ES1276328U - Sistema de obtención de hidrógeno a partir del agua - Google Patents
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Abstract
Sistema de obtención de hidrógeno a partir del agua, formado por: - Una cámara, recipiente o cuba estanca donde se introduce el hidrógeno o un gas noble y a continuación el agua y los metales de la reacción; - Un depósito de almacenamiento de agua de reacción; - Un dispositivo de agitación que evita el contacto prolongado entre la superficie del metal y el agua; - Un cambiador de calor para calentar o enfriar el agua a la salida del depósito de almacenamiento. - Electroválvulas de paso del metal, del hidrógeno y del agua, electroválvulas de salida del hidrógeno y electroválvulas de salida del hidróxido metálico por la parte inferior de la cámara; - Secadores que eliminan la humedad del hidróxido de metal formado. - Un cambiador de calor para calentar el hidróxido de metal producido entre 360º y 512ºC.
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de obtención de hidrogeno a partir del agua
Campo de la invención
En la industria en general, y en especial en la alimentación de motores térmicos, híbridos, turbinas de gas, o en las células de combustible.
Estado de la técnica
La mayor parte de los motores térmicos, híbridos, turbinas de gas, actualmente usan combustibles fósiles y como comburente el aire. No obstante, son muy contaminantes por lo cual una solución es el uso del hidrógeno. Este se está utilizando, aunque en pequeñas cantidades en la industria y célula de combustible en los eléctricos. El 96% del mismo se obtiene del gas natural, no es suficiente el obtenido con energías renovables y caro si se hace mediante electrólisis. La presente invención soluciona estos problemas obteniendo hidrógeno a partir del agua, utilizando métodos sencillos y económicos.
Descripción de la invención
Objetivo de la invención y ventajas.
Utilizar el agua como producto portador del H2, la cual es inagotable.
Usar el H2 en todo tipo de vehículos, en marina, ferrocarril, carretera, aviación y en general en toda la industria, por su alta potencia, no producir gases contaminantes, sencillez y en este caso por su bajo coste.
Poder usarse para accionar motores eléctricos utilizando la célula de combustible. Donde no se producen contaminantes.
Permitir su uso en motores de combustión interna, que en el caso de utilizar aire produce NOx, además de agua, y aplicando oxígeno solo produce vapor de agua.
En el caso de su uso en motores de combustión permite, con pequeños cambios y sin contaminar, seguir utilizando, sin su destrucción, la flota de vehículos actuales.
Puede utilizarse en motores de combustión actuales con algunas modificaciones.
Al no poder continuar con el uso de los motores de combustión actuales por falta de combustible y no existir alternativas, ya que las energías renovables, biocombustibles o combustibles sintéticos, no producen suficiente energía ni se espera que la produzcan, no se quiere recurrir a las centrales nucleares y en caso de hacerlo habría que esperar mucho tiempo hasta finalizar la construcción de las mismas.
Obtener hidrógeno utilizando principalmente metales alcalinos y alcalinotérreos.
Aplicar los metales divididos en múltiples pequeñas porciones, partículas, bolas, tiras o alambres suficientemente esparcidos en o sobre el agua.
Aplicar tangencialmente al producto de la cámara de reacción, generalmente amplia, una corriente de hidrógeno que evita la acumulación de temperatura junto al metal.
Inicialmente esta corriente puede ser de un gas noble o nitrógeno.
Aplicar movimiento o agitación a los elementos metálicos a transformar.
Efectuar el vacío en la cámara donde se realiza la reacción, para evitar explosiones.
En la tabla adjunta puede observarse la gran energía relativa que aporta el hidrógeno, respecto a los combustibles u otros sistemas utilizados.
Combustible Energía por masa (Wh/kq) Gasóleo 12.700 Gasolina 12.200 Butano 13.600 Propano 13.900 Etanol 7.850 Metanol 6.400 Gas natural (Metano) a 250 bar 12.100 Hidrógeno líquido 39.000 Hidrógeno (a 350 bar) 39.300 Batería de iones de litio 250 Batería litio manganeso 120 Batería níquel metal hidruro 90 Batería plomo ácido 40
Problema a resolver.
