Synthèse du dihydrogène + utilisation

[Pandawa3]

Bonjour,

Suite à une terminale STL Science Physiques et Chimiques en Laboratoire, nous devons réaliser un projet avec plusieurs expériences.
Nous avons choisis d'utiliser l'hydrogène et de faire de l'énergie grâce à ce dernier, nous avons synthétisé le dihydrogène grâce à une électrolyse de l'acide sulfurique.
Nous aimerions ensuite transformer cet hydrogène en énergie, nous avions vu une méthode grâce à une pile à combustible mais ces dernières sont très chères. Nous avons donc cherché comment en fabriquer une... en vain.
En effet aucune méthode de fabrication n'est disponible sur le web.
Nous cherchons donc une méthode peu couteuse pour transformer cet hydrogène en énergie.

Merci de votre future réponse.
Bonne soirée.
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[moco]

Bonjour,
Tu te heurtes à un mur. Il y a des années que des centaines de chercheurs situés dans le monde entier cherchent le moyen de transformer le gaz H2 en énergie électrique, de manière simple et peu coûteuse. On n'y est encore pas parvenu. Mais ce n'est pas faute d'avoir cherché. La manière la plus faisable est d'utiliser une pile à combustible. Mais effectivement il faut des électrodes coûteuses. On continue de chercher dans l'industrie et dans les universités. On n'a pas encore trouvé.

[Pandawa3]

Merci de votre réponse !
Au moins je sais que je peux arrêter mes recherches sur la pile à combustible.
Si cela est impossible à petit budget, pourriez-vous m'aider à trouver ce que nous pourrions faire avec de l'hydrogène car du coup notre projet est un peu court s'il ne parle que de la synthétisation de l'hydrogène...

[moco]

Bonsoir,
Vous pouvez l'utiliser pour gonfler des bulles de savon très légères qui s'envolent, et quand on approche une flamme, elles s'enflamment.
Ou bien si vous envoyez barboter du gaz hydrogène dans un récipient plein d'eau de savon (ou d'eau avec du détergent de ménage), elles forment aussi des bulles qui restent accrochées à la surface. Et en approchant une allumette elles s'enflamment.

Vous pouvez aussi essayer d'aspirer ce gaz en mettant dans votre bouche le tube de caoutchouc par où il se dégage, et en comptant un, deux trois, etc. S'il arrive assez d'hydrogène dans votre gorge, votre voix est modifiée et les sons paraissent nasillards. C'est pittoresque. Et vous ne risquez rien, car le gaz hydrogène est très léger. Il ne restera pas dans vos poumons. Il file très vite au plafond. Attention de ne pas faire cet essai à proximité d'une flamme.

Vous pourriez aussi montrer la réaction de réduction de l'oxyde de cuivre CuO. L'oxyde de cuivre est une poudre noire, qu'on peut se procurer dans le commerce. Mais on peut aussi le fabriquer en mettant un fil de cuivre ou une feuille de cuivre dans une flamme. Le cuivre noircit un peu en se recouvrant de matière noire, c'est de l'oxyde de cuivre. Il n'y en a pas beaucoup, mais peu importe.

Vous prenez un tube de verre d'environ 20 à 30 cm de long et de quelques millimètres de diamètre. Vous le fixez à l'horizontale avec une pince, et vous introduisez à l'intérieur et au milieu du tube une petite pincée de votre poudre d'oxyde de cuivre, ou le morceau de cuivre oxydé et un peu noirci. Vous vous procurez une lampe à alcool et vous la placez sous le tube, sous l'oxyde de cuivre. Vous envoyez votre hydrogène gazeux par un tuyau en caoutchouc dans et à travers le tube. La sortie du tube devrait être prolongée par un tube rétréci, genre pipette Pasteur. Quand vous êtes sûr que l'hydrogène a rempli le tube, vous chauffez l'oxyde de cuivre à travers le verre avec la lampe à alcool. Vous verrez bientôt la matière noire disparaître et se faire remplacer par du cuivre métallique qui est presque rose. C'est très joli à voir. Mais il y a un risque d'explosion. Il faut être sûr que l'hydrogène dans le tube est pur, et n'est pas mélangé à de l'air. Sinon, il y a risque d'explosion. L'équation de la réaction lest : H2 + CuO --> Cu + H2O

[A voir en vidéo sur Futura]

[Chalco]

