DE2945841A1

DE2945841A1 - Verfahren zur herstellung von wasserstoff

Info

Publication number: DE2945841A1
Application number: DE19792945841
Authority: DE
Inventors: Masahiro Suzuki
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1979-11-13
Publication date: 1980-05-22
Also published as: JPS5567502A; US4269818A; US4340580A; CA1153870A

Description

DR. BERG niPI -ING. STAPF DIPL-ING SCHVVABF DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE Postfach 860245 · 8000 München

Di Berg Dipl -Ing SUpf und Partner. P O Box 8602 45. 8000 München 86 '

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Unser Zeichen Our ref

30

Mauerkircherslraße 45.. -, ., Vx-,-, Λ f\1 r

8000 MÜNCHEN 80 13 · ' O Vember 197S

Anwaltsakte-Nr.: 30

Γ 3 Υ.μ:·>;·1'·π, K.akofawa-rihi , Japan

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X/R

MO89I9882 72 988273 988274 983310

Telegramme BERCiSTAPFPATENT München

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BankVonicn Hvpo-Bank München 44IOI228V' (Bl/ 7W12HOIM Snift Code: ΙΠ PO I)I MM ^{Bayer Xcreiriillank} München 453100 (HI 7 W2<\'7()| Postscheck München 65343-808 (Bl 7 70tl IIKlKDl

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff, und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff auf eine sehr einfache Weise, die leicht für praktische Zwecke angewandt werden kann, ohne irgendeine Verunreinigung der Atmosphäre zu verursachen, wobei man Wasserstoff in einer hohen Ausbeute mit einer extrem hohen Reinheit erhält.

In den letzten Jahren wurde Wasserstoff als möglicher Kraft stoff in i-etracht gezogen. Bei der Verbrennung liefert Wasserstoff keine Substanzen, die zu einer Verunreinigung der Atmosphäre führen, wie beispielsweise Schwefeloxide und Stickstoffoxide. Sofern Wasserstoff nicht nachlässig gehandhabt wird, ist er sicher und besitzt hervorragende Eigenschaften als Kraftstoff.

Für die Herstellung von Wasserstoff wurden bisher Verfahren entv;i ekel t, die auch Arbeitsweisen im großtechnischen Maßstab einschließen, wie beispielsweise das Verfahren zur Wasserelektrolyse, das Verfahren zur Modifizierung von Erd- ;:?.iE und KoJcereigafi, und dac Verfahren, das die Sokundärproduiri. ion von Wasserstoff verwendet, der bei der Alkalielektj'oly ::;e anf\^;; Ll t.

Alle diese Verfahrensweisen erfordern unvermeidlich die Be-

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reitstellunc von Anlagen großer Dimensionen und neigen zur Bildung von die Luft verunreinigenden Substanzen.

Als ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff ist die Reaktion von Magnesium mit Wasser bekannt. Diese Reaktion wird durch die nachfolgende chemische Gleichung erläutert:

Mg + 2 H₂O ■*■ Mg(OH)₂ + H₂

Bei dieser Reaktion wird auf der Oberfläche des Magnesiums Magnesiumhydroxid gebildet, das einen weiteren Kontakt von Magnesium mit Wasser verhindert, so daß die Reaktion zum Stehen gebracht wird und demzufolge die Bildung von Wasserstoff ebenfalls aufhört.

Bezüglich dieser Reaktion, wie sie in der britischen Patent schrift 579 246 offenbart wurde, ist es bekannt, daß dann, wenn das in der Reaktion der vorstehenden chemischen Gleichung eingesetzte Magnesium in Form einer Mischung oder Legierung mit einem Metall wie Eisen, Nickel oder Kupfer hergestellt worden ist, die Reaktionsgeschwindigkeit in Richtung des rechten Teils der Gleichung beschleunigt und die erzeugte Wasserstoffmenge in angemessenem Verhältnis erhöht wird.