La dificultad de obtener hidrógeno del agua utilizando algunos elementos alcalinos y alcalinotérreos, pero con el problema añadido de que los electrones de la capa más externa de estos elementos al contactar con el agua se calientan, llegando a producir una explosión, la cual en el caso de estar en contacto con el aire y con el hidrógeno que se va creando desencadena una vigorosa explosión adicional, tanto mayor, cuanta más cantidad de hidrógeno y oxígeno exista. La presente invención soluciona el problema, descartando los elementos más peligrosos y evitando su calentamiento, mediante distintos procedimientos.
El sistema de obtención de hidrógeno a partir del agua, aplicando fórmulas conocidas de obtención de hidrógeno, de la invención, utiliza una instalación formada por una cámara estanca y aislada donde se produce la reacción. Inicialmente en la cámara se introduce hidrógeno o un gas noble, a continuación, se aplica agua destilada procedente de un depósito y el metal de la reacción, a los cuales se les da un movimiento de agitación que evita el contacto prolongado entre la superficie del metal y el agua que lo baña, aplicando para ello, a dicha cámara o al producto de la reacción, mediante un dispositivo, un movimiento o agitación. De la reacción se desprende hidrógeno gaseoso por la zona superior de la cámara, e hidróxido del metal utilizado, por la inferior. El agua se aplica a través de un cambiador de calor que la calienta o enfría según el producto o elemento utilizado. El calentamiento puede conseguirse con una simple resistencia eléctrica.
Los metales alcalinos o alcalinos-térreos aplicados son principalmente: (sodio (Na), magnesio (Mg) o calcio (Ca) los cuales al reaccionar con el agua (H2O) producen hidróxido sódico
(NaOH), magnésico Mg(OH)2 o cálcico Ca(OH)2 y se desprende como producto principal hidrógeno (H2), todos los cuales se almacenan aislados para su transporte y uso.
El sistema actúa de forma continuada y controlada mediante un microprocesador, sensores de presión y temperatura, niveles de cantidad de los tanques, válvulas de corte y de seguridad, control del funcionamiento de los motores impulsores, etc.
Periódicamente o de forma continua se puede aplicar una instalación por donde salen productos de desecho que se producen en el interior de la cámara o recipiente.
Los dispositivos aplicadores de movimiento o agitación pueden ser a) una corriente de hidrógeno la cual se aplica al producto de la reacción mediante una o más bombas o compresores, tangencialmente en el lateral interior de la cámara, imprimiendo un giro al dicho producto. Al aplicarse parcialmente se produce una turbulencia que se aplica a todo el producto evitando su sobrecalentamiento, b) unos agitadores, que utilizan unos motores eléctricos que accionan en el interior de las cámaras unas turbinas de paletas, las cuales al girar crean una corriente turbulenta y c) unos agitadores, que utilizan unos motores eléctricos que accionan unas turbinas tangenciales en el interior de la cámara, las cuales al girar crean una corriente turbulenta.
Tanto los metales empleados como sus hidróxidos obtenidos tienen un precio similar por ejemplo los de sodio entre 2000€ y 4000€ por tonelada métrica, los de magnesio entre 700€ y 2000€ y los de calcio entre 500€ y 1500€ por tonelada métrica. Siempre dependiendo mucho de la calidad o pureza de los mismos. Por lo cual los costes se compensan, lo que cuestan los metales y lo que se obtiene por la venta de sus hidróxidos. Los metales siempre son más caros que sus hidróxidos, pero estos aportan más peso por haberse combinado con el agua. Realmente lo que se hace es cambiar el estado de dichos metales. Como consecuencia el coste es debido principalmente a la instalación, funcionamiento, mantenimiento, etc. Por cada 23 kg de sodio, 24 kg de magnesio, etc. y se obtienen dos kg. de hidrógeno. Calentando los hidróxidos se obtienen sus óxidos y otros dos kilos de hidrógeno. No es poco teniendo en cuenta que este es tres veces más energético que la gasolina o gasóleo, añade al bajo coste del hidrógeno, un gran provecho ecológico. En los vehículos el hidrógeno se puede utilizar en la célula o pila de combustible y en los motores de combustión interna, como combustible, el cual cuando se utiliza con oxígeno no produce ningún producto contaminante y, si además, el motor es rotativo es más competitivo que el sistema eléctrico. Si, se producen NOx cuando se utiliza aire.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra una vista esquematizada y parcialmente seccionada de un diagrama de bloques de una planta generadora de hidrógeno de la invención.
