La operación de una caldera de vapor presurizado puede ser fijada con los reguladores de presión y otro equipo diseñado para operación tanto controlada como segura.
Pueden existir muchas ventajas para un sistema de caldera usando hidrógeno como se describe en la Figura 5. Por ejemplo, ya que no se requieren un quemador, no existe corrosión del quemador o se requiere mantenimiento. La flama puede estar en contacto directo con el agua para calentar el agua. No se requiere cámara de combustión (horno), y no hay tubos de gas calientes, acumulación de ceniza (típicamente un problema para los sistemas de quemador/caldera que queman carbón) y no se requiere mantenimiento de los tubos. No se requiere chimenea, y los productos de combustión son solamente agua/vapor. Además, no existen efluentes o emisiones indeseadas y no hay contaminación ambiental.
La escases de combustible fósil puede ser un problema mundial en los próximos años. El transporte y almacenaje de combustible también puede ser un problema de soporte logistico principal, tal como para unidades militares móviles. Las modalidades ejemplares de la presente descripción hace posible reducir la necesidad para transportar y almacenar grandes volúmenes de combustible fósil. La disponibilidad del combustible en las modalidades ejemplares de la presente descripción se puede basar en la disponibilidad de agua y aluminio. El aluminio seco no es explosivo bajo condiciones normales, y puede ser fácilmente transportarlo y almacenarlo. Puede no requerir requerimientos de manipulación especial o resguardo especial porque cuando se expone a climas extremos naturales rápidamente forma un óxido protector el cual puede prevenir la erosión, corrosión u otro daño al aluminio. El agua puede ser fácilmente transportada en varias formas. Se pueden usar agua de grifo, agua de mar, agua salada y/o cualquier otro tipo de agua como un combustible en las modalidades ejemplares de la presente descripción.
Existen solamente unos pocos materiales que pueden producir abundante hidrógeno y estos pueden incluir hidrocarburos y agua. De estos materiales, el agua puede ser una fuente libre de contaminación de hidrógeno. Uno de los problemas que puede ser dirigido antes de un nueva economía de hidrógeno reemplaza la actual economía "aceite/gas/carbón/nuclear", puede ser encontrar un método seguro, ambientalmente benigno y de costo efectivo para generar hidrógeno a una proporción deseada. Las modalidades ejemplares de la presente descripción proporciona métodos y sistemas seguros, de costo efectivo y ambientalmente benigno para generación de hidrógeno.
Carbono, agua, aluminio, óxido de aluminio e hidróxido de aluminio pueden ser algunos de los materiales seguros conocidos (por ejemplo, son comúnmente usados en alimentos, fármacos, cosméticos y otros productos seguros para uso/manipular) . Las modalidades ejemplares de la presente descripción proporcionan estos elementos en métodos y sistemas de trabajo que usan un amplio intervalo de pH, el cual puede incluir valores de pH neutral en el intervalo de 6 a 8. El uso de químico de pH neutral puede eliminar la amenaza de quemaduras por ácido o quemaduras alcalinas a la piel y ojos del humano. El daño por quemadura alcalina a los ojos, debido a una salpicadura accidental, puede ser un peligro a la seguridad cuando se usan electrolitos con electrólisis para producir hidrógeno. La electrólisis puede fundamentalmente requerir el uso de un electrolito fuerte para incrementar la conductividad eléctrica del agua, mientras as que las modalidades ejemplares de la presente descripción puede producir químicamente hidrógeno, sin el uso de electrólisis y sin el requerimiento de aditivos de electrolito. Las modalidades ejemplares de la presente descripción pueden ser seguras y manejables por cuidados sencillos .
Algunos metales diferentes a aluminio pueden espontáneamente producir hidrógeno cuando aquellos metales llegan a estar en contacto con agua. Por ejemplo, metales tales como potasio (K) y sodio (Na) pueden producir hidrógeno cuando llegan a estar en contacto con agua. Sin embargo, el producto hidróxido residual (es decir, KOH en la reacción de sodio) puede ser corrosivo, peligroso a la manipulación y potencialmente contaminante al ambiente. Estos metales se pueden usar como agentes de división de agua a través de una simple reacción, la cual puede suceder espontáneamente una vez que el metal se haya dejado caer en agua, pero estas reacciones pueden ser menos seguras que el aluminio y no pueden ser controladas fácilmente como el aluminio y las reacciones descritas en las modalidades ejemplares de la presente descripción.
Las modalidades ejemplares de los métodos y sistemas descritos en la presente pueden facilitar y/o proporcionar, por ejemplo, combustible para vehículos (camiones, carros, motocicletas, etc.) combustible para transporte marinos (botes, submarinos, barcos de carga, etc.) energía para plantas eléctricas las cuales proporcionar electricidad para edificios, ciudades, etc., y algunas otras aplicaciones en donde el hidrógeno puede ser usado como una fuente de combustible/energía. Para aplicaciones que requieren calentador de agua o vapor, puede ser un aparato de caldera debido a que las reacciones de carbono catalítico descritas en la presente que pueden producir hidrógeno bajo agua. Existen muchos campos de uso y las modalidades contempladas por la presente descripción en la cual se puede usar la producción de hidrógeno, que varía de proporciones de flujo de baja a muy alta, que no requiere tanque de almacenaje para varios propósitos.
