Heizen mit Knallgas

Inhalt

 

1. Grundlagen

2. Versuch - Strom versus Knallgas

2.1 Umgebaute Campingkocher

3. Gastherme

4. Heatpipe

5. KAT-Heizung

5.1 Rekombinator

5.2 KAT-Heizung Aufbau

5.3 Gefahren der KAT-Heizung

5.4 Verpuffung verhindern durch Erdung

5.5 KAT-Versuche

5.5.1 Erster Oxikatversuch Juni 2013

5.5.2 KAT-Heizversuch Video

5.5.3 Fazit

6. Sandheizung

6.1 Sand platinieren

9. Quellen

 

1. Grundlagen

 

Knallgas eignet sich zum schneiden von Metallen, entwickelt eine große Hitze und kann sogar unter Wasser brennen. Was liegt näher als darüber nachzudenken, damit auch zu heizen?

 

Welche Möglichkeiten es gibt, Knallgas zum heizen einzusetzen finden sie in den weiteren Kapiteln mit den Themen Gastherme und KAT-Heizung.

 

Wie schon einmal erwähnt gab es bereits zu Beginn des 19. Jahrhunderts erste Überlegungen von Henry Paine, dass reaktionsfreudige Knallgas reaktionsärmer zu machen, um so die Gefahren zu minimieren: Appendix3 -  Seite 79

Die nachfolgenden Versuche und Aufbauten nutzen das reine Knallgas, das bei der Elektrolye entsteht.

 

Ob es sich rentiert aus Strom Knallgas zu erzeugen und dies als Heizgas zu nutzen soll ein Versuch zeigen der nachfolgend im Kapitel 2. beschrieben wird.

 

2. Versuch - Strom versus Knallgas

 

In einem Versuch möchte ich herausfinden ob es sinnvoll ist Wasser nicht direkt über eine E-Herdplatte zu erhitzen, sondern erst mit Strom Knallgas herzustellen, und dann mit dem Knallgas das Wasser zu erhitzen.

 

Eine theoretische Berechnung hierzu finden Sie im Downloadbereich im Dokument "Wasserheizen - Strom versus HHO - Theoretische Berechnung"

 

Bei dem Versuch soll ein Topf mit 1 Liter Wasser bei einer vorgegebenen Wassertemperatur auf einem E-Herd erhitzt werden, bis 80°C erreicht sind.

 

Danach wird der Topf wieder auf die gleiche Temperatur abgekühlt und mit 1 Liter Wasser gleicher Temperatur wie beim ersten mal befüllt. Dieser wird dann auf einen Knallgasbrenner gestellt und nun auch gemessen, wie lange das Wasser braucht um auf 80°C erhitzt zu werden.

 

Bei beiden Heizvorgängen wird mit einem Energiemessgerät nachgemessen wieviel kWh benötigt wurden. So kann später ein direkter Vergleich des Stromverbrauches "Heizen direkt mit Strom" zu "Knallgas" ermittelt werden.

 

Nachfolgend ein einfacher Prinzipaufbau zu dem Versuch ohne Bubbler und Flammenarrestor, die später im Versuch mit aufgebaut werden.

 

Versuchsaufbau - Heizen mit Strom versus HHO
Versuchsaufbau - Heizen mit Strom versus HHO

 

2.1 Umgebaute Campingkocher

 

Für den Heizversuch stehen eine große Elektrolysezelle, ein Stelltrafonetzteil und ein umgebauter Campingkocher bereit. Der Campingkocher ist ein handelsüblicher Campinggaskocher, der normalerweise mit einer Gasdose an der rechten Seite betrieben wird.

 

Der Originalbrenner wurde ausgebaut und durch einen Speziallbrenner von Rubberduck mit 7 Düsen ersetzt. Vielen Dank an dieser Stelle bei Ihm für den 1A-Brenner!

 

Den auf HHO fertig umgebauten Campingkocher zeigen die folgenden Bilder:

2.2 Campingkocher - 1. Probelauf

 

Für einen ersten Funktionstest wurde Milch erhitzt. Es ging bei diesem Test nur um die Funktion und nicht um die Effizienz. Bilder des Heizversuches nachfolgend:

Fazit: Der Brenner heizt die Milch schnell auf. Einen Vergleichtest zur E-Platte kann daher demnächst durchgeführt werden. Vorher wird der Brenner noch einmal etwas höher befestigt, damit der Abstand der Brennerdüsen zum Topfboden nicht zu groß ist.

