DE102006007272B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines oder mehrerer Gase und/oder zur Speicherung von elektrischer Energie - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines oder mehrerer Gase und/oder zur Speicherung von elektrischer Energie Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer Gase, bei dem eine Flüssigkeit elektrolytisch behandelt wird, in der ein Ionenaustauscher vorhanden ist, dem das oder eines der herzustellenden Gase anhaftet, wobei der Flüssigkeit elektrische Energie zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend die Zuführung der elektrischen Energie unterbrochen wird und daß nach einer Unterbrechung der Zuführung der elektrischen Energie der Flüssigkeit erneut elektrische Energie zugeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer Gase. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Speicherung von elektrischer Energie. Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung einer Vorrichtung zur Durchführung derartiger Verfahren.
  • Aus der DE 103 59 509 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer Gase bekannt, bei dem eine Flüssigkeit elektrolytisch behandelt wird, in der ein Ionenaustauscher vorhanden ist, dem das oder eines der herzustellenden Gase anhaftet, wobei der Flüssigkeit elektrische Energie zugeführt wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren dieser Art vorzuschlagen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer Gase, bei dem eine Flüssigkeit elektrolytisch behandelt wird, in der ein Ionenaustauscher vorhanden ist, dem das oder eines der herzustellenden Gase anhaftet, wobei der Flüssigkeit elektrische Energie zugeführt wird, durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Nach dieser Lösung wird der Flüssigkeit elektrische Energie zugeführt. Anschließend wird die Zuführung der elektrischen Energie unterbrochen. Nach einer Unterbrechung der Zuführung der elektrischen Energie wird der Flüssigkeit erneut elektrische Energie zugeführt. Überraschend hat sich gezeigt, daß trotz der Unterbrechung bzw. Beendigung der Zuführung von elektrischer Energie die Herstellung des oder der Gase andauert.
  • Ferner hat sich überraschend gezeigt, daß das Verfahren zur Speicherung von elektrischer Energie genutzt werden kann. Dementsprechend betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Speicherung von elektrischer Energie, bei dem eine Flüssigkeit elektrolytisch behandelt wird, in der ein Ionenaustauscher vorhanden ist, dem das oder eines der herzustellenden Gase anhaftet, wobei der Flüssigkeit elektrische Energie zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeit elektrische Energie zugeführt wird und daß anschließend die Zuführung der elektrischen Energie unterbrochen und daß nach einer Unterbrechung der Zuführung der elektrischen Energie der Flüssigkeit erneut elektrische Energie zugeführt wird. Auch nach der Unterbrechung bzw. Beendigung der Zuführung von elektrischer Energie bleibt es möglich, elektrische Energie zu erzeugen und/oder zu speichern.
  • Die beiden Verfahren können miteinander kombiniert werden. Dementsprechend betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer Gase und zur Speicherung von elektrischer Energie, bei dem eine Flüssigkeit elektrolytisch behandelt wird, in der ein Ionenaustauscher vorhanden ist, dem das oder eines der herzustellenden Gase anhaftet, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß der Flüssigkeit elektrische Energie zugeführt wird, daß anschließend die Zuführung der elektrischen Energie unterbrochen wird und daß nach einer Unterbrechung der Zuführung der elektrischen Energie der Flüssigkeit erneut elektrische Energie zugeführt wird.
  • Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung eines oder mehrerer Gase und/oder zur Speicherung von elektrischer Energie, bestehend aus einem Behälter mit einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode, an die eine elektrische Energiequelle anschließbar oder angeschlossen ist, und mit einer Flüssigkeit, in der ein Ionenaustauscher vorhanden ist, dem das oder eines der herzustellenden Gase anhaftet. Diese Vorrichtung kann erfindungsgemäß zur Herstellung eines oder mehrerer Gase und/oder zur Speicherung von elektrischer Energie verwendet werden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Die Unterbrechung und/oder Beendigung der Zuführung der elektrischen Energie kann nach einer vorbestimmten Zeitdauer erfolgen. Stattdessen oder zusätzlich kann die Unterbrechung und/oder die Beendigung der Zuführung der elektrischen Energie nach einer Zeitdauer erfolgen, die von bestimmten Bedingungen und/oder Meßgrößen abhängig ist, beispielsweise von der erzeugten Menge eines oder mehrerer Gase, der erzeugten elektrischen Energie, der Höhe der elektrischen Spannung und/oder der Höhe des elektrischen Stroms.
  • Nach der Unterbrechung der Zuführung der elektrischen Energie wird der Flüssigkeit erneut elektrische Energie zugeführt. Dies kann nach einer vorherbestimmten Zeitdauer geschehen. Stattdessen oder zusätzlich kann es nach einer Zeitdauer geschehen, die von bestimmten Bedingungen und/oder Meßgrößen abhängig ist, insbesondere von der erzeugten Menge eines oder mehrerer Gase, der erzeugten elektrischen Energie, der Höhe der elektrischen Spannung bzw. des Spannungsabfalls und/oder der Höhe des elektrischen Stroms bzw. Stromabfalls.
