DE68916022T2

DE68916022T2 - Verfahren zur herstellung von wasserstoffgas.

Info

Publication number: DE68916022T2
Application number: DE68916022T
Authority: DE
Inventors: Kenji Kimoto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-02-22
Filing date: 1989-02-22
Publication date: 1994-10-27
Anticipated expiration: 2009-02-23
Also published as: EP0417279B1; EP0417279A4; DE68916022D1; WO1990009956A1; EP0417279A1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren, das leicht Wasserstoffgas erzeugen kann, ohne daß irgendeine spezielle Anlage erforderlich ist.
Die Energiesituation der letzten Zeit hängt hauptsächlich zwangsläufig von Erdöl- und Kohlequellen für die Wärmeenergie ab. Sowohl Erdöl als auch Kohle verursachen Luftverschmutzungsprobleme, die durch Abfallgas verursacht werden, das erzeugt wird, wenn sie verbrannt werden. Es wird bereits verstanden, daß zur Lösung von Problemen der Verteilung einer solchen Luftverschmutzung, die durch Abgase verursacht wird, die Verwendung von Wasserstoffgas als reine Energie unbedingt verwertet und entwickelt werden muß.
Gebräuchliche und existierende Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoffgas verwenden Wärme oder elektrische Energie wie bei der Wasserelektrolyse. Jedoch besteht eine allgemeine und bestimmende Meinung von industriellen Gruppen in Bezug auf diese Verfahren darin, daß sie für die praktische Anwendung zu hohe Kosten erfordern, und daher hat die Verallgemeinerung derartiger Verfahren viel Zeit beansprucht. Darüber hinaus wird das erhaltene Wasserstoffgas bei den konventionellen Verfahren zugeführt, indem die Zufuhr in einen druckgeprüften Zylinder (Bombe) gefüllt wird. Derartige Zylinder sind schwer und mit ihnen müssen vorbeugende Maßnahmen gegen eine Gasexplosion ergriffen werden. Somit haben die konventionellen Verfahren Probleme, die gelöst werden müssen.
US-A-27 21 789 betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoffgas, bei dem Aluminium und Ätznatron zu Wasser gegeben werden.
Aus Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie Band "Aluminium", Teil A, Seiten 408-413 (953) ist bekannt, daß Wasserstoffgas durch die Reaktion von Aluminium mit der wässrigen Lösung einer Alkalisubstanz (Kaliumhydroxid) erzeugt wird.
Der Zweck dieser Erfindung liegt darin, die oben erwähnten Probleme zu lösen, und ein Verfahren zur leichten Erzeugung von Wasserstoffgas in einer ausreichenden Produktionsrate anzugeben, indem nur Wasser zu einer Mischung zugegeben wird, wobei das Verfahren die leichte Lagerung von Mischungen für die Erzeugung von Wasserstoffgas ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoffgas ist dadurch gekennzeichnet, daß gebrannter Dolomit, Aluminium und Wasser zusammen vermischt werden und zur Bildung von Wasserstoffgas reagieren können.
Gebrannter Dolomit, wie er hierin bezeichnet wird, ist ein kalziniertes Dolomiterz. Die Brenntemperatur des Dolomiterzes ist nicht besonders kritisch, aber ist bevorzugt bei einer Temperatur von mehr als 800ºC und mehr bevorzugt bei einer Temperatur von ungefähr 1200ºC.
Gebrannter Dolomit wird in Fragmenten geeigneter Größe verwendet. Wenn eine große Menge Wasserstoffgas in einer kurzen Zeit erwünscht ist, werden kleine Teilchen von Dolomit, nämlich pulverförmiges Dolomit, vorzugsweise verwendet und im entgegengesetzten Fall werden grobe Teilchen aus Dolomit, nämlich mit einem Durchmesser von mehr als 1 mm, vorzugsweise verwendet. Bevorzugt haben Dolomitteilchen einen Druchmesser von ungefähr 5 um.
