APARATO Y METODO PARA LA PRODUCCION DE HIDROGENO CAMPO TECNICO La presente invención se dirige a un método y aparato para la. producción de gas de hidrógeno a partir del agua. ANTECEDENTES El gas de hidrógeno es un producto valioso con muchos usos actuales y potenciales. El gas de hidrógeno se puede producir mediante una reacción química entre el agua y un metal o un compuesto metálico. Los metales muy reactivos reaccionan con ácidos minerales para producir una sal más gas de hidrógeno. Las ecuaciones 1 a la 5 son ejemplos de este proceso, donde HX representa cualquier ácido mineral. HX puede representar, por ejemplo HC1, HBr, HI, ¾S04, HN03, pero incluye todos los ácidos. 2Li + 2HX ?· H2 + 2LÍX (1) 2K + 2HX ? ¾ + 2KX- (2) 2Na + 2HX ? H2 + 2NaX (3) Ca + 2HX ? H2 + CaX2 (4) Mg + 2HX ? H2 + MgX2 (5) Cada una de estas reacciones toman lugar en una proporción extremadamente alta debido a la actividad muy alta del litio, potasio, sodio, calcio y magnesio, los cuales se listan en orden de sus proporciones de reacción respectivas, con la reacción del litio la más rápida y la reacción de magnesio la más lenta de este grupo de metales. De hecho, estas reacciones toman lugar en tal proporción acelerada que ellas no han sido consideradas para proporcionar un método útil para la síntesis de gas de hidrógeno en la técnica previa . Los metales de reactividad intermedia se someten a la misma reacción pero en una proporción de reacción mucho más controlable. Las ecuaciones 6 y 7 son ejemplos, otra vez donde HX representa todos los ácidos minerales. n + 2HX ? H2 + ZnX2 (6) 2A1 + 6HX ? 3H2 + 2A1X3 (7) Las reacciones de este tipo proporcionan un mejor método para la producción de gas de hidrógeno debido a su proporción de reacción relativamente más baja y por lo tanto más controlable. Los metales similares a estos, sin embargo, no han sido utilizados en la producción de la técnica previa de hidrógeno diatómico debido al costo de estos metales. El hierro reacciona con los ácidos minerales mediante cualquiera de las siguientes ecuaciones: Fe + 2HX ~ ¾ + FeX2 (8) o 2Fe + 6HX -» 3H2 + 2FeX3 (9) Debido a la actividad más bien baja del hierro, estas dos reacciones ocurren en una proporción de reacción más bien baja. Las proporciones de reacción son tan lentas que estas reacciones no han sido consideradas para proporcionar un método útil para la producción de hidrógeno diatómico en la técnica previa. Asi, mientras que el hierro proporciona la disponibilidad y necesidad de bajo precio para la producción de hidrógeno elemental, éste no reacciona en una proporción suficientemente mayor para hacerlo útil para la producción de hidrógeno . Metales tales como plata, oro y platino no se encuentran que se sometan a la reacción con ácidos minerales bajo condiciones normales en la técnica previa. Ag + HX ? Sin Reacción (10) Au + HX ? Sin Reacción (11) Pt + HX ?¦ Sin r.eacción (12) Por consiguiente, existe una necesidad por un método y aparato para la producción eficiente de gas de hidrógeno utilizando metales relativamente no costosos. BREVE DESCRIPCION Descrito en la presente está un aparato para la producción de hidrógeno que comprende una solución con un pH menor que 7, por lo menos un metal coloidal suspendido en la solución, y un metal iónico. Otra modalidad de la invención descrita en la presente proporciona un aparato para la producción de hidrógeno, que comprende una solución con un pH menor que 7, por lo menos un metal coloidal suspendido en la solución y un metal no coloidal. BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama de un reactor para la ¦ producción de hidrógeno . La Figura 2 es un diagrama de un arreglo de experimento de laboratorio. DESCRIPCION DETALLADA La FIGURA 1 muestra un aparato que se puede utilizar para la producción de hidrógeno. Un recipiente de reacción 100 contiene una solución 102 que comprende agua y un ácido, la solución que tienen un pH menor que 7 y de preferencia menor que 5. El ácido es de preferencia ácido sulfúrico o ácido clorhídrico, aunque se pueden utilizar otros ácidos. El recipiente de reacción 100 es inerte a la solución 102. La solución 102 contiene un primer metal coloidal (no mostrado) suspendido