  • Nach der erneuten Zuführung von elektrischer Energie kann die Zuführung der elektrischen Energie erneut unterbrochen und/oder beendet werden. Auch dies kann nach einer vorherbestimmten Zeitdauer und/oder nach einer Zeitdauer geschehen, die von bestimmten Bedingungen und/oder Meßgrößen abhängig ist, insbesondere den bereits erläuterten Bedingungen bzw. Meßgrößen.
  • Die Verfahrensschritte der erneuten Zuführung von elektrischer Energie und/oder der erneuten Unterbrechung der Zuführung von elektrischer Energie können wiederholt durchgeführt werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Flüssigkeit, die das herzustellende Gas enthält, elektrolytisch behandelt. Durch die Elektrolyse werden eines oder mehrere Gase gebildet. Vorzugsweise handelt es sich bei der Flüssigkeit um Wasser. Das erfindungsgemäße Verfahren dient dann dazu, Wasserstoff herzustellen oder Wasser und Sauerstoff herzustellen, insbesondere als Mischung (Knallgas).
  • Vorzugsweise haftet das herzustellende Gas dem Ionenaustauscher in Ionenbindung an. Vorteilhaft ist es, wenn dem in der Flüssigkeit vorhandenen Ionenaustauscher H+ und/oder OH–, vorzugsweise in Ionenbindung, anhaftet. Das herzustellende Gas kann Wasserstoff sein. Es ist allerdings auch möglich, daß die herzustellenden Gase Wasserstoff und Sauerstoff sind. Dabei ist es möglich, Wasserstoff und Sauerstoff getrennt herzustellen. Wasserstoff und Sauerstoff können allerdings auch in einer Mischung (Knallgas) hergestellt werden. Besonders vorteilhaft ist die native Herstellung von Knallgas. Das Knallgas kann im richtigen (stöchiometrischen) Mischungsverhältnis hergestellt werden. Es kann in dieser Form verwendet werden, insbesondere zur Energieerzeugung.
  • Die Flüssigkeit, die das oder ein herzustellendes Gas enthält, ist vorzugsweise Wasser. Der Ionenaustauscher ist vorzugsweise ein Ionenaustauscherharz. Vorzugsweise ist der Ionenaustauscher ein saurer, insbesondere ein stark saurer Ionenaustauscher. Der Ionenaustauscher kann gelförmig sein.
  • Vorteilhaft ist es, wenn der Ionenaustauscher eine Matrix, Ankergruppen und auszutauschende Ionen aufweist bzw. daraus besteht. Bei der Matrix kann es sich insbesondere um einen vernetzten Kunststoff, insbesondere vernetztes Polystyrol, handeln. Die Ankergruppen sind vorzugsweise Sulfonsäuregruppen (SO3). Die auszutauschenden Ionen sind vorzugsweise Wasserstoffionen (H). Insbesondere kann der Ionenaustauscher die allgemeine chemische Formel R-SO3-H aufweisen.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenaustauscher, insbesondere das Ionenaustauscher-Grundmaterial, katalytisch wirkende Stoffe enthält. Bei den katalytisch wirkenden Stoffen kann es sich insbesondere um stromleitende Stoffe, insbesondere stromleitende Folien, handeln. Die katalytisch wirkenden Stoffe können dem Stoff bzw. dem Ionenaustauscher bzw. dem Ionenaustauscher-Grundmaterial beigemischt sein.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung enthält der Ionenaustauscher bzw. das Ionenaustauscher-Grundmaterial katalytisch wirkende und/oder gasliefernde Enzyme. Als derartige Enzyme werden vorzugsweise organischen Säuren, insbesondere Weinsäure verwendet. Die Enzyme können dem Stoff bzw. dem Ionenaustauscher bzw. dem Ionenaustauscherharz bzw. dem Ionenaustauscher-Grundmaterial beigefügt sein.
  • Eine oder mehrere Elektroden können rohrförmig ausgestaltet sein.
  • In der Flüssigkeit, die das herzustellende Gas und einen Ionenaustauscher enthält, insbesondere innerhalb der rohrförmigen Elektrode, kann ein Füllmaterial vorhanden sein. Bei diesem Material handelt es sich vorzugsweise um Watte. In dem Füllmaterial ist vorzugsweise eine Säure vorhanden. Dieses Material ist vorzugsweise mit einer Säure benetzt.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß mehrere positive Elektroden und/oder mehrere negative Elektroden und/oder mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen vorhanden sind, die in Reihe geschaltet sind. In bestimmten Anwendungsfällen kann es vorteilhaft sein, mehrere positive Elektroden und/oder mehrere negative Elektroden und/oder mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen stattdessen oder zusätzlich parallel zu schalten.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die Anode eine Spitze aufweist.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Kathode eine Vertiefung auf. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Anode eine Spitze aufweist. In diesem Fall kann eine Verspitzung der Anode einer Vertiefung der Kathode angenähert werden, ohne daß eine Berührung stattfindet.