Bonsoir
Essaie donc pile à combustible hydrogène sur Google. Tu verras qu'il y a quelques réalisations. S'il s'agit faire une expérience de démonstration, c'est à dire de montrer qu'à partir d'hydrogène et d'oxygène, on peut créer du courant, il faut d'abord savoir si, au laboratoire de ton lycée tu as accès à du matériel. Le minimum à avoir, ce sont une bouteille d'hydrogène, des électrodes de platine (deux dont une de platine platiné), un voltmètre et un milli ampèremètre et de la verrerie. Ensuite, tu fais un montage, tu vérifies que du courant est généré et tu observes et discutes pour voir ce qu'il est nécessaire de faire.
Je suggère de l'hydrogène en bouteille, pour simplifier l'expérience : d'une part, tu démontre que tu sais en fabriquer et de l'autre, que tu peux t'en servir pur faire de l'électricité. Quand on fait des expériences, le mieux est de partir des conditions les plus simples.

[HarleyApril]

Par contre, je te conseille fortement de discuter des expériences au préalable avec ton prof et de faire vérifier tes montages car ces produits (hydrogène et oxygène) sont particulièrement délicats à manipuler et potentiellement explosifs.

on est très près de la fermeture de la discussion au vu de la dangerosité ...

Pour la modération

[LPFR]

Bonjour.
Il est possible de faire une pile à combustible pour de l’hydrogène. Il suffit de chercher (en anglais) [DIY « fuel cell »]. (DIY = do it yourself)
Bien sur, l’efficacité du dispositif est ridicule. Mais c’est le principe.
(Je n’ai pas lu les différentes expériences proposées).
Au revoir.

[Pandawa3]

Bonsoir,
Merci de prendre le temps de me répondre.

Tout d'abord concernant le message de moco :
Les premières expériences (avec les bulles) me semblent trop simple, celle avec l'oxyde de cuivre me paraît vraiment intéressante mais ça reste à voir avec nos professeurs vu que c'est dangereux... D'ailleurs pendant une électrolyse, l'hydrogène créé n'est pas pur ?

Chalco :
Nous avons déjà regardé sur internet les piles à combustible, mais elles sont soit trop chères, soit avec un rendement médiocre or il nous aurait fallu un bas prix et un fort rendement. Mais ça c'est de notre faute, nous aurions du regarder les prix au début, avant de partir sur ce projet. Notre lycée nous propose beaucoup de matériel pour réaliser nos expériences, nos professeurs nous ont même dit qu'il était possible d'acheter avec les fonds du lycée un peu de matériel s'il n'y est pas disponible (tant que le coût reste raisonnable).


HarleyApril :
Nous parlons de toutes nos expériences aux professeurs avant de les réaliser, et nous prenons les précautions nécessaires pendant la réalisation.
Je suis désolé si mes questions sont limites au niveau de la modération, mais j'étais obligé de les poser afin d'avancer dans mon projet...

LPFR :
Comme vous le dites l'efficacité est ridicule, et malheureusement il nous aurait fallu quelque chose de plus puissant car nous avions de base intention de recharger un appareil électronique avec l'électricité crée mais en cherchant "DIY Fuel Cell" sur le net justement on trouve quelques montages mais qui parviennent simplement à éclairer une diode.

[moco]

Bonsoir,
Dans une électrolyse, l'Hydrogène créé est pur. Mais il forme des bulles qui viennent éclater à la surface du liquide. Et là, il se mélange à l'air. Donc il n'est plus pur.

[LPFR]

Bonjour.
Vous auriez du vous renseigner avant de vous lancer dans le sujet. Relisez le post #2 de Moco.
J’ai que vous avez gobé els co...s des revues genre Science et Bêtises, qui pressentent tout comme si on pouvait les faire dans son garage.
Je confirme les propos de Moco à propos des recherches infructueuses sur les piles à combustible abordables et sur le stockage de l’hydrogène. Elles on été lancées en grand à partir du premier choc pétrolier (1973).

Et vous espérez faire mieux que ces milliers de chercheurs pendant des années, dans un TIPE. ##########

Nota : ce qui explosa dans Apollo 13 était effectivement une pile à combustible à hydrogène.
Au revoir.

[Pandawa3]

Bonjour,

Si l'hydrogène est créé dans un récipient sans air, il n'y a donc pas de soucis d'impureté ?
Les bulles produites par la cathode sont donc constituées de dihydrogène pur, c'est donc ça ?