en la solución. El primer metal coloidal es de preferencia un metal con actividad baja tal como plata, oro, platino, estaño, plomo, cobre, zinc o cadmio, aunque se pueden utilizar otros metales. El recipiente de reacción 102 también de preferencia contiene un metal no coloidal 104, por lo menos parcialmente sumergido en la solución 102. El metal no coloidal puede estar en cualquier forma pero está de preferencia en la forma de un sólido con un área de superficie relativamente grande tal como en forma de pelotilla. El metal no coloidal 104 es de preferencia un metal con una actividad de intervalo medio tal como hierro, zinc, níquel o estaño. El metal no coloidal 104 de preferencia tiene una actividad más alta que el primer metal coloidal. El metal no coloidal 104 es mucho más de preferencia hierro, debido a su reactividad media y bajo costo. De preferencia, la solución 102 también contiene un segundo metal coloidal (no mostrado) . El segundo metal coloidal de preferencia tiene una actividad más alta que el metal no coloidal 104, tal como aluminio, magnesio, berilio y litio. Alternativamente a lo anterior, la solución 102 puede contener una sal de metal u óxido de metal, antes que un ácido y el metal no coloidal 104, además de uno o más metales coloidales. De preferencia, la solución 102 contiene un metal sólido y tanto un ácido como una sal de metal u óxido de metal del mismo metal como el metal sólido 104. Se cree que si la solución 102 inicialmente contenga un metal sólido-ácido fuerte, tal como HC1 o H2SO4, el ácido reacciona con el metal sólido, creando iones de metal y liberando gas de hidrógeno, hasta que el ácido o el metal sólido se consuma sustancialmente . También se cree que una solución que contiene inicialmente una sal de metal conj ntamente con un catalizador coloidal apropiado llegará a ser acídico, aun si el pH inicial es mayor que 7. El recipiente de reacción 100 tiene una salida 106 que permite escapar al gas de hidrógeno (no mostrado) . El recipiente de reacción también puede tener una entrada 108 para adicionar agua u otros constituyentes para mantener las concentraciones apropiadas . Debido a que las reacciones esperadas que ocurren en el recipiente de reacción se creen que son colectivamente endotérmicas, una fuente de energía 112 también de preferencia se proporciona para incrementar la proporción de reacción, aunque la reacción se puede generar potencialmente mediante calor ambiental. Mientras la fuente de energía mostrada en la Fig. 1 es un calentador (placa caliente), otras formar de energía se pueden utilizar incluyendo energía eléctrica y luz. Pueden haber otros efectos de luz u otra radiación electromagnética, además del efecto de energía, el cual todavía no se' entiende completamente. La mayoría de los metales se puede producir en un estado coloidal en una solución acuosa. Un coloide es un material compuesto de muchas partículas pequeñas de una sustancia que se dispersa (suspende) , pero no se disuelve en solución. Así las partículas coloidales no se asientan fuera de la solución aunque existan en el estado sólido. Un coloide de cualquier metal particular es luego una partícula muy pequeña de aquel metal suspendido en una solución. Estas partículas suspendidas de metal pueden existir en la forma sólida (metálica) o en la forma iónica o como una mezcla de los dos. El tamaño muy pequeño de las partículas de estos metales da por resultado una área de superficie efectiva muy grande para el metal. Esta área ' de superficie efectiva muy grande para el metal puede causar las reacciones de superficie del metal a incrementarse dramáticamente cuando entra en contacto con otros átomos o moléculas. Los metales coloidales utilizados en los experimentos descritos enseguida fueron obtenidos utilizando una máquina de plata coloidal vendida por CS Prosystems de San Antonio, Texas. El sitio web de CS Prosystems es www. csprosystems . com. Basado en materiales del fabricante, las partículas de un metal en las soluciones coloidales utilizadas en los experimentos descritos enseguida se creen para variar en tamaño entre 0.001 y 0.01 mieras. En tal solución de metales coloidales, las concentraciones de los metales se creen para estar entre aproximadamente 5 a 20 partes por millón. Alternativo a la utilización de un catalizador en la forma coloidal, puede ser posible el uso de un catalizador en otra forma que ofrece una área de superficie alta a la relación de volumen, tal como sólido poroso o nanocompuestos coloide-polímero. En general, cualquiera de los catalizadores puede estar en cualquier forma con una área de superficie efectiva de por lo menos 298, 000, 000 m2 por metro cúbico de metal de catalizador, aunque las relaciones de área de superficie más pequeñas también pueden servir.