  • In bestimmten Fällen kann auch die umgekehrte Anordnung vorteilhaft sein, bei der die Kathode eine Spitze aufweist und/oder die Anode eine Vertiefung aufweist, die einander angenähert sein können.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird die Bindung des oder der herzustellenden Gase an den Ionenaustauscher vermindert. Es erfolgt also eine Bindungsbeeinflussung des der Flüssigkeit, insbesondere Wasser, zugesetzten, das herzustellende Gas enthaltenden Ionenaustauschers. Vorteilhaft ist es, wenn bei dem Ionenaustauscher eine vornehmlich in Ionenbindung vorliegende Bindung des herzustellenden Gases bzw. der herzustellenden Gase, insbesondere von Wasserstoff (H) oder von Wasserstoff und Sauerstoff (OH) an eine Matrix des Ionenaustauschers gelockert wird. Die Ionenbindung kann derart gelockert werden, daß sie sich einer van der Waal'schen Bindung annähert oder diese erreicht.
  • Diese Bindungsbeeinflussung kann durch Zerkleinern, Zerstäuben oder ähnliche Maßnahmen erfolgen, wobei diese Maßnahmen bis in den mikrostrukturellen Bereich hinein durchgeführt werden können.
  • In einer speziellen Ausgestaltung erfolgt diese Bindungsbeeinflussung durch Verflüssigung oder Vergasung der einzubringenden oder bereits eingebrachten Ionenaustauscher. Hierdurch kann die Bindung von H+ bzw. OH–-Ionen an eine Matrix des Ionenaustauschers gegen Null gehen. Diese Art der Bindungsbeeinflussung ist besonders wirkungsvoll, wenn sie während eines laufenden Herstellungsprozesses von Knallgas oder Wasserstoff aus Wasser erfolgt.
  • Die Bindungsbeeinflussung kann durch eine entsprechende Wahl der Anode und/oder Kathode oder sonstiger stromleitender Elemente erfolgen, durch eine entsprechende Ausgestaltung der Oberfläche oder Oberflächenstruktur der Anode und/oder Kathode bzw. der stromleitenden Elemente, durch eine entsprechende Bemessung des Abstandes zwischen Anode und Kathode bzw. stromleitenden Elementen, durch eine entsprechende Temperaturführung und/oder durch eine Variierung der zugeführten Strommenge sowie durch die Art der Schaltungsanordnungen (Reihenschaltung, Parallelschaltung).
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mehrere Kammern aufweist, in denen Kationentauscher und/oder Anionentauscher vorhanden sind. In dem Behälter kann eine Vielzahl von Kammern vorhanden sein. Die Abfolge der in den Kammern vorhandenen Kationentauscher und/oder Anionentauscher kann sich wiederholen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. in der Zeichnung zeigt
  • 1 die in der DE 103 59 509 B4 beschriebene Vorrichtung zur Herstellung von Knallgas in einer schematischen Ansicht,
  • 2 eine Vorrichtung mit mehreren in Reihe geschalteten Vorrichtungen nach 1,
  • 3 verschiedene Oberflächengestaltungen von Vorrichtungen nach 1 und 2 und
  • 4 eine Vorrichtung mit einer Vielzahl von Kammern, in denen Kationentauscher und/oder Anionentauscher vorhanden sind.
  • Die in 1 gezeigte Vorrichtung umfaßt einen Behälter 1, der um die Mittenachse 2 rotationssymmetrisch ausgestaltet ist und der aus einem rohrförmigen Gehäuse 3 besteht, das durch einen oberen Deckel 4 und einen unteren Deckel 5 abgeschlossen ist. Die gesamte Vorrichtung ist vorzugsweise länger als dargestellt ausgeführt.
  • An der Innenwand des Gehäuses 3 ist eine ringförmige äußere Elektrode 6 vorgesehen. Im Inneren des Gehäuses 3 befindet sich eine rohrförmige innere Elektrode 7. Der Behälter 1 ist bis zum Wasserspiegel 8 mit Wasser 9 gefüllt.
  • Zwischen den Elektroden 6 und 7 ist ein Ionenaustauscher 10 vorhanden, der bis zur Höhe 11 gelförmig vorliegt.