Jedoch ist es nicht immer leicht, Magnesium für die Verwen-

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-X-

dung in der Reaktion in Form einer Mischung· oder Legierung mit beispielsv/eise Eisen, Nickel oder Kupfer, herzustellen.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff mittels eines einfachen Verfahrens ohne irgendeine Verunreinigung der Atmosphäre zu schaffen, bei welchem man Wasserstoff in hoher Ausbeute mit einer hohen Reinheit erhält.

Es wird ferner gemäß der vorliegenden Erfindung angestrebt, Wasserstoff herzustellen, ohne großdimensionierte Anlagen zu verwenden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung stellt man Wasserstoff her, indem man ein Magnesiumstück in eine elektrolytische Lösung eintaucht, die beispielsweise Nickel, Chrom, Mangan, Eisen oder Platin enthält, und anschließend das Magnesiumstück in eine Neutralsalz-Lösung eintaucht. Darüber hinaus wird Wasserstoff gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt, indem man das Magnesiumstück eine gewisse Zeit in Kontakt mit einem Metall, wie Nickel, Platin oder Eisen, in einer Neutralsalz-Lösung hält, und anschließend das Magnesiumstück in eine andere Neutralsalz-Lösung bringt. Bei dem letztgenannten Verfahren kann die Erzeugung von Wasserstoff beschleunigt werden, wenn man das Magnesiumstück und

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das Metall mit einer Glei chcspannun'-souelle vor dem Eintauchen des Magnesiumstücks j η J ic zweite Meutralsalz-Lcsung verbindet.

Ganz allgemein basiert die vorliegende Erfindung; auf der Zersetzung von Wasser gemäß der oben erläuterten Reaktionsgleichung:

Mg + 2 H₂O ■*■ Mr-(OU)₂ + Ii₂

Diese Reaktion ivJrt jedoch auf, sobald Magnesiumhydroxid auf der Oberfläche des Magnesiums gebildet wird, so daß in der Praxis die nach dieser Reaktion erzeugte !.'asserstoffrnenge extrem klein ist. Gemäi? der vorliegender. Erfindung v.'ird Magnesium in Fora eines lands, einer Platte oder in Form von Magnesiumtei lchen in eine el ektrolyt i r-che Lösung eingetaucht, die beispielsweise nickel, Chrom, Mangan, !■"isen oder Platin enthalt. Durch da;·. I'intnuchen von Magnesiuüi in die elektrolytic-che Lösu;:;- v;ir.i die 'iberfläche des ' :'i..':neüiunic elektrochemisch aktiviert, und er- v.'ird, wenn las :;o lehatnielte ' !/.ignesium in -ί ne irir.^rrir», neutrale "a 1 7.1 ösun;;;, wie v;^:'sner i ;'o Lösunr^r, von ^<;a⁽"'l, FCl, MapSOj. • '.der i.^oOj , odoi¹ Meerwasser, ei ngetaucht wird, Wasserstoff fortlaufend lebhaft entwickelt. Fin signifikantes Merkmal liest r Aktivierung besteht darin, da.'-, soKald das Magnesiu:'! in der vorstehend erv.'ähnten Weir;(^:- aktiviert worden ist, das .lagnesiuii; nicht länger mehr deaktiviert wird.

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In einem anderen Verfahren zur Aktivierung von Hagnesium gemäß der vorliegenden Erfindung wird .Magnesium in Kontakt mit beispielsweise einer Eisenplatte oder einer Eisenschale in die oben erwähnte wässerige Neutralsalz-Lösung eingetaucht. Wenn man ein Magnesiumstück in Kontakt mit beispielsweise der Eisenplatte in die wässerige Meutralsalz-Lcsung eintaucht, wird das Magnesiumstück aktiviert, wobei seine Oberfläche mit der Zeit eine schwärzliche Farbe annimmt. Sobald die Oberfläche des Magnesiums die schwärzliche Farbe angenommen hat, ist das Magnesium zum größten Teil aktiviert.

Diese Aktivierung kann beschleunigt werden, wenn man das Magnesiumstück und die Eisenplatte für eine kurze Zeit mit einer Gleichspannungsquelle mit einer Spannung im Bereich von 5 V bis 200 V verbindet.