Así ' cuando cualquier metal, a pesar de su reactividad normal, se utiliza en esta forma coloidal, la reacción del metal con los ácidos minerales puede ocurrir en una proporción acelerada. Las ecuaciones 13-15 son así ecuaciones generales que se creen a ocurrir para cualquiera de los metales a pesar de su reactividad normal, donde M represente cualquier metal. M, por ejemplo, puede representar pero no se limita a la plata, cobre, estaño, zinc, plomo y cadmio. De hecho, se ha encontrado que las reacciones mostradas en las ecuaciones 13-15 ocurren en una proporción de reacción significante a un en soluciones de 1% de ácido acuoso . 2M + 2HX ? 2MX + ¾ (13) M + 2HX ? MX2 + H2 (14) 2M + 6HX ? 2MX3 +3¾ (15) Aun cuando las ecuaciones 13-15 representan procesos grandemente endotérmicos para una mayoría de muchos metales, particularmente aquellos de reactividad baja tradicional (por ejemplo pero no se limitan a la plata, oro, estaño, plomo y zinc) , la proporción de las reacciones representadas en las ecuaciones 13-15 es de hecho muy grande debido a los efectos de superficie causados por el uso del metal coloidal. Mientras que las reacciones implicadas con las ecuaciones 13-15 ocurren en una proporción de reacción altamente acelerada, estas reacciones no dan por resultado una producción útil del hidrógeno elemental puesto que el metal coloidal mediante la definición está presente en concentraciones muy, muy bajas. Una preparación útil de hidrógeno resulta sin embargo por la inclusión de un metal más reactivo que el metal coloidal tal como pero no se limita a hierro metálico. Asi cualquier metal coloidal en su forma iónica seria esperado para reaccionar con hierro metálico como se indica en las ecuaciones 16-18, donde aquellos metales abajo del hierro en las series electromotrices o actividad de metales (cadmio y abajo) reaccionarían mejor. Fe + 2M+ -» 2M + Fe+2 (16) Fe + M+2 —> M + Fe+2 (17) 3Fe + 2M+3 ? 2M + 3Fe+2 (18) Se cree que las reacciones ilustradas por las ecuaciones 16-18 de hecho ocurren muy fácilmente debido al área de superficie efectiva grande del ión coloidal, M+n, y también debido a la reactividad más grande del hierro comparada a cualquier metal de la reactividad más baja lo cual sería de uso preferible. De hecho, para metales normalmente más bajos en reactividad que el hierro, las ecuaciones 16-18 darían por resultado reacciones altamente exotérmicas. El metal resultante, M, estaría presente en cantidades coloidales y así, se cree, se somete a una reacción fácil con cualquier ácido mineral que incluye, pero no se limita a, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido bromhídrico, ácido nítrico, ácido yodhídrico, ácido perclórico y ácido dórico. Sin embargo, el ácido mineral es de preferencia ácido sulfúrico, H2SO4, o ácido clorhídrico, HC1. Las ecuaciones 19-21 describen está reacción donde la fórmula HX (o H+ + X~ en su forma iónica) es una representación general para cualquier ácido mineral. 2M + 2H+ + 2X~ ? 2M+1 + ¾ + 2X~ (19) M + 2H+ + 2X~ ? M+2 + H2 + 2X~ (20) 2M + 6H+ + .6X~ ? 2M+3 + 3H2 + 6X~ (21) Mientras que las ecuaciones 19-21 representan reacciones endotérmicas, se cree que la capacidad exotérmica de las reacciones en las ecuaciones 16-18 se compensan para esto, haciendo la combinación de las dos reacciones obtenibles térmicamente utilizando la energía térmica suministrada mediante condiciones ambientales. Por supuesto el suministro de energía adicional aceleraría el proceso. Por consiguiente, se cree que el hidrógeno elemental se produce eficientemente y fácilmente mediante la combinación de las reacciones mostradas en las ecuaciones 22 Y 23. 