 

3. Gastherme

 

Die einfachste Möglichkeit Knallgas direkt zum heizen zu nutzen, ist eine Gastherme umzubauen. Gasthermen erhitzen das Wasser direkt über eingebaute Brennerdüsen.

 

Um eine Gastherme auf Knallgas umzustellen, müssen die vorhandenen Brennerdüsen angepasst werden. Weiterhin muss sichergestellt werden, dass es beim abschalten der Knallgasproduktion nicht zu einen Backflash (Rückschlag) in den Brenner und in den Bubbler kommt. Zu guter letzt muss eine Gastherme im Knallgasverbrauch regelbar sein. Sobald mehr heisses Wasser benötigt wird, müsste über Sensoren und ein steuerbares Netzteil die Gasproduktion variabel erhöht werden.

 

Es entstehen bei einer Gastherme die mit Knallgas arbeitet keine Abgase, da das entstehende Wasse direkt wieder aus dem Brennraum dem Wassserkreislauf hinzugefügt werden kann.

 

Zur Sicherheit wäre lediglich noch ein Wasserstoffsensor nötig, der den Wasserstoffgehalt im Brennraum misst. Sobald dieser einen höheren Wert als 3-4% erreicht, könnte die Anlage aus Sicherheitgründen ausgeschaltet werden. Ab diesem Wert kann es zu einer Knallgasreaktion kommen.

 

4. Heatpipe

 

Die Heatpipe ist ein Reaktor, Wärmerohr das es möglich macht die gesamte Chemische Energie die in Wasserstoff und Sauerstoff steckt, mit einem sehr hohen Wirkungsgrad, Flammenlos, in Wärme umzuwandeln. Verglichen mit der Brennstoffzelle kann diese Heatpipe, Mixturen aus Wasserstoff und Sauerstoff als auch nur reines Browns Gas, HHO Gas, verarbeiten.

 

Nach erreichen der Betriebstemperatur erzeugt diese Heatpipe ihr eigenes Gas, das bedeutet das weniger Gas aus dem Gastank oder Generator benötigt wird! Bedingt durch spezielle Anwendungen ist es möglich auch Kohlenstoffhaltige Gase oder Flüssigkeiten mit zu verbrennen, wobei das entstandene reine CO2 zur Weiterverarbeitung aufgefangen werden kann. Daher macht Wasserelektrolyse wieder Sinn und wird noch wirtschaftlicher.

 

KEMA-Heatpipe
KEMA-Heatpipe

Mit der Kema Heatpipe lassen sich unterschiedliche Anwendungen aufbauen wie:

  • Luftheizungen
  • Wasserheizungen
  • Dampfgeneratoren
  • Stirling Motoren mit interner Wärmequelle.

Was für ein System mit dieser Heatpipe aufgebaut wird, liegt im Ermessen des jeweiligen Konstrukteurs und der zu bauenden Anwendung. Eine mögliche Anwendung finden Sie unter Einbauvorschlag

 

Die Technische Daten der Heatpipe sind:

 

Länge x Durchmesser = 115 x 12 mm
Gase die verarbeitet werden können:

  • Reiner Wasserstoff und Sauerstoff die im gewünschten Mischverhältnis, der Heatpipe zugeführt werden können.
  • Reines HHO Gas, Browns Gas, das zusätzlich noch mit reinem Sauerstoff additiviert werden kann.
  • Zusätzlich, wenn Anwendung bedingt erforderlich, können auch Kohlenstoffhaltige Gase oder Flüssigkeiten mit verbrannt werden.
  • Erforderliche Gasmenge bei Kaltstart der Heatpipe, 1,5 Liter Gas bei einem Betriebsdruck von min. 0,05 – 0,1 bar.
  • Regelbereich der Heatpipe : wenn betriebswarm, min.0,5 – max. 2 Liter Gas die Minute. Maximal zulässiger Gasdruck 0,25 bar.

 

Wir arbeiten dran mit der hier gezeigten Heatpipe eine Versuchsanlage aufzubauen und Energie-Messungen durchzuführen.

 

 

5. KAT-Heizung 

 

Eine andere Methode Knallgas zu verbrennen, ist der Weg über die Katalyse. Ohne offene Flamme wird hier der Wasserstoff mit Sauerstoff, wieder verbunden, unter Abgabe von Hitze.