  • Die äußere Elektrode 6 ist über einen Schalter 12 mit dem Pluspol einer Stromquelle 13, beispielsweise einer 12V-Autobatterie, verbunden. Der Minuspol der Stromquelle 13 ist mit der inneren Elektrode 7 verbunden. Die Polarität kann allerdings auch umgedreht werden.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform liegt der Wasserspiegel 8 über der Höhe 11 des gelförmigen Ionenaustauschers 10 und über dem oben offenen Rohr der inneren Elektrode 7. Die Elektrode 7 kann allerdings auch geschlossen ausgebildet sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Elektrode 7 den Wasserspiegel 8 überragt. Ferner liegt in der dargestellten Ausführungsform die Höhe 11 des gelförmigen Ionenaustauschers 10 knapp unterhalb des oberen Endes der äußeren Elektrode 6. Die Vorrichtung kann allerdings auch derart ausgestaltet sein, daß diese Höhe 11 über dem oberen Ende der Elektrode 6 liegt. Die innere Elektrode 7 kann unten geschlossen oder offen sein. Sie kann ferner an ihrem unteren Ende dichtend mit dem unteren Deckel 5 verbunden sein.
  • Wenn der Schalter 12 geschlossen wird, findet in dem Behälter 1 eine elektrolytische Reaktion statt, bei der von der positiven äußeren Elektrode 6 negativ geladene Elektronen und Ionen angezogen werden. Positive Ionen wandern zur negativen inneren Elektrode 7. Auf diese Weise entsteht in dem Raum 14 zwischen dem Wasserspiegel 8 und dem oberen Deckel 4 Knallgas, wobei es sich um eine native Erzeugung von Knallgas handelt. Diese Reaktion wird durch den Ionenaustauscher 10 erheblich beschleunigt. Das Knallgas liegt im stöchiometrischen Verhältnis vor. Es kann aus dem Raum 14 abgezogen werden (in der Zeichnung nicht dargestellt). Dies kann diskontinuierlich (Batch-Betrieb) oder kontinuierlich erfolgen. Es ist ferner möglich, durch eine entsprechende Ausgestaltung des Behälters 1 den entstehenden Wasserstoff und den entstehenden Sauerstoff getrennt aufzufangen und abzuleiten.
  • Bei dem Ionenaustauscher 10 handelt es sich um einen stark sauren, gelförmigen Ionenaustauscher mit Sulfonsäuregruppen als Ankergruppen. Der Ionenaustau scher hat die allgemeine chemische Formel R-SO3-H, wobei R eine Matrix, insbesondere eine vernetzte Polystyrol-Matrix bezeichnet, SO3 eine Sulfonsäure-Ankergruppe und H Wasserstoff.
  • Vorzugsweise wird der Ionenaustauscher 10 in Bewegung gehalten. Dies geschieht vorzugsweise derart, daß der Ionenaustauscher 10 nicht absinkt. Der Ionenaustauscher kann durch ein Wirbelbett-Verfahren in Bewegung gehalten werden. Wenn der Ionenaustauscher in Bewegung gehalten wird, werden die Gasbildung und der Elektronenfluß verbessert.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird der Ionenaustauscher in der Flüssigkeit in der Schwebe gehalten. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, daß der Ionenaustauscher bzw. das Ionenaustauscher-Grundmaterial derart hergestellt sind, daß sie von sich aus in der Flüssigkeit, also in dem Wasser 9, in Schwebe bleiben.
  • Das Verfahren kann kontinuierlich durchgeführt werden. Hierzu kann der Ionenaustauscher 10 laufend zugeführt und abgeführt werde (in der Zeichnung nicht dargestellt). Der abgeführte Ionenaustauscher kann regeneriert und erneut zugeführt werden.
  • Das Verfahren kann auch mehrstufig durchgeführt werden.
  • Das sich bildende Gas kann aus dem Raum 14 abgesaugt werden. Zu diesem Zweck ist es möglich, in diesem Raum 14 ein Vakuum zu erzeugen. Hierdurch kann ferner erreicht werden, daß das nach oben abziehende Gas den Ionenaustauscher 10 mitreißt und auf diese Weise eine Durchmischung und Verteilung des Ionenaustauschers 10 bewirkt.
  • Der Druck und die Temperatur können so eingestellt werden, daß das Verfahren mit optimalem Wirkungsgrad arbeitet.
  • Die Elektroden 6, 7 sind aufgerauht, weisen also eine Struktur mit vergrößerter Oberfläche auf.