2Fe + 4 + ? + 2Fe+2 (22) 4M + 4H+ + 4X~ ? + 4M+1 + 2¾ + 4X~ (23) Así el hierro reacciona con el ion de metal coloidal en la ecuación 22 para producir un metal coloidal y hierro iónico. El metal coloidal luego reaccionará con un ácido mineral en la ecuación 23 para producir el hidrógeno elemental y regenerar el ión de metal coloidal. El ión de metal coloidal luego reaccionará otra vez mediante la ecuación 22, seguido otra vez por la ecuación 23, y asi sucesivamente en un proceso de reacción en cadena para proporcionar una fuente eficiente de hidrógeno elemental. En principio, cualquier ión de metal coloidal, se debe someter a este proceso exitosamente. Se encuentra que las reacciones trabajan más eficientemente cuando el ión de metal coloidal es más bajo en reactividad que el hierro (u otro metal sólido utilizado) en la tabla de la serie electromotriz. La combinación de ecuaciones 22-23, da por resultado la ecuación neta 24. la ecuación 24 tiene como su resultado la producción de hidrógeno elemental a partir de la reacción de hierro y un ácido mineral . 2Fe + 4M+ ? 4M + 2Fe+2 (22) 4M + 4H+ + 4X~ - 4M+1 + 2H2 + 4X~ (23) 2Fe + 4H+ ? 2Fe+2 + 2H2 ' (24) La ecuación 24 resume un proceso que proporciona una producción muy eficiente del hidrógeno elemental donde el hierro elemental y el ácido se consumen. Se cree, sin embargo, que tanto el hierro elemental como el ácido se regeneran como un resultado de un proceso electroquímico voltaico o proceso técnico que sigue. Se cree que un metal coloidal Mr (el cual puede ser el mismo utilizado en la ecuación 22 o uno diferente) , se puede someter a una reacción de oxidación-reducción voltaica indicada por las ecuaciones 25 y 26. Cátodo (reducción) 4Mr+ + 4 e" - + 4Mr (25) Anodo (oxidación) 2 H20 ? 4 H+ + 02 + 4e~ (26) El metal coloidal Mr puede en principio ser cualquier metal pero la reacción 25 mejora más eficientemente cuando el metal tiene un potencial de reducción más alto (más positivo) . Asi, la reducción del ion de metal coloidal, como se indica en la ecuación 25, ocurre mucho más eficientemente cuando el metal coloidal es más bajo que el hierro en la serie electromotriz de los metales. Consecuentemente, cualquier metal coloidal será exitoso, pero la reacción 25 trabaja mejor con plata o plomo coloidal, debido al potencial de reducción alto de estos metales. Cuando el plomo, por ejemplo, se emplea como ión de metal coloidal en las ecuaciones 25 y 26, el par de las reacciones se encuentra para ocurrir muy fácilmente. La reacción voltaica produce un voltaje positivo conforme la oxidación y ocurren reacciones de reducción indicadas. Este voltaje positivo .se puede suministrar la energía requerida para otros procesos químicos. De hecho el voltaje producido aun se puede utilizar para suministrar un sobre potencial para reacciones que emplean las ecuaciones 25 y 26 que ocurren en otro recipiente de reacción. Así este proceso electroquímico se puede hacer para ocurrir más fácilmente sin el suministro de una fuente externa de energía. El metal coloidal resultante Mr, luego puede reaccionar con hierro iónico oxidado (u otro metal sólido, de preferencia con una actividad más baja que el metal coloidal) (ecuación 27) el cual puede dar por resultado la regeneración de hierro metálico (u otro metal) , y la regeneración del metal coloidal en su forma oxidada. 2Fe+2 + 4Mr ? 4Mr+ + 2Fe (27) La reacción descrita mediante la ecuación 27 podría de hecho ocurrir utilizando como material de inicio cualquier metal coloidal, pero ocurrirá mucho más efectivamente cuando el metal coloidal, Mr, se manifiesta sobre el hierro en la serie electromotriz. La combinación de las ecuaciones 25-27 da por resultado la ecuación 28 la cual representa la generación de hierro elemental, la regeneración del ácido, y la formación del oxígeno elemental. 4Mr+ + 4 e" -> 4Mr (25) + 2 ¾0 - 4 H+ + 02 + 4e" (26) + 2Fe+2 + 4Mr ? 4Mr+ + 2Fe (27) 2Fe+2 + 2H20 ? 