Als Aluminium kann auf dem Markt verfügbares metallisches Aluminium üblicherweise verwendet werden. Die Reinheit des Aluminiums ist nicht besonders beschränkt, aber nahezu 100% gereinigtes Aluminium ist schwach bezüglich der Reaktion, und dazu kann vorzugsweise 90% bis 98%iges gereinigtes Aluminium verwendet werden. Weniger gereinigtes Aluminium kann entsprechend verschiedenen Zwecken verwendet werden.
Aluminium kann in geeingeten Größen verwendet werden, die den Größen des gebrannten Dolomits ähnlich sind. Üblicherweise können Aluminiumpulver und Aluminiumfolie, die zu einer geeigneten Größe geschnitten sind, im allgemeinen verwendet werden. In Stücke geschnittenes Aluminium und granuliertes Aluminium können entsprechend den verschiedenen Zwecken verwendet werden.
In dieser Erfindung wird Wasserstoffgas durch Zugabe von Aluminium zu gebranntem Dolomit, aufgelöst in Wasser, erzeugt. Wasserstoffgas wird ebenso durch Zugabe von Wasser zu einer Mischung aus gebranntem Dolomit und Aluminium erzeugt.
Diese Erfindung ermöglicht, wie oben erwähnt, die natürliche Erzeugung von Wasserstoffgas nur durch das Mischen von gebranntem Dolomit mit Wasser, durch Zugabe von Aluminium dazu und durch langsames Rühren der Mischung. Da Wasserstoffgas durch Gießen von Wasser in eine Mischung von gebranntem Dolomit und Aluminium erzeugt wird, kann die resultierende Mischung demzufolge gewissermaßen als Wasserstoffgas-gelagerte Legierung angesehen werden. Was sich beachtlich von der existierenden gas-gelagerten Legierung unterscheidet, ist, daß diese Wasserstoffgas-gelagerte Legierung Wasserstoffgas nur durch die Zugabe von Wasser erzeugen kann, was schwierige Vorgehensweisen zum Lagern von Wasserstoffgas ohne das Erfordernis irgendeiner speziellen Anlage erspart. Demzufolge können die Anlagekosten stark vermindert werden.
Wenn das Aluminium vollständig verwendet wird, hört die Erzeugung von Gas auf. Um die chemische Reaktion zu beschleunigen und um eine effektivere Geschwindigkeitsrate der Reaktion zu bewirken, sollen Metallpulver, die leicht zu oxidieren sind und die bezüglich ihrer Fähigkeit zur Entfernung von Sauerstoff gut sind, zugegeben werden. Dies basiert auf der Reaktion mit der anregenden Energie. Metalle mit einer starken Fähigkeit zur Entfernung von Sauerstoff umfassen z.B. Natrium, Kalium. Diese Metalle können in der Form von Hydroxid, etc. verwendet werden.
Die nach dem Ende der chemischen Reaktion erhaltenen Reste, die nach der Entfernung von Wasser getrocknet sind, können in Substanzen wie Keramiken und fernes Infrarot-Materialien umgewandelt werden, die besser sind als jegliche andere bekannte Substanz.
Gebrannter Dolomit und Aluminium reagieren nicht, wenn Wasser nicht vorhanden ist. Daher ist es insbesondere vorteilhaft, daß dann, wenn beide in dem Zustand zugeführt werden, in dem sie zu geeigneten Größen gebrochen sind, und wenn sie vermischt und wasserdicht gepackt sind, Wasserstoffgas nur durch Gießen von Wasser in die Mischung in einer geeigneten Wasserstofferzeugungsanlage erzeugt werden kann. Das bei dieser Erfindung verwendete Wasser kann Leitungswasser oder irgendeine andere Art von Wasser sein.
Die Erläuterung von Beispielen dieser Erfindung wird nachfolgend gegeben. Diese Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.