  • In 2 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der vier Behälter I, II, III, IV in Reihe geschaltet sind, so daß die Elektroden eine vergrößerten Oberfläche aufweisen. Die Behälter I-IV sind im wesentlichen wie derjenige nach 1 ausgestaltet. Der Pluspol der Stromquelle 13 ist mit den äußeren Elektroden verbunden, der Minuspol ist mit den inneren Elektroden verbunden. Durch die Reihenschaltung wird eine Vergrößerung von Kontakten zwischen den stromführenden Elementen und dem eingebrachten Ionentauschermaterial erreicht. In den Ringräumen zwischen den inneren Elektroden und den äußeren Elektroden befinden sich Wasser und Ionentauschermaterial, wobei dem Ionenaustauscher das herzustellende Gas anhanftet. An den oberen Enden der Behälter ist jeweils ein Wassereinlaß und ein Gasaustritt vorhanden.
  • In 3 sind verschiedenen Ausführungsformen von Behältern gezeigt, in denen verschiedene Strukturen mit vergrößerter Oberfläche vorhanden sind.
  • Bei der Ausführungsform A ist die innere Elektrode mit Plattenelektroden verbunden, die parallel zueinander und im Abstand voneinander verlaufen und die sich in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung erstrecken. Die äußeren Elektroden sind in den Zwischenräumen mit entsprechenden ringförmigen Platten versehen.
  • Bei der Ausführunsform B weisen die Platten einen dreieckförmigen Querschnitt auf, wobei die Spitze des Dreiecks der mit der inneren Elektrode verbundenen Platten nach außen weist und die Spitzen des Dreiecks bei den mit der äußeren Elektrode verbundenen ringförmigen Platten nach innen weist.
  • Die Ausführungsform C entspricht teilweise der Ausführungsform A, wobei allerdings die mit der Innenelektrode verbundenen Platten und die mit der Außenelektrode verbundenen Platten jeweils auf gleicher Höhe liegen.
  • Die Ausführungsform D ist eine Abwandlung der Ausführungsform B, wobei die Platten abgerundete Querschnitte aufweisen.
  • Die Ausführungsform E zeigt eine Parallelschaltung, bei der in Wasser sowohl wasserstoffhaltige Substanzen als auch OH-haltige Substanzen verwendet werden können (also sowohl Kationentauscher als auch Anionentauscher).
  • 4 zeigt einen Behälter 15, der in eine Vielzahl von Kammern 16, 17, 18 ... unterteilt ist. An seiner Oberseite weist der Behälter 15 einen Einlaßstutzen 21 für die Wasserbefüllung auf sowie eine Gasableitung 22, die an eine Vakuumpumpe angeschlossen sein kann. Ferner befindet sich im oberen Bereich des Behälters 15 eine Siebanordnung 23. Die gasdurchlässige Siebanordnung 23 verhindert ein Austragen von Stoffen, wenn diese Feststoffcharakter haben. Die Polung der Elektroden kann durch Umpolungsvorrichtungen verändert werden.
  • In der ersten Kammer 16 befindet sich Wasser und ein Kationentauscher. In der zweiten Kammer 17 befindet sich Wasser und ein Kationentauscher sowie ein Anionentauscher. In der dritten Kammer 18 befindet sich Wasser und ein Anionentauscher. In der vierten Kammer 19 befindet sich Wasser und ein Anionentauscher und ein Kationentauscher. Aber der Kammer 20 wird diese Anordnung wiederholt. Dementsprechend befindet sich in der Kammer 20 wie in der Kammer 16 Wasser und ein Kationentauscher. Die rechts an die Kammer 20 anschließende Kammer ist wie die Kammer 17 befüllt, und so weiter. In dem Behälter 15 befindet sich eine Vielzahl dieser Vierergruppen.
  • Dabei ist die jeweils erste Kammer einer Vierergruppe, also die Kammer 16, die Kammer 20 usw. an den Minuspol einer Stromquelle angeschlossen. Die jeweils zweite und dritte Kammer (Kammern 17, 18 usw.) sind an den Pluspol angeschlossen, und die jeweils vierte Kammer (19 usw.) sind an den Minuspol angeschlossen.
  • Versuche:
  • Es wurden sieben Versuche durchgeführt mit einem Versuchsaufbau, der aus dreizehn Röhren besteht, von denen sechs Röhren mit Kationentauscher (H-Basis) gefüllt waren und sechs Röhren mit Anionentauscher (OH-Basis) gefüllt waren. Die Versuche wurden in destilliertem Wasser bei Zimmertemperatur durchgeführt. Vor Beginn der Versuche 1 bis 5 wurde die Restspannung auf der Anlage abgeleitet. Es wurde jeweils für eine Minute elektrische Energie zugeführt. Danach wurde die Stromzuführung abgeschaltet.