4H+ + 2Fe + 02 (28) La combinación de las ecuaciones 24 y 28 dan por resultado un proceso neto indicado en la ecuación 29. Como se discute anteriormente, la reacción representada en la ecuación 25 procede mucho más eficientemente cuando el metal coloidal se encuentra abajo de hierro en la serie electromotriz. Sin embargo, la reacción representada por la ecuación 27 no es muy favorable cuando el metal coloidal se encuentra arriba del hierro en la serie electromotriz. Por consiguiente, se ha observado que el uso actual de dos metales coloidales, uno arriba de hierro y una abajo de hierro en la serie electromotriz, por ejemplo, pero no limitado a, plomo coloidal, aluminio coloidal, produce resultados óptimos en términos de eficiencia del proceso neto. Puesto que la ecuación 29 simplemente representa la descomposición de agua en hidrógeno elemental y oxigeno elemental, el proceso completo para la producción del hidrógeno elemental ahora tiene solamente agua como una sustancia expandible, y la fuente de energía solamente necesaria se suministra mediante condiciones térmicas ambientales . 2Fe + 4H+ ? 2Fe+2 + 2H2 (24) + 2Fe+2 + 2H20 -> 4H+ + 2Fe + 02 (28) 2H20 -> 2H2 + 02 (29) El resultado neto de este proceso es exactamente aquel que resultarla de la electrólisis de agua. Aquí, sin embargo, ninguna energía eléctrica necesita ser suministrada. Aunque la energía adicional es útil, la reacción procede cuando trae energía sola suministrada es energía térmica ambiental. Los catalizadores de ión metálico coloidal, así como el hierro metálico (u otro metal) y el ácido se regeneran en el proceso, dejando únicamente agua como un material consumible. Resultados Experimentales: Experimento #1 : Una solución inicial que comprende 10 mL de 93% de concentración de H2S04 y 30 mL de 35% de concentración de HC1 se hizo reaccionar con pelotillas de hierro (hierro reducido) y aproximadamente 50 mi de magnesio coloidal y 80 mi de plomo coloidal cada uno en una concentración creída para ser aproximadamente 20 ppm. Un máximo teórico de 8.06 litros de gas de hidrógeno podría ser producido solo en caso del consumo de los ácidos como se indica en la Tabla 1. Tabla 1 Rendimiento de H2 Máximo de la Solución de Partida con Consumo de Acido Acido mL Concentración Gr . Gr . Rendimiento Total Efectivo ¾ Máximo de Acido H2S0 10 93.0% 18.97 17.64 4.03 litros
HCl 30 35.0% 37.52 13.13 4.03 litros Rendimiento de H2 máximo: 8.06 litros
1 mol de H2S04 produce un mol de H2 (22.4 litros) 1 mol de H2S04 = 98 gramos Por lo tanto, el rendimiento máximo de 0.23 litros de ¾ por gramo de H2SO4. 2 moles de HCl produce 1 mol de ¾ (22.4 litros) 2 moles de HCl = 73 gramos Por lo tanto, un rendimiento máximo teórico de 0.31 litros de H2 por gramo de HCl se espera sin la reacción de regeneración. El arreglo del experiménto fue como se ilustra en la Figura 2. La solución de ácido y hierro se colocó en un matraz 202. Una placa caliente 204 se utilizó para proporcionar energía térmica para la reacción y mantener la solución a una temperatura de aproximadamente 71°C. El gas producido mediante la reacción se alimentó a través del tubo 206 a un aparato que mide el volumen 208. El aparato que mide el volumen 208 fue un contenedor invertido 210 se llenó con agua y se colocó en un baño de agua 212. El propósito principal del experimento fue proporcionar evidencia de que más que el máximo teórico de 8.06 litros de hidrógeno se había producido mediante el proceso de circuito cerrado de la invención. La proporción de la reacción inicialmente es muy rápida con la regeneración de hidrógeno a temperatura ambiente. Cuando los ácidos se consumen temporalmente, el proceso de regeneración hace efecto y la proporción de reacción disminuye. El calor se puede adicionar al proceso para acelerar el proceso de regeneración. Por lo menos 15 litros de gas se observó que han sido producidos, y la reacción fue todavía procediendo en una forma continua (aproximadamente 2 burbujas de gas por segundo a 71°C) cuando se interrumpió. Se debe observar que los 15 litros de gas observados no cuentan para pérdidas de gas de hidrógeno probablemente debido a la fuga. Basado ' en observaciones previas y proyecciones teóricas, los primeros 8.06 litros de gas producido probablemente van a ser hechos de hidrógeno esencialmente puro, y más allá del principio teórico de los 8.06 litros, 66.7% en volumen del gas producido sería hidrógeno y el otro 33.3% en