saure Wasserelektrolyse ohne Edelmetalleinsatz?

Wasserman · Gast

Meine Frage:
IST FOLGENDES MÖGLICH? Möchte mir jemand bei der Umsezung behilflich sein?

Idee: Saure Wasser?Elektrolyse mit verschiedenen Säuren;
Kammern getrennt durch selektive Membran

0. Zielstellung und Motivation:
Konstruktion eines edelmetallfreien Elektrolyseurs zur Wasser Elektrolyse mit dem Ziel, eine wirtschaftliche Wasserstoff?Quelle bereit zu stellen.

Eine wirtschaftliche Wasserstoffgeneration könnte der Schlüssel zu einer möglichen Energiewende sein im Sinne einer Energiespeicherung mittels der Power-to-Gas Technologie mit Hilfe von CO2 Recycling. Der Sabatier Prozess ist hier maßgeblich um das gut lagerfähige Methan massenhaft zu produzieren. Eine Veredelung zu Methanol, welches in seinen Eigenschaften dem Benzin sehr ähnlich ist, scheint auch durch das Anfallen großer Sauerstoff Mengen nicht mehr ausgeschlossen.

Meine Ideen:
1.1. Aufgabe A:
- Experimentelles Untersuchen des Verhaltens einer Kupfer Kathode in schwach dosierter Salzsäure auf der Wasserstoffseite

1.2. Aufgabe B:
- Experimentelles Untersuchen des Verhaltens einer Aluminium Anode in schwach dosierter Salpetersäure auf der Sauerstoffseite

1.3. Aufgabe C:
- sofern Aufgabe A) und B) gelingen, Kombination der beiden Kammern mittels geeigneter Membran als räumliche Trennung der beiden Säuren mit einem geeigneten Elektrodendesign.

2.1. Vorüberlegungen zu Aufgabe A):
Kupfer ist ein Übergangsmetall und in Salzsäure (HCl) stabil, wobei das Verhalten unter elektrischer Spannung vielleicht abweichen könnte.

2.2. Vorüberlegungen zu Aufgabe B):
Aluminium oxidiert in Salpetersäure (HNO3) sofort und bleibt dadurch stabil anstatt sich aufzulösen, auch wenn es in der rein theoretischen Überlegung anders sein müsste.
Zielstellung ist es, dass sich um die Aluminiumanode eine Art fließende Oxidschicht bildet, ggf. ist dazu eine pulsierende Spannungsquelle erforderlich.

2.3. Vorüberlegungen zu Aufgabe C):
Kupfer und Aluminium sind keine Edelmetalle und erfüllen somit theoretisch die Anforderung der Zielstellung.
Ziel ist es, auf der salzsäurebasierten Kathodenseite (Wasserstoffseite) den Chloranteil der Salzsäure zur ständigen Rekombination ?einzusperren?, während reines Wasser auf der salpetersäurebasierten Anodenseite (Sauerstoffseite) stetig eingeleitet wird; dabei darf der Stickstoffanteil der Salpetersäure nicht auf die Kathodenseite gelangen!

Nobby · Moderator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 6438 Wohnort: Berlin

Aluminium ist denklich ungeeignet und löst sich in verdünnten Säure (auch Salpetersäure) als auch Basen auf. Was Du meinst ist die Oxidation mit konz. HNO3 was zu Aluminiumoxid führt und als Isolator wirkt, gänzlich für eine Elektrolyse ungeeignet.

Warum nicht Graphitelektoden nehmen.

Kupfer kann man als Kathode benutzen. Als Elektrolyt keine Halogensalze oder Säuren, wie HCl nehmen, Gefahr Erzeugung giftiger Halogene, besser Alkalisulfate, Phosphate, Carbonate , verdünnte Natronlauge oder Kalilauge.

Visionäry · Anmeldungsdatum: 03.02.2024 Beiträge: 8 Wohnort: Müncheberg

ich hatte die Vorstellung dass es vielleicht einen Weg gibt, die gute elektrische Leitfähigkeit von Säuren auszunutzen

Und ich hatte gelesen , sofern es stimmen sollte, dass Aluminuim sich wider der Theorie nicht in Salpetersure auflöst

Kann es sein dass es eine Verwechlung mit der Passivisierung von Eisen in konzentrierter Salpetersäure ist? Dieses Eisen wäre dann recht stabil ggü. Basen wie KOH

<<<Vielleicht>>>

Gerne lasse ich mich auf eine Änderung der Materialien oder Elektrolyte ein
Wenn es möglich ist (!)
Wasserstoffseite -- HCl an Kupfer und SAuerstoffseite passive Eisenelektrode an KOH oder Graphitelektrode

Was meint ihr denn zu der grundsätzlichen Idee einer Trennung der beiden Kammern mit verschiedenen Elektrolyten?
Es könnte sein dass Nafion nicht sehr stabil gegenüber Kalilage ist ...

Visionäry · Anmeldungsdatum: 03.02.2024 Beiträge: 8 Wohnort: Müncheberg

Vielleicht ließe sich die Passivität vom AlO3 umgehen mittels Zero GAp Technik, also die eine Seite des AlO3 klebt sozusagen direkt ohne Elektrolytkontakt an einer Seite der Membran, aber das ist schon recht kompliziert?