Beispiel 1

Ein Loch von etwa 2 mm wurde in der Mitte des Deckels eines zylindrischen Zinnbehälters mit einer Kapazität von 700 cm³ gemacht (eine japanische Zinnkanne). Aluminiumfolie (für den Hausgebrauch, 25 cm breit x 25 cm lang), in winzige Stücke geschnitten, wurde in eine gut gerührte Aufschlämmungslösung aus 200 cm³ gebranntem Dolomitpulver und 200 cm³ Wasser in dem Behälter gegeben, und dann wurde der Deckel darauf fixiert, nachdem die resultierende Lösung aus Aluminiumfolie, Dolomit und Wasser ausreichend vermischt war.
Nach 3 oder 4 Sekunden wurde eine chemische Reaktion verursacht, und Wasserstoffgas entwickelte sich. Nach einem Moment begann das Wasserstoffgas, durch das Loch in dem Deckel zu gelangen, als ein Feuer an der Spitze eines kleinen Stabes gemacht und in die Nähe des Loches gebracht wurde, wo der Deckel mit einem großen Geräusch nach oben geblasen wurde. Als Wasserstropfen auf dem Deckel gefunden wurden, wurde die Feststellung gemacht, daß dort Wasserstoffgas erzeugt war. Die gleiche Reaktion dauerte ungefähr 30 Sekunden, währenddessen Wasserstoffgas erzeugt wurde.

Beispiel 2

Die folgenden Materialien wurden hergestellt:
(1) Ein 500 ml Glasbehälter (ein konischer Kolben) wurde mit einem Gummistopfen versehen. In den Gummistopfen wurden zwei Löcher gemacht. Ein Thermometer soll in eines der Löcher eingeführt, und ein Glasrohr zum Sammeln von Gas in das andere Loch eingeführt werden. Hier wurde ausreichende Vorsicht angewandt, so daß Gas nicht durch die Löcher oder den Gummistopfen durchgehen konnte. Ein Gummirohr, das auf das obere Ende des Glasrohres eingesetzt werden sollte, ist so bemessen, daß es etwa 50 cm lang ist.
(2) 50 g von fein vermischtem gebranntem Dolomitpulver und 10 g Aluminiumpulver werden in einen wärmeresistenten Segeltuchbeutel gegeben. Die Öffnung des Beutels wird geschlossen. Als Aluminium wird atomisiertes Aluminiumpulver verwendet.
(3) Gassammelglasbehälter
(4) 200 ml Wasser.
200 ml Wasser (Punkt (4)-Leitungswasser wurde in diesem Beispiel verwendet) wurden in einen Gassammel-Glasbehälter (Punkt (1)) gegossen, worin der in Punkt (2) bezeichnete Beutel angeordnet wurde, wobei ein minimaler Anteil an Luft darin gelassen wurde. Nachdem die obigen Vorgehensweisen durchgeführt wurden, wurde der in Punkt (1) bezeichnete Gummistopfen auf den Glasbehälter fixiert. Nach etwa 20 Sekunden erfolgte eine chemische Reaktion, und Wasserstoffgas wurde gebildet. Nach etwa 3 Minuten wurde die Reaktion stärker, und demzufolge wurde mehr Wasserstoffgas erzeugt. Das erzeugte Wasserstoffgas wurde in dem Gassammelbehälter, der in Punkt (3) bezeichnet ist, gesammelt, indem die Spitze des Gummirohres, das in Punkt (1) bezeichnet ist, in den Gassammelbehälter eingetaucht wurde. Die Reaktion dauerte mit graduellem Nachlassen etwa 10 Minuten, und nach 30 Minuten hörte die Reaktion auf. Das während der Erzeugung von Wasserstoffgas erzeugte Wasserstoffgas lag in einer Gesamtmenge von 8 Litern vor. Die Konzentration des gesammelten Wasserstoffgases war dann 98% bis 98,5%. Die höchste Wärme, die bei dieser Reaktion aufgezeichnet wurde, war nahezu 90ºC.