volumen seria oxígeno. Se cree que este experimento proporciona amplia evidencia del proceso de regeneración. Un experimento consecutivo se condujo utilizando cloruro de hierro (III) (FeCls) como la única fuente de hierro en un intento para verificar cuantitativamente la reacción inversa. El cloruro de hierro puro (III) se eligió debido a que podría ser mostrado para estar libre de hierro en cualquier otro estado de oxidación. Mientras que experimentos similares se han llevado a cabo exitosamente utilizando óxido de hierro (III) como la fuente de hierro, los resultados se empañaron por el hecho de que otros estados de oxidación del hierro pueden haber estado presentes. Los resultados se describen en el experimento 2, enseguida. Experimento #2 : Un experimento se condujo utilizando 150 mL de cloruro de hierro (III) en una solución acuosa (comúnmente utilizada como una solución de agua fuerte, adquirida de Radio Shack) como los materiales de inicio. 10 mL de ácido sulfúrico (H2SO4) se adicionó a la solución, en la que ocurrió el punto sin reacción. Aproximadamente 50 mi de magnesio coloidal y 80 mi de plomo coloidal cada uno en una concentración se creyeron para ser aproximadamente 20 ppm luego se adicionó, en la que el punto de una reacción química comenzó y el burbujeo de los gases fue evidente a temperatura ambiente. La producción de gas se aceleró cuando la solución se calentó a una temperatura de 65.55°C (150°F) . El gas del producto se capturó en burbujas de jabón y las burbujas luego se incendiaron. El encendido observado del producto gaseoso fue típico para una mezcla de hidrógeno y oxígeno. Puesto que la producción de gas de hidrógeno únicamente podría ser producida con una oxidación concurrente de hierro, es evidente que el hierro (III) tuvo que ser reducido inicialmente antes podría ser oxidado, proporcionando de esta manera fuerte evidencia de la reacción inversa. Este experimento se ha repetido subsecuentemente con ácido clorhídrico (HCl) en lugar del ácido sulfúrico, con resultados similares. Dos experimentos consecutivos adicionales (#3 utilizando metal de aluminio; y #4 utilizando metal de hierro) se condujeron para determinar si más hidrógeno se produce comparado a la cantidad máxima esperada solamente del consumo del metal. Estos resultados se describen enseguida. Resumen del Experimento #3 La solución de partida o inicio incluyó un volumen total de 250 mL, que incluye agua, de aproximadamente 50 mi de magnesio coloidal y 80 mi de plomo coloidal cada uno en una concentración creída a ser aproximadamente 20 ppm, 10 mi del 93% de concentración de H2S04 y 30 mL de 35% de la concentración de HCl como en el experimento #1 anterior. Diez gramos de metal de aluminio se adicionaron a la solución que se calentó y se mantuvo a 90 °C. La reacción transcurrió durante 1.5 horas y produjo 12 litros de gas. El pH se midió abajo de 2.0 en el final de 1.5 horas. La reacción se detuvo después de 1.5 horas al remover el metal no usado y pesándolo. El aluminio no consumido pesó 4.5 gramos, indicando un consumo de 5.5 gramos de aluminio. La cantidad máxima del gas de hidrógeno normalmente esperada el consumo neto de 5.5 gramos de aluminio es 6.8 litros, como se indica en la Tabla enseguida.
*Si el aluminio reaccionado ha sido utilizado exclusivamente para la producción de hidrógeno: 2 moles de Al produce 3 moles de ¾ (67.2 litros) 2 moles de Al = 54 gramos Por lo tanto, un rendimiento máximo teórico de 1.24 litros de ¾ por gramo de Al se espera sin la reacción de regeneración descrita anteriormente. Como en el experimento #1, basado en la cantidad total del ácido suministrado, se espera que los primeros 8.06 litros del gas generado sean hidrógeno puro con el equilibrio que es 50% hidrógeno. Alternativamente, la cantidad teórica basada en la cantidad de aluminio consumido es de 6.84 litros. Después de los 6.84 litros (el producto máximo esperado del aluminio consumido, se espera que el gas sobrante sea 66.7% de hidrógeno. Por lo tanto, los investigadores estiman que aproximadamente 10.3 litros de hidrógeno (entre aproximadamente 12 litros totales de gas) se produjeron en este experimento comparado al máximo de 6.84 o 8.06 