Wenn man das so aktivierte Magnesium dann in die wässerige Neutralsalz-Lösung oder in Heerwasser eintaucht, wird Wasserstoff in lebhafter I/eise gebildet.

Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff, indem man ein Stück Magnesium in eine elektrolytische Lösung eintaucht, die beispielsweise Nickel, Chrom, Mangan, Eisen oder Platin ent-

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hält, und anschließend das iia;.;nesiumot ück in eine üeutralsalz-Losuntj, die beispielsweise iiaCl oder PX'l enthält, oder in Meerwasser, eintaucht. Darüber hinaus wird V/asserstoff erzeugt, wenn man ein Magnesiumstück in Kontakt mit einem Metall, wie beispielsweise Eisen, in der Meutralsalz Lösung eine gewisse Zeit lang hält und anschließend das Magnesiumstück in eine andere iNeutralsalz-Lösung bringt. Bei dem letztgenannten Verfahren kann die Erzeugung von Wasserstoff beschleunigt v/erden, indem man das Magnesiumstück und das Metall mit einer Gleichspannungsquelle im Bereich von 5 V bis 200 V während einer kurzen Zeit verbin det, bevor das Magnesiumstück in die zweite Meutralsalz-Lösung eingetaucht wird.

Die vorliegende Erfindung wird nun in spezifischer Weise anhand von bevorzugten Ausführungsformen und Vergleichsbei spielen beschrieben. Die nachfolgenden Beispiele dienen lediglich zur Erläuterung der Erfindung und sollen diese in keiner Weise beschränken.

B e i s ρ i el 1

Ein Magnesiumband mit einer Breite von 3,2 mm und einem Gewicht von 1,2 g wurde in 200 ml einer Mickelelektrolyt-Losung (nichtelektrodische Nickel-Plattierungsflüssigkeit für rostfreien Stahl, hergestellt von der Firma Pack Co.,

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-y-

Ltd.) während eines Zeitraums von 10 Sekunden eingetaucht, so daß Nickel in der elektrolytischen Nickellüsung auf der überfläche des Magnesiumbands abgeschieden wurde. Das Magnesiumband wurde aus der elektrolytischen Kickellösung herausgenommen und dann in 1000 ml einer wässerigen Lösung von MaCl mit einem Gehalt von etwa 50 g NaCl eingebracht. Das Magnesium wurde unter heftiger Wasserstoffentwicklung in Magnesiumhydroxid überführt. Das Verhältnis zwischen dem bis zum jeweiligen Zeitpunkt gebildeten Volumen an erzeugtem Wasserstoff und der verstrichenen Zeit ab dem Eintauchen des Bandes in die wässerige NaCl-Lösung ist nachfolgend wiedergegeben:

Zeit (min) 10 30 *J0 60 80

Beispiel 2

Ein Magnesiumband mit einer Breite von 3,2 mm und einem Gewicht von 1,0 g wurde in 200 ml der in Beispiel 1 eingesetzten elektrolytischen Nickellösung ^O Sekunden lang eingetaucht, so daß Nickel aus der elektrolytischen Nickellösung auf der Oberfläche des Magnesiumbandes abgeschieden wurde. Nach Entfernen des Magnesiumbandes aus der elektrolytischen Nickellösung und Einbringen desselben in 1000 ml Meerwasser wurde Wasserstoff wie folgt gebildet:

- /9 030021/0875

10	30	40	50	60	80
82	621	840	921	952	965

Zeit (min)

Gebildetes Volumen
an Wasserstoff (ml)

Beispiel 3

Ein Magnesiumband mit einer Breite von 3,2 mm und einem Gewicht von 1,6 g wurde in 200 ml der gleichen elektrolytischen Nickellösung, v;ie sie in Heispiel 1 eingesetzt worden war, 10 Sekunden lang eingetaucht, so daß Nickel auf der Oberfläche des Magnesiumbandes abgeschieden wurde. Wenn man das so behandelte Magnesium in Wasserleitungswasser eintauchte, wurde Wasserstoff erzeugt, jedoch war dessen Bildung nach 10 Minuten beendet.