  • 1. Versuch:
  • Nach Ablauf bestimmter Zeiträume wurde die elektrische Energie gemessen, also die Zuführung (Input) der Spannung (V), des Stroms (A) und der Leistung (W). Ferner wurde gemessen, wieviel Knallgas in ml/min entstanden ist und wie hoch die Restspannung in Volt gewesen ist. Dabei ergaben sich folgende Werte:
    Minute Input Knallgas Restspannung
    V A W ml Volt
    1 3,6 8,0 28,8 80 3,6
    2 0,0 0,0 0,0 40 1,5
    3 0,0 0,0 0,0 20 1,23
    4 0,0 0,0 0,0 10 1,15
    5 0,0 0,0 0,0 10 1,1
    6 0,0 0,0 0,0 10 0,95
    7 0,0 0,0 0,0 8 0,9
    8 0,0 0,0 0,0 4 0,8
    9 0,0 0,0 0,0 4 0,8
    10 0,0 0,0 0,0 4 0,79
    20 0,0 0,0 0,0 12 0,78
    30 0,0 0,0 0,0 12 0,78
    Summe 214 ml
  • Während der ersten Minute wurde eine Spannung von 3,6 Volt angelegt. Die Stromstärke betrug 8,0 Ampere. Dies ergibt eine Leistung von 28,8 Watt. Während dieser ersten Minute entstanden 80 ml Knallgas. Die Restspannung war gleich der angelegten Spannung von 3,6 Volt.
  • Danach wurde die Stromzufuhr unterbrochen. Dementsprechend waren die zugeführte Spannung, Stromstärke und Leistung ab dann stets null. In der zweiten Minute betrug die Erzeugung von Knallgas 40 ml. Die Restspannung belief sich auf 1,5 Volt. Die weiteren Werte können der Tabelle entnommen werden. Nach dreißig Minuten sind 214 ml Knallgas hergestellt worden.
  • Bezieht man diese Menge des hergestellten Knallgases auf den unteren Heizwert von Knallgas in Höhe von 16,2 Joule/ml, ergibt sich eine erzeugte Knallgas-Leistung (Output) von 214 ml × 16,2 J/ml × 1/60 sec = 57,78 Watt. Dies ergibt gegenüber der Input-Leistung von 28,8 Watt einen Wirkungsgrad von 57,78/28,8 = 2,006 (Dieser Wirkungsgrad berücksichtigt nicht die gesamte Energiebilanz des Systems). Bezieht man die erzeugte Leistung auf Wasserstoff, der einen unteren Heizwert von 7,2 Joule/ml hat, ergibt sich eine erzeugte Wasserstoff-Leistung (Output) von 214 ml × 7,2 J/ml × 1/60 sec = 25,68 Watt.
  • 2. Versuch:
  • Gegenüber dem ersten Versuch wurde die Stromzufuhr auf 6,0 Ampere erniedrigt. Es ergaben sich folgende Werte:
    Minute Input Knallgas Restspannung
    V A W ml Volt
    1 3,4 6,0 20,4 50 3,4
    2 0,0 0,0 0,0 20 1,35
    3 0,0 0,0 0,0 10 1,17
    4 0,0 0,0 0,0 10 1,1
    5 0,0 0,0 0,0 10 1,1
    6 0,0 0,0 0,0 10 1
    60 0,0 0,0 0,0 60 0,8
    Summe 170 ml
  • Der Input von elektrischer Energie betrug 20,4 Watt. Der Output von Wasserstoff betrug 20,4 Watt. Der Output von Knallgas betrug 45,9 Watt. Dies ergibt einen Wirkungsgrad > 2 Dieser Wirkungsgrad berücksichtigt nicht die gesamte Energiebilanz des Systems.
  • 3. Versuch:
  • Gegenüber dem ersten und zweiten Versuch wurde die Stromzufuhr auf 4,0 Ampere erniedrigt. Es ergaben sich folgende Werte:
    Minute Input Knallgas Restspannung
    V A W ml Volt
    1 2,8 4,0 11,2 40 2,8
    2 0,0 0,0 0,0 30 1,5
    3 0,0 0,0 0,0 15 1,2
    4 0,0 0,0 0,0 5 1,17
    5 0,0 0,0 0,0 5 1,1
    6 0,0 0,0 0,0 5 1,08
    Summe 100 ml
  • Der Input von elektrischer Energie betrug 11,2 Watt. Der Output von Wasserstoff betrug 12,0 Watt. Der Output von Knallgas betrug 27,6 Watt. Die Gasproduktion lief nach Versuchsende weiter.
  • 4. Versuch:
  • Gegenüber den Versuchen Nr. 1 bis 3 wurde die Stromzufuhr auf 2,0 Ampere erniedrigt. Es ergaben sich folgende Werte:
    Minute Input Knallgas Restspannung
    V A W ml Volt
    1 2,4 2,0 4,8 20 2,4
    2 0,0 0,0 0,0 10 1,5
    3 0,0 0,0 0,0 5 1,2
    4 0,0 0,0 0,0 5 1,1
    5 0,0 0,0 0,0 3 1,07
    6 0,0 0,0 0,0 3 1,07
    7 0,0 0,0 0,0 2 1
    Summe 48 ml
  • Der Input von elektrischer Energie betrug 4,8 Watt. Der Output von Wasserstoff betrug 5,76 Watt. Der Output von Knallgas betrug 12,96 Watt. Die Gasproduktion lief nach Versuchsende langsam aber stetig weiter.