Otras consideraciones variadas también se pueden dirigir en las aplicaciones ejemplares descritas de acuerdo a las modalidades ejemplares de la presente descripción. Varias proporciones de generación de hidrógeno, junto con diferentes volúmenes de generación de hidrógeno, se pueden proporcionar dependiendo del campo de aplicación. Diferentes factores tales como la cantidad de agua, cantidad de combustible, tal como aluminio y cantidad de carbono electro-activado pueden ser un factor. Un experto en la técnica puede entender que la experimentación de rutina a base de las modalidades ejemplares de la presente descripción puede proporcionar varias proporciones y volúmenes de generación de hidrógeno. Controlando la temperatura durante estas reacciones puede proporcionar hidrógeno a demanda, y las celdas de hidrógeno pueden ser construidas de forma que regulan la temperatura de la cámara de la celda de hidrógeno durante la reacción para proporcionar hidrógeno a demanda a, por ejemplo un vehículo.
Lo precedente solamente ilustra los principios de la descripción. Varias modificaciones y alteraciones a las modalidades descritas serán aparentes a aquellos expertos en la técnica en revisión de las enseñanzas de la presente. Así será apreciado que aquellos expertos en la técnica podrán ser capaces de asesorar numerosos sistemas, arreglos, manufactura y métodos los cuales, a pesar de no ser explícitamente mostrados o descritos en la presente, incorporan los principios de la descripción y están de esta forma dentro del espíritu y alcance de la descripción.

Claims (26)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes.
1. Un método para producir un catalizador para producción de hidrógeno, caracterizado porque comprende: proporcionar energía eléctrica a un material de carbono para electro-activar el material de carbono; y usar el material de carbono electro-activado para producir hidrógeno.
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de carbono se proporciona en una composición líquida que comprende agua.
3. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la composición líquida además comprende un electrolito.
4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la energía eléctrica se proporciona a aproximadamente 6 amperios-hora.
5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de carbono es uno o más de carbono puro, carbono sólido, carbono triturado, carbono sinterizado, compuestos de carbono, carbón vegetal, carbono comprimido, bloques de carbono, grafito, gránulos de carbono, carbono activado granulado o hulla.
6. Un método para producir hidrógeno, caracterizado porque comprende: combinar el carbono electro-activado con una composición liquida; y generar una reacción química entre la combinación de carbono electro-activado y la composición líquida para producir hidrógeno.
7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque comprende además: combinar el carbono electro-activado y composición líquida con un combustible; y generar una reacción química entre la combinación del carbono electro-activado, composición líquida y combustible para producir hidrógeno.
8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el combustible es uno de aluminio puro, polvo de aluminio, gránulos de aluminio o virutas de aluminio .
9. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque comprende además: controlar la reacción química de la combinación de carbono electro-activado, agua y combustible para producir hidrógeno en demanda .
10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la reacción química es controlada por calentamiento de la combinación para incrementar la producción de hidrógeno, y por enfriamiento de la combinación para disminuir la producción de hidrógeno.
11. El método de conformidad con la reivindicación 0, caracterizado porque la combinación se calienta a un intervalo de temperatura entre aproximadamente 65.56 °C (150°F) hasta aproximadamente 87.78°C (190°F).
12. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la reacción química es controlada agregando cantidades de uno o más del carbono electro-activado, composición líquida y combustible para incrementar la producción de hidrógeno, y remover cantidades de uno o más del carbono electro-activado, composición líquida y combustible para disminuir la producción de hidrógeno.
13. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la composición líquida comprende agua, agua de grifo, agua sucia, agua alta en calcio, agua salada, agua de mar, agua alcalina o agua acídica.
14. (Enmendada) Un sistema para producir un catalizador para producción de hidrógeno, caracterizado porque comprende: una celda de activación que tiene un material de carbono; y un aparato configurado para proporcionar energía eléctrica para electro-activar el material de carbono en la celda de activación, en donde el carbono electro-activado es usado en una reacción química para producir hidrógeno.
15. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el material de carbono se proporciona en una composición líquida que comprende agua en la celda de activación.
16. El sistema de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la composición líquida además comprende un electrolito.
17. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el aparato está configurado para proporcionar energía eléctrica a aproximadamente 6 amperios-hora .
18. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el material de carbono es uno o más de carbono puro, carbono sólido, carbono triturado, carbono sinterizado, compuestos de carbono, carbón vegetal, carbono comprimido, bloques de carbono, grafito, gránulos de carbono, carbono activado granulado o hulla,
19. Un sistema para producir hidrógeno, caracterizado porque comprende: un recipiente que tiene una composición líquida y carbono electro-activado; y un aparato para generar una reacción química entre la composición líquida y carbono electro-activado para producir hidrógeno.
20. El sistema de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque comprende además: un combustible proporcionado en el recipiente con la composición liquida y carbono electro-activado; en donde el aparato genera una reacción química entre la composición líquida, carbono electro-activado y combustible para producir hidrógeno .
21. El sistema de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el combustible es uno de aluminio puro, polvo de aluminio, gránulos de aluminio o virutas de aluminio .
22. El sistema de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque comprende además: uno o más mecanismos para controlar la reacción química entre la composición líquida, carbono electro-activado y combustible para producir hidrógeno en demanda.
23. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque uno o más mecanismos calientan la combinación de la composición líquida, carbono electro-activado y combustible para incrementar la producción de hidrógeno, y enfriar la combinación de la composición líquida, carbono electro-activado y combustible para disminuir la producción de hidrógeno.
24. El sistema de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque uno o más mecanismos calientan la combinación de carbono electro-activado, agua y combustible a un intervalo de temperatura entre aproximadamente 65.56 °C (150°F) hasta aproximadamente 87.78°C (190°F).
25. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque la reacción química es controlada agregando cantidades de uno o más del carbono electro-activado, composición líquida y combustible para incrementar la producción de hidrógeno, y remover cantidades de uno o más del carbono electro-activado, composición líquida y combustible para disminuir la producción de hidrógeno.
26. El sistema de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque la composición líquida comprende agua, agua de grifo, agua sucia, agua alta en calcio, agua salada, agua de mar, agua alcalina o agua acídica.
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