Beispiel 4

Eine Magnesiumplatte mit einem Gewicht von 1,1 g wurde in 1000 ml einer lmolaren wässerigen Lösung von Eisen(III)-chlorid für einen Zeitraum von 10 Sekunden eingetaucht. Wenn man die Magnesiumplatte in 1000 ml einer wässerigen KaCl-Lösung mit einem Gehalt von 50 g NaCl einbrachte, wurde Wasserstoff wie folgt gebildet:

Zeit (min) 10 30 50 60 80

Gebildetes Volumen

_p
an Wasserstoff (ml) ^id) ^r'^ ^l '^

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Anstatt von I:',isen(III )-chlorid wurden in diesem Beispiel Licen(Il)-chlorid, NickelcMorid, Nickelsulfat, Chromchlorid beziehungsweise Manganchlorid verwendet. Die Ergebnisse zeigten, daß beinahe die gleiche h'asserstoffmenge wie im Falle von Eisen(Ill)-chlorid gebildet wurde. Darüber hinaus wurde in diesem Beispiel anstelle einer wässerigen NaCl-Lösung eine wässerige Ila-SO^-Lösung verwendet. Die gebildete Wasserstoffinenge war ebenfalls beinahe die gleiche wie in den übrigen Fällen dieses Beispiels.

Beispiel 5

13jO g einer wässerigen, 0,5n-H_?PtCl^-Lösung wurde mit Wasser auf ein Volumen von 100 ml verdünnt. 1,6 g Magnesiumteilchen wurden in die vorstehend beschriebene wässerige HpPtClß-Lösunc für einen Zeitraum von 5 Sekunden eingetaucht und dann in 1000 ml Meerwasser eingebracht. Wasserstoff wurde wie folgt gebildet:

Zeit (min) 10 30 50 60 80

Gebildetes Volumen _{68 6 68}

an Wasserstoff (ml)

Wenn man in diesem Beispiel eine Magnesiumplatte anstelle von Magnesiumteilchen verwendete, wurde beinahe die gleiche Wasserstoffmenge wie bei der Verwendung von Magnesiumteilchen gebildet.

- /11 -

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Wenn man darüber hinaus in diesem Beispiel anstelle von Meerwasser 1000 ml einer wässerigen KCl-Lösung mit einem Gehalt von 60 g KCl einsetzte, war das Ergebnis bezüglich der Wasserstoffbildur.g beinahe das gleiche wie in den übrigen Fällen dieses Beispiels.

Beispiel 6

In einen Behälter mit einem Fassungsvermögen von 1,5 Liter mit 1000 ml einer wässerigen NaCl-Lösung mit einem Gehalt von 50 g NaCl wurde eine Eisenschale derart eingebracht, daß die Eisenschale vollständig in der wässerigen NaCl-Lösung eingetaucht war. In der Eisenschale wurde eine Magnesiumplatte mit einem Gewicht von 1,2 g so placiert, daß sie mit dem Boden der Eisenschale Kontakt hatte und gleichzeitig ebenfalls vollständig in die wässerige MaCl-Lösung eingetaucht war. Sobald die Oberfläche der Magnesiumplatte sich schwärzlich verfärbte, wurde sie aus dem Behälter entnommen und dann in einen anderen Behälter eingebracht, der 1000 ml einer wässerigen NaCl-Lösung mit einem Gehalt von 50 g NaCl enthielt. In diesem Fall wurde V/asserstoff wie folgt gebildet:
Zeit (min) 20 30 40 50 60 80 100 120

712 86H ₉l6

- /12 -

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- ye -

In diesem Beispiel kann die gleiche wässerige MaCl-Lösung verwendet werden, ohne daß man die Magnesiumplatte in einen anderen Behälter überführen muß.

Weiterhin erzielte man in diesem Beispiel nahezu die gleiche Menge an gebildetem Wasserstoff, wenn man die Magnesiumplatte in 1000 ml Meerwasser eintauchte.