litros esperados basado en la cantidad de aluminio consumido en la cantidad de ácido suministrado, respectivamente, proporcionando de esta manera evidencia adicional del proceso de regeneración. Resumen del Experimento # : La solución de partida incluyó un volumen total de 250 mL, que incluye agua, aproximadamente 50 mi de magnesio • coloidal y 80 mi de plomo coloidal cada uno en una concentración creída a ser aproximadamente 20 ppm 10 mL de 93% de concentración de H2S04 y 30 mL de 35% de concentración de HC1, como en el Experimento #1 anteriormente. Cien gramos de pelotillas de hierro (hierro reducido) se adicionaron a la solución, la cual se calentó y se mantuvo a 90°C. La reacción transcurrió durante 30 horas y produjo 15 litros de gas. El pH se midió aproximadamente 5.0 en el final de 30 horas. La reacción se paró después de 30 horas al remover el metal no usado y pesándolo. El hierro no consumido pesó 94 gramos, indicando un consumo de 6 gramos de hierro. La cantidad máxima de gas de hidrógeno normalmente esperada por el consumo neto de 6 gramos de hierro, la reacción de regeneración descrita anteriormente, es 2.41 litros, como se indican en la tabla enseguida.
Rendimiento de H2 Máximo de la Solución de Partida con Consumo de Hierro Metal Gramos Gramos Gramos Rendimiento Totales del Totales Consumidos Máximo* de Suministro Finales Inicial Hierro (Fe) 100 94 6 2.41 litros
*Si el hierro reaccionado ha sido utilizado exclusivamente para la producción de hidrógeno : 1 mol de Fe produce 1 mol de ¾ (22.4 litros) 1 mol de Fe - 55.58 gramos Por lo tanto, un producto máximo teórico de 0.40 litros de ¾ por gramo de Fe se espera sin la reacción de la regeneración descrita anteriormente. Como en el experimento #1, basado en la cantidad total del ácido suministrado, se espera que los primeros 8.06 litros del gas generado sean hidrógeno puro con el equilibrio que es 66.7% de hidrógeno. Sin embargo, la generación teórica máxima del hidrógeno basada en la cantidad de hierro consumido es 2.41 litros. Después de 2.41 litros (el producto máximo esperado de hierro consumido) , se espera que el gas sobrante sea 66.7% de hidrógeno. Por lo tanto, se estima que aproximadamente 10.8 litros de hidrógeno (entre aproximadamente 15 litros totales de gas) se produjo en este experimento utilizando el catalizador coloidal; bien arriba del máximo 2.41 litros se esperó con la cantidad de hierro consumido, proporcionando de esta manera evidencia adicional del proceso de regeneración. Resumen del Experimento #5 : Un experimento se condujo utilizando 200 mL de la solución final obtenida del experimento #4, la cual contuvo hierro oxidado más un catalizador y se encontró para tener un pH de 5. El ácido se adicionó a la solución, como en las reacciones anteriores (10 mL de 93% de concentración de H2SO4 y 30 mL de 35% de concentración de HC1) , que trajo el pH a un nivel de aproximadamente 1. Los materiales coloidales no adicionales se adicionaron, pero 20 gramos de metal de aluminio se adicionaron. La solución se calentó a una constante de 96°C. La reacción procedió para producir 32 litros de gas en un lapso de- 18 horas, en el que punto de la proporción de la reacción se había bajado significantemente y el pH de la solución había llegado a ser aproximadamente 5. El metal restante en el final del experimento de 18 horas se separó y se encontró tener una masa de 9 gramos. Este metal pareció ser una mezcla de Al y Fe lo cual salió de la solución. Por lo tanto, descuidando la cantidad de hierro y aluminio sobrante en la solución, hubo consumo neto de 11 gramos de metal y una producción neta de 32 litros de gas. Como se indica anteriormente, basado en la cantidad de ácido adicionado a la reacción, la cantidad máxima de gas de hidrógeno esperado solamente de la reacción de ácido con metal seria de 8.06 litros. Dependiendo en el repuesto del metal recuperado que tuvo una masa de 9 gramos, dos extremos son posibles: a) asumir que el metal recuperado fue 100% de Al, un máximo de 13.75 litros de gas de hidrógeno seria esperado del consumo de 11 gramos de aluminio; y b) alternativamente, asumir que el metal recuperado fue 100% de Fe, un máximo de 21.25 litros de