[moco]

Bonjour,
En principe oui. Mais c'est quoi, un récipient sans air ? Je ne vois pas très bien ce que cela pourrait être.

[Pandawa3]

Et bien pour avoir un récipient (tube à essai par exemple) sans air je remplis ce récipient avec mon électrolyte, je le bouche et je le retourne en le plongeant dans la cuve à électrolyse et le place au dessus de la cathode et les bulles qui remontent vont dans le tube à essai et remplacent le liquide par le gaz créé. Du coup aucune impureté ?

[Bubble_s_Talks]

LPFR :
Comme vous le dites l'efficacité est ridicule, et malheureusement il nous aurait fallu quelque chose de plus puissant car nous avions de base intention de recharger un appareil électronique avec l'électricité crée mais en cherchant "DIY Fuel Cell" sur le net justement on trouve quelques montages mais qui parviennent simplement à éclairer une diode.

Et bien rebondissez sur le sujet, ce n'est que scolaire.
Faites quand même une pile avec ce rendement ridicule + un volet sur la dangerosité du H2 (!!!) + un volet sur l'efficience des consommateurs électriques (réalisez-vous ce miracle que représentent ces diodes ?) + un état des lieux sur la recherche en matière de pile à combustible (ses échecs, ses avancées, impossibilités) etc. etc. Ce n'est pas se planter que de pouvoir dire "Ca ne marche pas".

Dans votre montage ou le gaz produit pousse le liquide vers le bas, vous avez quand même des molécules d'eau, d'air dissous etc. qui passent. Et puis pur ca n'existe pas en général, l'important n'est peut-être pas là.

[LPFR]

Et bien pour avoir un récipient (tube à essai par exemple) sans air je remplis ce récipient avec mon électrolyte, je le bouche et je le retourne en le plongeant dans la cuve à électrolyse et le place au dessus de la cathode et les bulles qui remontent vont dans le tube à essai et remplacent le liquide par le gaz créé. Du coup aucune impureté ?

Re.
Vous aurez des impuretés : de la vapeur d’eau et un peu d’aérosol d’acide sulfurique.
Normalement on fait passer le gaz sur le la chaux vive pour éliminer l’eau et l’acide.
A+

[Pandawa3]

C'est vrai que ce n'est pas non plus important d'avoir un fort rendement avec la pile...
Il faut que j'en discute avec mon groupe, histoire de voir ce qu'ils en pensent.
Mais je pense que faire comme Bubble_s_Talks le dis est une bonne idée.
Surtout étant donné que c'est assez dangereux avec une flamme il ne faudrait pas non plus faire tout exploser...

[Chalco]

Ensuite quel peut être le but d'un travail scolaire : est-ce vraiment faire mieux que des milliers de chercheurs ou bien former l'esprit à un raisonnement scientifique : poser le problème, montrer son utilité, au niveau scolaire que l'on a, expliquer quelques expériences que l'on veut faire ; ensuite, décrire les expériences, les résultats obtenus, les discuter, expliquer ce qu'il faudrait faire pour progresser. Et alors, peut-être, indiquer les résultats (car il y en a) obtenus par les professionnels du métier.
De plus, quel sujet pourrait être abordé dans un TIPE qui n'ait jamais été étudié et qui y soit possiblement résolu. Enfin, en un clic, j'ai consulté Wikipedia sur Apollo 13 et il y est indiqué que c'est le réservoir d'oxygène qui avait explosé et non la pile à hydrogène.

[moco]

Bonjour,
Effectivement, quand on remplit un tube à essais de gaz H2 par déplacement d'eau, le gaz récolté est pur.

[Bubble_s_Talks]

Bonjour,
Effectivement, quand on remplit un tube à essais de gaz H2 par déplacement d'eau, le gaz récolté est pur.

Bonsoir, là j'ai comme un doute.
On suppose alors que les réactions sont uniques et parfaites, les réactifs parfaits, la solubilité de n'importe quel gaz dans le dihydrogène nulle, les parois du tube à essai inertes à 100% enfin beaucoup de perfections théoriques.
Maintenant si 99% c'est pur, alors sans doute c'est pur.
Cordialement.

[moco]

Bonsoir,
L'important dans ce genre d'expérience, c'est de ne pas mélanger H2 avec de l'air ou de l'oxygène. S'il y a 1% de vapeur d'eau, cela n'interfèrera pas avec l'usage qu'on veut faire de ce gaz H2.