4. Результаты тонкоплазменных экспериментов

Если молекулы воды оказываются в переменном электрическом поле и в высокотемпературном термическом поле одновременно при активном турбулентном течении, то процесс отделения протонов и атомов водорода от молекул воды становится хаотическим. В этом случае работают термический, электродинамический и механический процессы разрушения молекул воды. Наиболее вероятный процесс – отделение от молекул воды атомов водорода (рис. 92, а, b).

Рис. 92. Схема синтеза молекул водорода при электролизе воды:

a), b) - молекулы воды; c), d) - атомы водорода; e) - молекула ортоводорода

Как видно (рис. 92), в этом случае на термическое разрушение двух связей в молекулах воды расходуется (1,48х2)=2,96eV. При синтезе одной молекулы водорода выделяется 4,53eV энергии. На катоде в этом случае протекает реакция

. (299)

При плазменном электролизе воды процесс образования кислорода в зоне анода значительно менее интенсивен, чем при низковольтном электролизе, так как большая часть его выделяется в зоне катода вместе с водородом. При этом, если разрушение связей атома кислорода с атомами водорода в молекуле воды идет только термическим путем, то, как мы уже показали ранее, дополнительная тепловая энергия не генерируется. Поэтому показатель тепловой энергетической эффективности такого процесса будет равен (табл. 41) [109]

(300)

Таблица 41

Показатели	1	2	3	Сред.
1-масса раствора, прошедшего через реактор , г.	1100	1070	1060	1077
2-температура раствора на входе в реактор , град.	17	17	17	17
3-температура раствора на выходе из реактора , град.	22	22	22	22
4-разность температур раствора , град.	5	5	5	5
5-длительность экспер-та , с	300	300	300	300
6-количество оборотов диска счетчика за время опыта , об.	2,4	2,4	2,4	2,4
7-расход электроэнергии по показаниям счетчика (Примечание: 600 оборотов счетчика соответствуют 1кВтч электроэнергии) , кДж	14,4	14,4	14,4	14,4
8-показания вольтметра , В	140	140	140	140
9-показания амперметра , А	0,34	0,34	0,34	0,34
10-расход электроэнергии по показаниям вольтметра и амперметра , кДж	14,28	14,28	14,28	14,28
11-энергия нагревания раствора, , кДж	23,45	22,42	22,21	22,69
12-показатель эффективности реактора по показаниям счётчика	1,60	1,56	1,54	1,57
13-показатель эффективности реактора по показаниям вольтметра и амперметра	1,64	1,57	1,56	1,59

Рассмотрим ещё один вариант формирования молекул водорода из разрушенной молекулы воды. На рис. 92 а,b,c видно, что для отделения протона атома водорода от молекулы воды надо затратить 1,48 eV энергии. Мы уже показали, что при последующем синтезе двух атомов водорода выделяется (0,86x2)=1,72 eV энергии. Затем, при синтезе молекулы водорода - 4,53 eV энергии. Общее количество энергии в процессе синтеза двух атомов водорода и молекулы водорода составит 1,72+4,53=6,25 eV. При этом на катоде будут протекать реакции [109]:

(301)

где - протон.

В этом случае показатель тепловой энергетической эффективности будет равен (табл. 42) [109]

K= 6,25/2,96=2,11. (302)

Таблица 42

Показатели	1	2	3	Сред.
1-масса раствора, прошедшего через реактор , г.	1200	1230	1160	1197
2-температура раствора на входе в реактор , град.	20	20	20	20
3-температура раствора на выходе из реактора , град.	31,0	30,5	31,0	30,8
4-разность температур раствора , град.	11,0	10,5	11,0	10,8
5-длительность эксп-та , с	300	300	300	300
6-количество оборотов диска счетчика за время опыта , об.	4,44	4,44	4,44	4,44
7-расход электроэнергии по показаниям счетчика , кДж	26,64	26,64	26,64	26,64
8-показания вольтметра , В	40	40	40	40
9-показания амперметра , А	1,80	1,80	1,80	1,80
10-расход электроэнергии по показаниям вольтметра и амперметра , кДж	21,60	21,60	21,60	21,60
11-энергия нагревания раствора , кДж	55,31	54,11	53,46	54,29
12-показатель эффективности реактора по показаниям счётчика	2,08	2,03	2,01	2,04
13-показатель эффективности реактора по показаниям вольтметра и амперметра	2,56	2,50	2,47	2,51

Для эксперимента (рис. 93, табл. 42) использовался модифицированный плазмоэлектролитический реактор (рис. 88), настроенный на тонкоплазменный режим работы с турбулентным течением раствора. Методика эксперимента проста: электролитический раствор пропускается через электролитическую ячейку (реактор). Выделившаяся энергия определяется по разности температур раствора на входе и выходе из реактора, а затраченная - с помощью бытового счетчика электроэнергии, а также вольтметра и амперметра наивысшего класса точности. Потери энергии не учитывались, но чтобы их уменьшить стремились разность температур сделать небольшой.

Представим второй вариант расчета экспериментального результата (табл. 42), используя при этом не теоретические результаты расхода энергии на получение водорода, а экспериментальные. Один кубический метр водорода содержит 1000/22,4=44,64 молей молекулярного водорода или 89,28 молей атомарного водорода. При синтезе одного атома водорода выделяется 0,86 eV энергии, а при синтезе 89,28 молей атомов водорода выделится

(303)

Последующий синтез одного кубического метра водорода добавит

. (304)

Рис. 92. Схема синтеза атома (см. рис. 50) и молекулы водорода (см. рис. 53,а) в процессе электролиза воды: a), b) - молекулы воды; c), d) - атомы водорода; e) - молекула ортоводорода

Складывая энергии синтеза атомов и молекул водорода, получим (7322,3 + 19463,0) = 26785,3 кДж. Чтобы получить один кубический метр водорода по существующей технологии, необходимо затратить (4,0х3600)=14400 кДж. Показатель тепловой энергетической эффективности такого процесса электролиза составит (табл. 42) [109]

= (26785,3/14400)= 1,86. (305)

Если прибавить энергосодержание полученного водорода (90х142)=12780 кДж, то показатель общей энергетической эффективности будет таким [109]

= (39565,3/14400)=2,75. (306)

При анализе плазмоэлектролитического процесса надо учитывать тот факт, что при некоторых режимах работы реактора вода в зоне катода разрушается не только на водород и гидроксил , но также на водород и кислород. В этом случае разрушается ион . Мы уже показали, что электродинамическая энергия связи атома водорода с атомом кислорода в молекуле воды равна 0,74 eV, а энергия термической связи – 1,48 eV.

Если бы в зоне катода шел только термический процесс разрушения молекул воды на водород и кислород, то затраты энергии на этот процесс при синтезе одного кубометра водорода составили бы

(307)

Если бы разрушение молекул воды на водород и кислород в зоне катода шло только механическим путем, то затраты энергии были бы в два раза меньше, а именно 6364 кДж.

Проблема здесь заключается в уменьшении интенсивности процесса повторного соединения водорода и кислорода в зоне плазмы. Если же эту проблему не решать, то энергетическая эффективность этого процесса возрастает, так как при синтезе молекул воды энергии выделяется в два раза больше, чем затрачивается на их механическое разрушение.

В реальных условиях протоны и атомы водорода могут отделяться от молекулы воды одновременно с процессом разрушения молекулы воды на водород и гидроксил , а также на водород и кислород, поэтому показатель тепловой энергетической эффективности будет изменяться в пределах 1,10…2,00 (табл. 41, 42).