La figura 2 muestra una vista esquematizada y parcialmente seccionada de un diagrama de bloques de una planta generadora de hidrógeno utilizando sodio metálico.
La figura 3 muestra una vista esquematizada y parcialmente seccionada de un diagrama de bloques de una planta generadora de hidrógeno utilizando magnesio metálico.
La figura 4 muestra una vista esquematizada y parcialmente seccionada de un diagrama de bloques de una planta generadora de hidrógeno utilizando calcio metálico.
Descripción más detallada de la invención
La figura 1 muestra la cámara, recipiente o cuba (1) de reacción donde se efectúa la reacción del agua destilada procedente del depósito (2) que pasa a través del cambiador de calor (3) que lo calienta o enfría según el elemento utilizado, cuyo paso se controla con la electroválvula de paso (4). El calentamiento o enfriamiento se puede aplicar directamente a la cámara de reacción. El metal (M) se envía desde el recipiente de almacenamiento (5) a través de la electroválvula (6) que lo descarga en la cuba (1) sobre el agua (7) con la cual reacciona saliendo el hidrógeno (H2) a través de la electroválvula de paso (8). Parte del hidrógeno se puede insuflar controlado por la electroválvula de paso (11) mediante la bomba o compresor (12) lateral y tangencialmente sobre la mezcla del metal y el agua. Opcionalmente puede utilizar el agitador constituido por el motor (13) y la turbina de paletas (14). En la reacción se produce hidróxido del metal M(OH) que sale, por tener la mayor densidad por la zona más baja de la cámara que está inclinada controlado por la electroválvula de paso (10) y el secador (9) donde pierde la humedad que pueda portar. Aplicando calor al hidróxido obtenido, este se desdobla en óxido del metal e hidrógeno.
La figura 2 muestra la cámara, recipiente o cuba (1) donde se efectúa la reacción del agua procedente del depósito (2) que pasa a través del cambiador de calor (3) que lo enfría y cuyo paso se controla con la electroválvula de paso (4), con el sodio metálico (Na) el cual se envía desde el recipiente de almacenamiento (5) a través de la electroválvula (6) que lo descarga en la cuba (1) sobre el agua (7) con la cual reacciona saliendo hidrógeno (H2) a través de la electroválvula de paso (8). Parte del hidrógeno se puede insuflar controlado por la electroválvula de paso (11) mediante la bomba o compresor (12) lateral y tangencialmente sobre la mezcla del metal y el agua. En la reacción también se produce hidróxido de sodio Na(OH) que sale controlado por la electroválvula de paso (10) y el secador (9) donde pierde la humedad que pueda portar. Calentando el hidróxido se desdobla en óxido del mismo metal e hidrógeno. Obteniéndose doble cantidad de este último.
La figura 3 muestra la cámara, recipiente o cuba (1) donde se efectúa la reacción del agua destilada procedente del depósito (2) que pasa a través del cambiador de calor (3) o una resistencia térmica que lo calienta, cuyo paso se controla con la electroválvula de paso (4), con el magnesio metálico (Mg) el cual se envía desde el recipiente de almacenamiento (5) a través de la electroválvula (6) que lo descarga en la cuba (1) sobre el agua (7) con la cual reacciona saliendo hidrógeno (H2) a través de la electroválvula de paso (8). Parte del hidrógeno se puede insuflar controlado por la electroválvula de paso (11) mediante la bomba o compresor (12) lateral y tangencialmente sobre la mezcla del metal y el agua. En la reacción también se produce hidróxido de magnesio Mg(OH)2 que sale controlado por la electroválvula de paso (10) y el secador (9) donde pierde la humedad que pueda portar. Calentando el hidróxido magnésico a 360°C, este se desdobla en óxido de magnesio e hidrógeno. Obteniéndose doble cantidad de este último.
La figura 4 muestra la cámara, recipiente o cuba (1) donde se efectúa la reacción del agua procedente del depósito (2) que pasa a través del cambiador de calor (3) que lo enfría y cuyo paso se controla con la electroválvula de paso (4), con el calcio metálico (Ca) el cual se envía desde el recipiente de almacenamiento (5) a través de la electroválvula (6) que lo descarga en la cuba (1) sobre el agua (7) con la cual reacciona saliendo hidrógeno (H2) a través de la electroválvula de paso (8). Parte del hidrógeno se puede insuflar controlado por la electroválvula de paso (11) mediante la bomba o compresor (12) lateral y tangencialmente sobre la mezcla del metal y el agua. En la reacción también se produce hidróxido de calcio Ca(OH)2 que sale controlado por la electroválvula de paso (10) y el secador (9) donde pierde la humedad que pueda portar. Calentando el hidróxido de calcio a 512°C, este se desdobla en óxido de calcio e hidrógeno. Obteniéndose doble cantidad de este último.
