Electrolyse de l'ammoniac

[alopex]

Hello,

Je voudrais faire fonctionner un petit moteur à explosion 50 cm3 en utilisant de l'ammoniac comme carburant. NH3 brule difficilement dans l'air. Il faut décomposer environ 20% du NH3 en N2,H2 pour obtenir une combustion stable et propre (sources biblio).
La décomposition thermique de NH3 sur catalyseur Haber pose des difficultés et je m'oriente vers plutôt vers une electrolyse alcaline de NH3 en solution avec KOH.
2 NH3 + OH- => N2 + 6 H2O + 6 e-
6 H2O + 6 e- => 6 OH- + 3 H2
Le potential standard est de seulement 0,058 V. Il se pose donc le problème de fournir un courant significatif sous une tension aussi faible. La plupart des convertisseurs AC/DC type chargeur de portable sortent des tensions de 3V ou plus qui provoquent l’électrolyse simultanée de l’eau.
En outre, en quoi puis je faire mes électrodes pour obtenir un fonctionnement un minimum durable ? J’ai pensé à du graphite.
Merci d’avance pour votre aide.
-----

[chatelot16]

pour faire un convertiseur il faut passer par de l'alternatif et ca fini par un redresseur a diode , et une diode perd au moins 0.7v : catastrophe si la tension utile est 0.058v

heureusement la solution est de mettre un grand nombre de cellule d'electrolyse en serie pour faire une tension suffisante pour que les 0.7v de perte dans une diode ne soit pas trop grave

pour electrolyser de l'eau avec de la soude ou de la potasse caustique les electrodes en fer en fonte ou en inox conviennent

mais je ne sais pas du tout ce qui se passe avec l'amoniaque

j'aime bien l'electrolyse , par example pour faire de l'oxygene pour chalumeau : le rendement peut etre tres proche du maximum theorique quand on fait gros et lourd : pour de l'amoniaque carburant ca ne m'inspire pas : l'electrolyseur sera 10 fois ( ou 100 fois ) plus lourd que le moteur 50cm3

pour faire de l'oxygene la lourdeur de l'electrolyseur n'est pas grave car ce n'est pas mobile , et ca se compare a la lourdeur du circuit de distribution des bouteilles de l'air liquide ou des autres marchand de gaz

[chatelot16]

il me semble avoir deja vu evoqué cette electrolyse sur ce forum , et avoir posé la question sans reponse

l'electrolyse sur un vehicule me parait trop lourde mais sur les eaux usé ca serait pas mal ! quand de l'eau contient de l'amoniac c'est une polution : si on l'electrolyse ca serait de l'hydrogene a bas prix

[invite85b45ef5]

il y a 65 ans, j'ai participé à des essais d'utilisation de l'ammoniac comme carburant . On décomposait celui ci en le faisant passer sur un catalyseur composé de tournure de cuivre à une température supérieure à 200°C. Cette élévation de température étant obtenue en utilisant la chaleur des gaz d'échappement.
Je travaillais dans une usine produisant de l'ammoniac.
Nous avons utilisé, pour les essais une grosse 6 cylindres qui appartenait au patron.
Sur le banc d'essai en atelier, on arrivait à un résultat presque correct.
Mais sur route, catastrophe! les variations de régime du moteur entraînaient de variations de température du catalyseur et une bonne partie de l'ammoniac partait dans les gaz d'échappement.
Je ne vous décrirai pas la tête de ceux qui assistaient au passage du véhicule.
Dans notre usine pyrénéenne (aujourd'hui délocalisée) nous fabriquions l'ammoniac en utilisant de l'hydrogène produit localement par électrolyse. Car à l'époque il y avait surabondance de production d'électricité par rapport à un réseau de distribution ne disposant pas de suffisamment de consommateurs.