 

 

5.1 Rekombinator

 

Bekannt sind solche Anlagen aus Kernkraftwerken. Sie werden als Rekombinator oder umgangssprachlich auch als "Töpfer-Kerze" bezeichnet. Ihre Aufgabe im Kernkraftwerk ist es, den entstehenden Wasserstoff im System wieder im Wasser zu binden, um so die Gefahr einer Wasserstoffexplosion zu verhindern. Sie finden tiefer gehende Informationen zum Thema Rekombinator im Internet und in verschiedenen Blogseiten

 

 

5.2 KAT-Heizung Aufbau

 

Wie ein Rekombinator, besteht auch ein Autokat aus Metallen, mit denen die Katalyse von Wasserstoff möglich ist. Es scheint so zu sein das der bekannte Oxi-Kat der gerade für das nachrüsten älterer Autos verwendet wird, ideal ist um als Kat-Heizung verwendet zu werden.

 

Ich kenne andere Forscher, die mit neuen Katalysatoren gearbeitet haben und diese vor dem einleiten von Knallgas erst erhitzen mussten, bevor der KAT das Knallgas katalytisch zu Wasser rekombiniert hat. Beim Oxi-Kat ist das vorherige erhitzen des Katalysators nicht mehr nötig, da der Anteil an den benötigten Kathalysemetallen höher ist.

 

Das nachfolgende Bild zeigt einen prinzipiellen Aufbau solch einer KAT-Heizung mit möglichen Wasserkreislauf.

 

KAT-Heizung Prinzipaufbau
KAT-Heizung Prinzipaufbau

Hier wird kein offener, sondern ein geschlossener Kreislauf dargestellt. Da nach dem Katalysator kein Wasserstoff mehr in der Luft vorhanden sein sollte, sondern nur noch erhitze Luft und Wasserdampf, kann beides direkt zum Wärmetauscher gelenkt und danach dem KAT wieder zugeführt werden.

 

 

5.3 Gefahren der KAT-Heizung

 

Da bei diesem Aufbau das Knallgas NICHT direkt verbrannt wird, kann es bei nicht vorhandenen Lüfter oder Zugluft durch den KAT, zu einer Knallgasverpuffung in den vorderen Teil des Katalysators kommen. Hierbei besteht die Gefahr von Hörschäden und mehr. Daher ist der Ventilator ein wichtiger Bestandteil des Aufbaus. Bei einem Versuch mit dem Notstromaggregat kam es zu eine Verpuffung im Auspuff und das Abgasrohr wurde weggeschleudert. Damals war der Hör- und Augenschutz sehr hilfreich.

 

 

5.4 Verpuffung verhindern durch Erdung

 

Ein Freund und Knallgasforscher, hat einen einfachen Kat-Aufbau mit einem Platinkalatalysator umgesetzt, und hatte trotz Ventilator nach kurzer Betriebszeit immer wieder eine Knallgasverpuffung im KAT. Er gab mir folgenden Hinweis:

 

 Die Kat-Heizung hat immer wieder Verpuffungen produziert. Woher kommt der Funke dafür? Alleine das verwenden eines Ventilators hilft hier wohl nicht.

Wenn man sich den Katalyse-Prozess von Wasserstoff an Platin genau ansieht, fällt auf, dass das Platin zwei  Elektronen aufnimmt, wenn es das H2-Molekül aufspaltet in zwei H-Atome. Viele H2-Moleküle könnten auch viele Elektronen bedeuten und damit irgendwann den Funkenschlag, der vorher nicht erklärbar war.

Daher wurde der Kat per Kabel an die Erdung der Steckdose angeschlossen und das Ergebnis: Keine einzige Verpuffung in 2 Stunden Betrieb!

Für weitere Versuche könnte man die Erdung des KAT wieder entfernen und ein Spannungsmessgerät dazwischenschalten, um so zu prüfen ab welches Spannung am KAT die Verpuffung im Inneren stattfindet. 

 

 

Was bei allen Knallgas und Wasserstoffforschungen benötigt wird, ist ein einfacher und günstiger Sensor oder ein Messgerät, um kontinuierlich den Wasserstoffanteil im System zu überprüfen. Einige Sensoren und Geräte werden unter Gas-Messmethoden beschrieben.

 

5.5 KAT-Versuche

 

Hier werden alle durchgeführten Heizversuche von MinoTech mit KAT beschrieben.