  • 5. Versuch:
  • Für einen Langzeitversuch wurden ähnliche Bedingungen wie im 4. Versuch gewählt. Es ergaben sich folgende Werte:
    Minute Input Knallgas Restspannung
    V A W ml Volt
    1 2,3 2,0 4,6 20 2,3
    2 0,0 0,0 0,0 10 1,4
    3 0,0 0,0 0,0 6 1,3
    4 0,0 0,0 0,0 6 1,25
    5 0,0 0,0 0,0 5 1,2
    6 0,0 0,0 0,0 4 1,15
    7 0,0 0,0 0,0 3 1,1
    Folgender Tag 0,0 0,0 0,0 150 1,1
    Summe 204 ml
  • Der Input von elektrischer Energie betrug 4,6 Watt. Die Anlage wurde nach sieben Minuten luftdicht abgeschlossen. Am folgenden Tag wurde die noch erzeugte Gasmenge von 150 ml gemessen. Die Gesamtproduktion betrug 204 ml. Der Output von Wasserstoff betrug 24,48 Watt. Der Output von Knallgas betrug 55,08 Watt.
  • 6. Versuch:
  • Die Restspannung zu Beginn des Versuchs lag bei 0,8 Volt. Es wurde keine Stromableitung durchgeführt. Es ergaben sich folgende Werte:
    Minute Input Knallgas Restspannung
    V A W ml Volt
    0 0,0 0,0 0,0 0 0,8
    1 2,2 1,5 3,3 40 2,4
    2 0,0 0,0 0,0 20 1,1
    3 0,0 0,0 0,0 10 1,05
    4 0,0 0,0 0,0 10 1
    5 0,0 0,0 0,0 10 1
    10 0,0 0,0 0,0 5 0,98
    Summe 95 ml
  • Der Input von elektrischer Energie betrug 3,3 Watt. Der Output von Wasserstoff betrug 11,4 Watt. Der Output von Knallgas betrug 25,6 Watt.
  • 7. Versuch:
  • Zu Beginn des Versuches wurde keine Stromableitung durchgeführt. Gegenüber dem Versuch Nr. 6 wurde die Stromzufuhr erhöht. Es ergaben sich folgende Werte:
    Minute Input Knallgas Restspannung
    V A W ml Volt
    1 2,4 2,5 6,0 40 2,4
    2 0,0 0,0 0,0 20 1,05
    3 0,0 0,0 0,0 10 1,02
    4 0,0 0,0 0,0 10 1
    5 0,0 0,0 0,0 10 1
    6 0,0 0,0 0,0 6 0,92
    7 0,0 0,0 0,0 4 0,89
    Summe 100 ml
  • Der Input von elektrischer Energie betrug 6,0 Watt. Der Output von Wasserstoff betrug 12,0 Watt. Der Output von Knallgas betrug 27,0 Watt. Die Gasproduktion lief nach Versuchsende weiter.
  • Durch die Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung, Speicherung, Aufladung und Verwendung von Energie geschaffen, wobei die Energie durch Ionendestabilisierungselektrolyse von insbesondere Wasser gewonnen wird, in dem sich wasserstoffhaltige und/oder OH-gruppenhaltige Stoffe befinden und Wasserstoff und OH-Gruppen an diesen Stoffen in Ionenbindung und/oder geringerer Bindung anhaften. Das Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß sich in einer Vorrichtung H+- bzw. OH–-tragendes Material, beispielsweise Ionentauschermaterial, in Wasser verteilt befindet. Bei externer Stromzufuhr findet eine Ionendestabilisierungselektrolyse am Wasser und den eingebrachten Stoffen statt. Damit erfährt das System neben der Erzeugung von Energie in Form von Wasserstoff und/oder Knallgas eine Aufladung in Form einer Energiespeicherung. Diese Energiespeicherung wird nach Abschaltung der externen Stromquelle zur Fortführung der Energiegewinnung in Form von Wasserstoff und/oder Knallgas in der Vor richtung genutzt. Stattdessen oder zusätzlich kann die aufgeladene gespeicherte Energie als Stromquelle für andere Zwecke Verwendung finden.
  • Dementsprechend wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine bestimmte Dauer Strom aus einer externen Stromquelle zugeführt. Dabei tritt Gasentwicklung (Elektrolyse) und Stromspeicherung ein. Danach wird die externe Stromquelle abgeschaltet. Die Vorrichtung läuft mit internem Stromfluß weiter, so daß ohne externe Stromzufuhr Gas gebildet wird.