gas de hidrógeno seria esperado del consumo de 17 gramos de aluminio (20 gramos suministrados menos tres gramos en la producción de hierro) . Para propósitos de calculación de la generación de gas de hidrógeno máxima, los investigadores asumen el proceso de regeneración no ocurre y el metal Fe habría sido regenerado de una reacción de desplazamiento individual convencional con Al. El porcentaje real de Al y Fe estaría de alguna manera entre los dos extremos y, por lo tanto, la cantidad máxima de hidrógeno generada solamente del consumo del metal (sin regeneración) sería entre 13.75 litros y 21.25 litros. La generación observada de 32 litros de gas comparada a la cantidad máxima uno esperaría del consumo del metal indica que el proceso de regeneración está ocurriendo. Se cree que el incremento en la proporción de la producción de ¾ resultó de una concentración alta de iones de metal en la solución antes de la producción de hierro elemental. Así, las soluciones resultantes de esta familia de reacciones no se debe descartar pero más bien se debe utilizar como el punto de inicio para reacción subsecuente. Consecuentemente, este proceso para la generación de ¾ no producirá desechos químicos significantes que necesitan ser dispuestos. Experimento #6: Un experimento se condu o utilizando 20 mi de FeCl3, 10 mi de magnesio coloidal y 20 mi de plomo coloidal a una temperatura de aproximadamente 90 °C. Un gas se produjo el cual se cree sea una mezcla de hidrógeno y oxigeno, basado en observar la ignición de gas. El pH de la mezcla disminuyó durante la reacción de aproximadamente 4.5 a aproximadamente 3.5. Estas observaciones muestran que no es necesario introducir tanto hierro metálico como ácido en la solución para producir hidrógeno. Puesto que las reacciones de oxidación/reducción electroquímicas (ecuaciones 25-28) da por resultado la producción hierro metálico y ácido, estos dos constituyentes ' se pueden producir de esta manera. Probablemente, esto alcanzaría eventualmente el mismo estado permanente que se alcanza cuando el hierro metálico y ácido se suministran inicialmente . Los experimentos precedentes se llevaron a cabo bajo condiciones de luz ambiente que incluyó una mezcla de fuentes de luz artificial y natural. Cuando las reacciones descritas se realizaron bajo condiciones de luz disminuida las proporciones de reacción disminuyeron. Sin embargo, la prueba formal separada bajo luz disminuida no se había realizado . Se cree que los resultados experimentales descritos anteriormente demuestran el valor potencial de las invenciones descritas en la presente. Sin embargo, las calculaciones de los resultados se basan en la teoría de los mecanismos de reacción que se describen anteriormente y los cuales se creen para caracterizar con preescisión. Las reacciones implicadas en estos experimentos. Sin embargo, si se descubre que las teorías de las reacciones o las calculaciones basadas sobre en las mismas están en un error, las invenciones descritas en la presente no obstante son validas y valiosas. Las modalidades mostradas y descritas anteriormente son ejemplares. Muchos detalles se encuentran frecuentemente en la técnica y, por lo tanto, muchos detalles tales son ya sea mostrados o descritos. No se reivindica que el total de los detalles, partes, elementos o etapas descritas y mostradas fueron inventadas en la presente. Aunque numerosas características y ventajas de las presentes invenciones se han descrito en los dibujos y texto acompañantes, la descripción es ilustrativa únicamente, y los cambios se pueden hacer en el detalle, especialmente en las materias de forma, tamaño y arreglo de las partes dentro de los principios de las invenciones a la extensión completa indicada mediante el significado amplio de los términos de las reivindicaciones adjuntas. La descripción restrictiva y los dibujos de los ejemplos específicos anteriormente no indican lo que una usurpación de esta patente seria, sino están para proporcionar por lo menos una explicación de cómo utilizar y hacer las invenciones. Los limites de las invenciones y las restricciones de la protección de patentes se miden por y se definen en las siguientes reivindicaciones .