 

 

5.5.1 Erster Oxikatversuch Juni 2013

 

Im folgenden Video ist der erste Heizversuch mit Oxikat zu sehen. Am Oxikat ist ein regelbarer Ventilator angeschlossen, der auf niedrigster Stufe Luft durch den KAT bläst.

 

Über einen seitlichen Anschluss wird das HHO hinzugeführt. Als HHO-Generator dient ein normaler Brownsgasgenerator "1600"

 

Die Temperatur wurde über einen Fühler im Auspuff, nach dem KAT gemessen. Als Referenztemperatur wurde der 2. Fühler auf dem Boden gelegt. Der Aufbau wurde über ein Kabel mit der Erde verbunden.

 

 

5.5.2 KAT-Heizversuch Video

Der KAT brauchte am Anfang 10 Minuten, bis er anfing sich zu erwärmen. Danach ging die Temperatur kontinuierlich hoch bis auf ca 129°C, ohne das es zu einem Backflash in den vorderen KAT kam.

 

Um zu prüfen ob die Temperatur auch weiterhin bei verminderten Luftstrom steigt, wurde die Geschwindigkeit des Lüfters abgesenkt. Durch den verminderten Luftstrom kam es dann zu einen Backflash, und das HHO im vorderen Rohr entzündete sich. Der Aufbau blieb in Takt. Außer einen dumpfen Knall war nichts zu hören.

 

 

5.5.3 Fazit

 

Der KAT erhitzt sich sehr gut, auch ohne vorheizen. Die genau zugeführte HHO-Menge muss in einem 2. Versuch ermittelt werden. Eine vorher angeschlossene Trockenzelle die nur ca 0,5-0,8 LPM lieferte, reichte nicht aus um den KAT zu erhitzen.

 

Ergebnis: Ein geringer Luftstrom muss vorhanden sein, zumindest wenn der KAT liegt und keinen Zug wie in einem Kamin hat. Ansonsten entzündet sich das HHO im KAT.

 

 

6. Sandheizung

 

Bei der Sandheizung handelt es sich um eine weitere Methode Knallgas zu verbrennen. Ähnlich wie beim Katalysator wird das Knallgas an Platinkrümmeln oder Platinplättchen vorbeigeleitet. An diesem reagiert der Wasserstoff mit dem Sauerstoff, unter Abgabe von Wärme. 

 

Das Platinmaterial ist dabei in Sand gebettet. Der Sand wiederum wird meist in ein Rohr eingefüllt, das von unten bis auf den Anschluss einer HHO-Brennerdüse verschlossen ist. 

 

Es heißt, dass zuerst eine größere Menge Sand eingefüllt. Danach wird das Platinmaterial auf den Sand gelegt und mit einer weiteren Schicht Sand bedeckt.

 

Sobald von unten das HHO zugeführt wird, dringt es in den Sand ein und entweicht nach oben zur Rohröffnung. Dabei kommt es am Platin vorbei und reagiert dort. Das erhitzte Platin wiederum gibt seine Wärme an den Sand weiter ab.

 

Den prinzipiellen Aufbau zeigt das folgende Bild:

HHO-Sandheizung
HHO-Sandheizung

Die Sandheizung scheint gut zu funktionieren. Ob Ihr Wirkungsgrad über der einer Autokat-Heizung liegt, ist bisher nicht bekannt.

 

 

6.1 Sand platinieren

 

Eine Methode mehr reaktive Oberfläche für den Wasserstoff in einer Sandheizung zu erzeugen ist, statt der oben beschriebenen Platinplättchen, Sand zu platinieren und Diesen mit dem restlichen Sand zu vermischen.

 

Vereinfacht dargestellt, wird dabei das Platin in Königswasser aufgelöst, wodurch Platin in aufgelöster Form als Hexachloridoplatinsäure entsteht. Dies wird über den Sand gegossen und danach auf mehrere Hundert Grad erhitzt, damit das in der Lösung enthaltene Platin wieder vom Chlor gelöst, und in reines Metall umgewandelt wird. So werden die in der Lösung enthaltenen Sandkörner platiniert. Als Resultat bleibt platinierter Sand übrig. Anders als die oben erwähnten Platinplättchen kann Dieser feiner zwischen den restlichen Sand gestreut werden.

 

Hinweis: Bei diesem Verfahren werden extrem ätzende Säuren verwendet, und es entstehen hochgiftige Chlorgase. Daher ist diese Methode lebensgefährlich und darf nur von Fachleuten mit entsprechender Schutzvorrichtung durchgeführt werden.