  • Nach einem internen Spannungsabfall in der Vorrichtung kann die externe Stromquelle wieder für eine bestimmte Zeit zugeschaltet werden, bis ein bestimmter Spannungsaufbau im System stattgefunden hat. Dann kann die externe Stromquelle wieder abgeschaltet werden. Dies kann durch eine Computersteuerung erfolgen.
  • Das System kann zur Gaserzeugung genutzt werden. Es kann allerdings auch zur Gaserzeugung und zur Energieaufladung genutzt werden. Ferner ist es möglich, das System zur Aufladung zu nutzen und anschließend als Batterie zu verwenden. Das System kann zur Aufladung genutzt und anschließend als Kondensator verwendet werden. Als Ionentauschermaterial kann ein Material mit H-Endgruppen oder mit OH-Endgruppen verwendet werden oder eine Mischung aus diesen beiden Materialien. Es ist ferner möglich, auch andere Materialien zu verwenden, die H-Endgruppen oder OH-Endgruppen oder beide Endgruppen enthalten. Die H-Gruppen und/oder die OH-Gruppen können durch zugeführte Energie abtrennbar sein. Es ist möglich, daß die Gasentwicklung, Kapazität, Aufladung usw. durch die Temperatur, Druckbeeinflußung, Bauweisen der Systeme, Verteilungszustände der eingebrachten Stoffe oder andere bekannte Maßnahmen, wie z.B. bei Batterien oder Kondensatoraufladung üblich, beeinflußt werden. Die externe Stromzuführung kann durch Gleichstrom und/oder durch Wechselstrom erfolgen.
  • Bei den durchgeführten Versuchen hat sich gezeigt, daß die auf den Röhren verbleibende Spannung abgeführt werden kann, beispielsweise durch eine Glühbirne von beispielsweise 4 Volt. Die Spannung auf den Röhren fällt daraufhin sehr schnell ab, erhöht sich aber bei Wegnahme bzw. Abschaltung der Glühbirne bzw. des sonstigen Verbrauchers sehr schnell wieder, allerdings nicht mehr auf die ursprüngliche Höhe. Weiterhin hat sich gezeigt, daß bei einem den Röhren angepaßten Input (Zuführung von elektrischer Energie) die besten Ergebnisse erzielbar sind mit Wirkungsgraden von über 1, selbst wenn man Wasserstoffgas und nicht Knallgas betrachtet. Die besten Werte wurden bei geringer Stromzufuhr von geringer Dauer erzielt. Ein zu langer Stromeintrag führte zu schlechteren Werten.
  • Bei den Versuchen Nr. 1 bis 5 wurde jeweils die Restspannung vor Versuchsbeginn abgeführt, und zwar durch den Anschluß einer Glühbirne. Bei den Versuchen Nr. 6 und 7 erfolgte keine Spannungsabführung. Bei diesen Versuchen wurden bessere Ergebnisse erzielt, also eine höhere Ausbeute an Knallgas.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer Gase, bei dem eine Flüssigkeit elektrolytisch behandelt wird, in der ein Ionenaustauscher vorhanden ist, dem das oder eines der herzustellenden Gase anhaftet, wobei der Flüssigkeit elektrische Energie zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend die Zuführung der elektrischen Energie unterbrochen wird und daß nach einer Unterbrechung der Zuführung der elektrischen Energie der Flüssigkeit erneut elektrische Energie zugeführt wird.
  2. Verfahren zur Speicherung von elektrischer Energie, bei dem eine Flüssigkeit elektrolytisch behandelt wird, in der ein Ionenaustauscher vorhanden ist, dem das oder eines der herzustellenden Gase anhaftet, wobei der Flüssigkeit elektrische Energie zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend die Zuführung der elektrischen Energie unterbrochen wird und daß nach einer Unterbrechung der Zuführung der elektrischen Energie der Flüssigkeit erneut elektrische Energie zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend die Zuführung der elektrischen Energie erneut unterbrochen und/oder beendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte nach einem der vorhergehenden Ansprüche wiederholt durchgeführt werden.
  5. Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung eines oder mehrerer Gase und/oder zur Speicherung von elektrischer Energie, bestehend aus einem Behälter (1) mit einer positiven Elektrode (6) und einer negativen Elektrode (7), an die eine elektrische Energiequelle (13) anschließbar oder angeschlossen ist, und mit einer Flüssigkeit (9), in der ein Ionenaustauscher (10) vorhanden ist, dem das oder eines der herzustellenden Gase anhaftet, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Elektroden (6, 7) und/oder mehrere Vorrichtungen nach Anspruch 5 parallel und/oder in Reihe geschaltet sind.
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