Beispiel 3

Es wird angenommen, daß in den Resten, die nach dem Aufhören der Wasserstoffgaserzeugungsreaktion zurückgelassen werden, Aluminat enthalten ist. Aluminat kann durch Hochgeschwindigkeitszentrifugalmaschine (15.000 Upm) erhalten werden. Da alle Reste, die nach dem Aufhören der Wasserstoffgaserzeugungsreaktion zurückbleiben, wärmeresistente Materialien sind, können sie als hochtemperaturwärmeresistentes Material in gewünschten Formen direkt nach dem Trocknen oder Brennen bei noch höheren Temperaturen verwendet werden. Diese Reste haben auch einen großen Wert für die Verwendung als Oxide.
Wie aufgrund der obigen Darlegung ersichtlich ist, wird, wenn die Reste als wärmeresistente Materialien erzeugt werden, das Wasserstoffgas als ein Nebenprodukt erzeugt, so daß es möglich wird, die Kosten der Wasserstoffgaserzeugung zu vermindern, und mit irgendeiner anderen Energieart bezüglich des Preises zu konkurrieren.
Die chemischen Reaktionsschemata der Erzeugung von Wasserstoffgas gemäß dieser Erfindung sind nachfolgend für die Erläuterung gezeigt.
2Al + 2Ca(OH)&sub2; + H&sub2;O T Ca&sub2;Al&sub2;O&sub5; + 3H&sub2;
2Al + 2Mg(OH)&sub2; + H&sub2;O T Mg&sub2;Al&sub2;O&sub5; + 3H&sub2;O

Beispiel 4

Gebranntes Dolomitpulver (200 Mesh Teilchengröße) und Aluminiumpulver (200 Mesh Teilchengröße), atomisiert, jeweils in einer Menge von 500 g, wurden vermischt, und in einem hochdichten Polyethylenbeutel bei Raumtemperatur 3 bis 6 Monate hermetisch abgeschlossen gehalten. Dann wurde nach 3 bis 6 Monaten diese Mischung aus dem entsprechenden Beutel herausgenommen und in einen Wasserstoffgassammelbehälter gegeben, worin Wasser gegossen wurde. Die Erzeugung von Wasserstoffgas wurde beobachtet. Die Menge an zu diesem Zeitpunkt erzeugtem Wassergas ist die gleiche wie die, die erzeugt wurde, bevor die Mischung in dem angegebenen Polyethylenbeutel gehalten wurde.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoffgas, dadurch gekennzeichnet, daß gebrannter Dolomit, Aluminium und Wasser vermischt werden.

2. Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoffgas nach Anspruch 1, worin der gebrannte Dolomit Dolomiterz ist, das bei einer Temperatur von wenigstens 800ºC kalziniert wird.

3. Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoffgas nach Anspruch 2, worin der gebrannte Dolomit Dolomiterz ist, das bei einer Temperatur von annähernd 1200ºC kalziniert ist.

4. Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoffgas nach Anspruch 1, worin Aluminium mit gebranntem Dolomit in Wasser vermischt wird.

5. Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoffgas nach Anspruch 1, worin Wasser in eine Mischung aus gebranntem Dolomitpulver und Aluminiumpulver gegossen wird.

6. Zusammensetzung, umfassend gebrannten Dolomit und Aluminium.

7. Zusammensetzung nach Anspruch 6, worin der gebrannte Dolomit Dolomiterz ist, das bei einer Temperatur von wenigstens 800ºC kalziniertist.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 7, worin der gebrannte Dolomit Dolomiterz ist, das bei einer Temperatur von etwa 1200ºC kalziniert wird.

9. Zusammensetzung nach Anspruch 6, worin der gebrannte Dolomit und Aluminium Pulver sind.