La falta de energía se debería producir mediante los siguientes métodos:
a) Usando un 20-30% de Centrales Nucleares utilizando uranio obtenido del mar donde hay mil veces más que en la tierra.
b) Usando un 20-30% de Centrales Hidráulicas aprovechando los desniveles infrautilizados, e incluso las corrientes de poco desnivel aplicando si es necesario estrechamientos que incrementan la velocidad de la corriente y usando las turbinas helicoidales existentes.
c) Usando un 30-50% de la suma de los siguientes elementos: BIOCOMBUSTIBLES, (aumentando el cultivo para ello) COMBUSTIBLES SINTÉTICOS, HIDRÓGENO y RENOVABLES.
d) Utilizando un 30% del hidrogeno obtenido en la reacción con el agua de los metales alcalinos o alcalino-térreos de la presente invención.
No obstante, también se puede obtener hidrogeno utilizando la energía eléctrica obtenida con los tres primeros métodos, a) al c) anteriores.
Se pueden utilizar MOTORES de COMBUSTIÓN ROTATIVOS usando biocombustibles, combustibles sintéticos, hidrógeno, alcohol, etc. más eficientes, sencillos, económicos y sin producir gases tóxicos y algunos de ellos sin carbono.
Todos estos objetivos se deben obtener lentamente mediante un largo periodo de adaptación. Unos se irán reduciendo y otros incrementándose paulatinamente. Pero el resultado es imprevisible, ya que está todo muy interrelacionado y los costes se descabalarán siendo imposible saber las consecuencias.
Claims (10)
1. Sistema de obtención de hidrógeno a partir del agua, formado por:
- Una cámara, recipiente o cuba estanca donde se introduce el hidrógeno o un gas noble y a continuación el agua y los metales de la reacción;
- Un depósito de almacenamiento de agua de reacción;
- Un dispositivo de agitación que evita el contacto prolongado entre la superficie del metal y el agua;
- Un cambiador de calor para calentar o enfriar el agua a la salida del depósito de almacenamiento.
- Electroválvulas de paso del metal, del hidrógeno y del agua, electroválvulas de salida del hidrógeno y electroválvulas de salida del hidróxido metálico por la parte inferior de la cámara; - Secadores que eliminan la humedad del hidróxido de metal formado.
- Un cambiador de calor para calentar el hidróxido de metal producido entre 360° y 512°C.
2. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los metales alcalinos o alcalinostérreos aplicados en la reacción son: sodio (Na), magnesio (Mg) o calcio (Ca).
3. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque incluye un microprocesador, sensores de presión, de temperatura, niveles de cantidad de los tanques, válvulas de corte y de seguridad.
4. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los dispositivos aplicadores de movimiento o agitación consisten en una o más bombas o compresores, los cuales impulsan hidrógeno y lo aplican al producto de la reacción tangencialmente en el lateral interior de la cámara, imprimiendo un giro y turbulencia a dicho producto.
5. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los dispositivos aplicadores de movimiento o agitación consisten en unos agitadores que utilizan uno o más motores eléctricos que accionan en el interior de las cámaras unas turbinas de paletas, las cuales al girar crean una corriente turbulenta.
6. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los dispositivos aplicadores de movimiento o agitación consisten en unos agitadores que utilizan uno o más motores eléctricos que accionan unas turbinas tangenciales de paletas en el interior de la cámara, las cuales al girar crean una corriente turbulenta.
7. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el producto se calienta mediante una resistencia eléctrica.
8. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el producto se calienta aplicando el calor directamente a la cámara, recipiente o cuba estanca.
9. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque en la cámara de reacción se efectúa el vacío, para evitar el calentamiento y explosiones.
10. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque se añade una instalación por donde periódicamente, o de forma continua, se extraen de la cámara de reacción los productos de desecho producidos en la misma.
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