Nobby · Moderator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 6438 Wohnort: Berlin

Warum zwei verschiedene Elektrolyte nehmen. Viel zu kompliziert, die voneinander zu trennen.
Ich würde NaOH nehmen und als Kathode Kupfer und als Anode ein Chromnickelstahl.
Hydroxid hat den Vorteil keine störenden Anionen an der Anode zu haben. OH- wird zu Wasser und Sauerstoff zersetzt.
In Deinem Bildchen fügst Du Wasser nur auf einer Seite zu, Wasser wird aber auf beiden Seiten verbraucht. Der Chloridanteil steigt auf der Kathodenseite und wie verhindert Du, daß dort kein Nitrat rein kommt. In situ gibt das am Ende Königswasser bei entsprechender Konzentration.
Wenn schon Säure dann verdünnte Schwefelsäure.

Visionäry · Anmeldungsdatum: 03.02.2024 Beiträge: 8 Wohnort: Müncheberg

die KOH Elektrolyse ist der Stand der Technik, bewährt und funktioniert ja auch.
Nur da sind die Elektroden sehr speziell, ich glaube Stahl ist nicht so unbedingt stabil ggü. KOH

zu dem Bildchen: Würde ich Wasser auf beiden Seiten hinzufügen hätte ich ein Problem auf der WAsserstoffseite: die Nafion Membran sperrt Anionen, so könnte kein Sauerstoff in Richtung SAuerstoffseite passieren.

Die Frage nach dem Stickstoff ist sehr berechtigt!
Es soll natürlich kein Königswasser entstehen, ich glaube dass das Stickstoffion sehr viel größer als das kleine WAsserstoff Ion ist und damit nicht die Membran passieren kann

Nobby · Moderator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 6438 Wohnort: Berlin

Nafion ist eine Ionentauscher Membran.

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Nafion

Ob das das richtige ist.

Visionäry · Anmeldungsdatum: 03.02.2024 Beiträge: 8 Wohnort: Müncheberg

https://www.chemie.de/lexikon/Nafion.html :

selektiv leitend für Protonen und andere Kationen (Sperrefekt für Anionen)

daher komme ich darauf.

Der Plan ist, dass 2* NO3 - sich unter Strom zu 3* O2 reduziert an der Anode und der Stickstoff sich gleich wieder das Wasser schnappt um Säure zu bleiben, während das WAsserstoff Proton mal eben zur Kathodenseite durch die Membran wandert.
Auf der Kathodenseite soll der Chlor in gleichbleibender Konzentration eingesperrt bleiben

Aber ich gebe zu dass ich bisher nicht in der Lage bin alle Reaktionsgleichungen und alle theoretischen Hintergründe zu kennnen

Visionäry · Anmeldungsdatum: 03.02.2024 Beiträge: 8 Wohnort: Müncheberg

Sollte Aluminium auf der Anodenseite es nicht leisten können, warum nicht dann vergoldetes Kupfer als Anode?

https://www.chemie.de/lexikon/Vergolden.html

Dann ist Kupfer das Trägermaterial der Anode und die Goldschicht die reaktive Oberfläche mit geringerer zu erwartender Überspannung.

Wenn Kupfer auf der Kathodenseite unwirtschaftliche Überspannungen liefert, ist mit platiniertes mit platin beschichtetes Titan eine Alternative für die Wasserstoffseite.
Wasserstoff perlt an platinierten Oberflächen nahezu mit vernachlässigender Überspannung ab.

Da müsste jmd sich hinsetzen, alles ausrechnen und eine Art Break Even Point Gasmenge - Ertrag - Elektrodenkosten bestimmen.

Natürlich wenn das hier alles nicht sowieso zum Scheitern verurteilt ist...

Nobby · Moderator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 6438 Wohnort: Berlin

Ich dachte Du wolltest keine Edelmetalle verwenden. Natürlich kann man vergoldete oder platinierte Elektroden verwenden. Trotzdem keine Halogenwasserstoffsäuren verwenden.

Visionäry · Anmeldungsdatum: 03.02.2024 Beiträge: 8 Wohnort: Müncheberg

http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/nichtmetalle_4_2.html

Ist Chlorknallgas vielleicht der Ausschlussgrund für HCl auf der Wasserstoffseite?

Sicherlich habe ich eine Elektrolyt-Elektrodenkombi gesucht die ohne Edelmetalle auskommt.

Wenn es da außer der sogenannten Plasmalyse von graforce keine Alternativen gibt:
https://www.graforce.com/leistungen/wasserstoff-produktion

Nobby · Moderator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 6438 Wohnort: Berlin

Nein, das Chlor greift die Anode an.
Natürlich müssen Chlor und Wasserstoff getrennt bleiben.

Grayforce ist keine Wasserelektrolyse. Lese den Artikel genauer.

Visionäry · Anmeldungsdatum: 03.02.2024 Beiträge: 8 Wohnort: Müncheberg

Ist ansonsten dünne Schwefelsäure im Wasserstoffraum vielleicht eine Option? Das ginge natürlich nicht mehr mit einer Kupferkathode...

Dann ist man das Chlorproblem erstmal los

Visionäry · Anmeldungsdatum: 03.02.2024 Beiträge: 8 Wohnort: Müncheberg