Beispiel 7

In einen Behälter mit einem Fassungsvermögen von 1,5 Liter, der 1000 ml Meerwasser enthielt, wurde ein Magnesiumband mit einem Gewicht von 1,2 g und ein Eisenstück mit einem Gewicht von 10 g eingebracht. Die Magnesiumplatte und das Eisenstück wurden mit einer Gleichspannungsquelle mit einer Spannung von 12 V 120 Sekunden lang verbunden. Wenn man die Magnesiumplatte aus dem Meerwasser herauszog und in 1000 ml einer wässerigen KCl-Lösung mit einem Gehalt von 60 g KCl eintauchte, wurde Wasserstoff wie folgt gebildet: Zeit (min) 10 20 30 ^O 50 60 70 80 l"

anasseJ?i(mi) ¹²⁸ «» ?86 * °°<> * ⁰^ 1 «« 1 «« 1 "6

In diesem Beispiel wurden NaCl, Na₂SO^ beziehungsweise K₂SO^ anstelle von KCl verwendet. Die Ergebnisse zeigten, daß beinahe die gleiche Menge an Wasserstoff wie in dem

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anfänglich in diesem Beispiel geschilderten Versuch gebildet wurde.

Im Vergleich zu Beispiel 6 wurde beobachtet, daß sich die Magnesiumplatte leichter schwärzlich verfärbte.

Beispiel 8

Zum Vergleich mit den obigen Beispielen 1 bis 7 wurde eine Magnesiumplatte mit einer Breite von 3,2 mm und einem Gewicht von 1,1 g in 1000 ml Meerwasser eingetaucht. Es wurde jedoch kein Wasserstoff gebildet.

Beispiel 9

Zum gleichen Zweck wie in Beispiel 8 wurde eine Magnesiumplatte mit einer Breite von 3,2 mm und einem Gewicht von 1,0 g in 1000 ml Leitungswasser eingetaucht. Es wurde jedoch kein Wasserstoff gebildet.

Der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildete Wasserstoff hatte eine Reinheit, die besser als 99,999 % war.

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Claims

DR. BERG DIPI -ING. STaPF DIPL-ING. SCHWABE JR. UR. SANDMAIR Postfach 860245 · 8000 München 86 Or. Berg Dipl.-Ing. Slipf und Partner, P O Box 8602 45, 8000 München 86 ' Ihr Zeichen Unser Zeichen Mauerkircherstraße 45 Yourref. Our ref "JQ 531 8000 MÜNCHEN 80 I3. November Anwaltsakte-Nr.: 30 351 Masahiro Suzuki Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff durch Reaktion von Magnesium und Wasser, dadurch gekenn zeichnet daß man Magnesium in eine elektrolytische Lösung zur Aktivierung der Oberfläche des Magnesiums eintaucht, und das aktivierte Magnesium zur Erzeugung von Wasserstoff in eine neutrale, wässerige Salzlösung, oder in Meerwasser taucht.

2. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytische Lösung zumindest eines der Metalle aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Chrom, Mangan, Eisen und Platin enthält.

η ο Λ η ο λ / η D 7 R

Μ089) 988272 Telegramme: WJUVJA IfUOfO Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HVPO DE MM

988274 TELEX: Bayer Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270) 983310 05 24 560 BERG d Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

ORIGINAL INSPECTED

3. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die neutrale, wässerige Salzlösung ein neutrales Salz, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus NaCl, KCl, Na₃SO₁₄ und K₂SO₂J, enthält.

^. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff durch Reaktion von Magnesium und Wasser, dadurch gekenn zeichnet, daß man Magnesium in Kontakt mit einem
Eisenstück zur Aktivierung des Magnesiums in eine neutrale, wässerige Salzlösung eintaucht, bis sich die Oberfläche des eingetauchten Magnesiums schwärzlich verfärbt, und das Magnesium in eine neutrale, wässerige Salzlösung oder in Meerwasser zur Erzeugung von Wasserstoff eintaucht.

5. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesium und das Eisen zur Beschleunigung der Aktivierung mit einer Gleichspannungsquelle mit einer Spannung im Bereich von 5 V bis 200 V verbunden sind.

6. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die neutrale, wässerige Salzlösung ein neutrales Salz, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus NaCl, KCl, Na₂SOi₄ und
K₂SO₁₄, enthält.

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