[A voir en vidéo sur Futura]

[alopex]

Merci pour vos remarques.
@Chatelot: je ne suis pas sur que l'électrolyseur soit forcément d'un poids énorme. On arrive a faire des piles à combustible de taille et poids "raisonnables", un électrolyseur étant le dispositif "inverse", on doit arriver aux mêmes dimensions. De plus, on ne doit décomposer que 20% du NH3, le reste étant brulé directement.
@Felicha: c'est justement parce que la décomposition thermique est trop sensible aux variations de charge que je m'intéresse d'avantage à l'électrolyse pour laquel le système réagit presque instantanément aux variations d'intensité. Bien sur, il faut produire cette électricité qui est beaucoup plus couteuse que de la chaleur résiduelle prélevée à l'échappement.
Cela dit, je trouve déjà très encourageant que vous ayez pu obtenir un fonctionnement correct au banc avec les moyens dont vous disposiez. D’une part, le cuivre n’est pas le meilleur catalyseur de cette réaction et le NH3 reste facilement métastable très au dessus de la température d’inversion (il faut monter à 800°C pour obtenir une réaction totale en un temps raisonnable)
J’ai trouvé de la biblio sur des essais de carburation à l’ammoniac qui montrent qu’il faut faire varier la teneur en H2 du mélange en fonction de la charge et du régime pour obtenir une combustion optimale. On doit aujourd’hui pouvoir gérer cela avec une gestion électronique de carburation allumage moderne.
Il est également probable qu’une propulsion hybride en limitant la plage de fonctionnement du moteur réduit cette difficulté.
Par ailleurs, NH3 permet des gains de rendement importants sur plusieurs facteurs :
- augmentation du taux de compression à 16 ou plus (indice d’octane de H2 > 130),
- utilisation de la vaporisation du NH3 pour refroidir l’air de charge jusqu’à 5°C (hausse de pression du turbo, downsizing)
- utilisation de ce même phénomène pour la clim qui est énergivore.

 En utilisant NH3 comme vecteur secondaire de l’H2, on doit pouvoir faire une voiture qui parcourt 1000 km en émettant 0 gCO2 (à condition bien sur que NH3 ne soit pas produit à partir d’hydrocarbures fossiles comme c’est le cas actuellement).

@Felicha : c’était ou ton usine ? Vous produisiez seulement du NH3 ? Je m’intéresse beaucoup au patrimoine industriel, il reste bien des leçons à tirer pour le présent. Ca me fait penser à une autre de mes marottes qui a fonctionné en Norvège jusqu’en 75 : la synthèse de NH3 à partir de l’hydrolyse du nitrure d’aluminium.
@Chatelot : c’est vrai que la partie électrique me pose souci : comment faire des courants très intenses sous d’aussi faibles tensions ?

[invite85b45ef5]

l'usine qui s'appelait Société des phosphates tunisiens était installée au fond de la vallée du Lavedan à 30 km de Lourdes.
L'installation d'origine, acide nitrique et nitrate de calcium avait été batie d'après les brevets de la Société Norvégienne de l'azote en 1904.
Dans les années trente, cette fabrication d'oxydes d'azote à l'arc électrique a été remplacée par une synthèse de l'ammoniac selon le procédé Fauser nettement plus performant. L'atelier d'acide nitrique a , lui aussi été modernisé et l'usine de Soulom" produisait essentiellement du nitrate de calcium et de magnésium.
A coté, dans le bourg de Pierrefitte Nestalas a été installée à a même époque un atelier d'acide phosphorique par le procédé dit thermique à l'arc électrique. Cet acide très pur servait à produire différents phosphates dont, des phosphates alimentaires. Le minerai provenait des mines tunisiennes de Kalaa Djerda. L'usine était devenue la propriété du groupe Monsanto.
La nationalisation des usines de production d'électricité hydraulique a porté un coup fatal à cette industrie devenue acheteuse de son énergie. Un essai de revamping sur le gaz de Lacq , n'a pas permis de sauver cette industrie.

[chatelot16]

@Chatelot : c’est vrai que la partie électrique me pose souci : comment faire des courants très intenses sous d’aussi faibles tensions ?

tu n'a pas compris ma reponse precedente ! mettre des electrolyseur en serie

au lieu d'un electrolyseur 0.5v 1000A tu le partage en 100 et tu met 100 electrolyseur 0.5v 10A en serie et ca marche a 50v 10A

dans le cas des electrolyseur d'eau a la potasse les electrode plate en fer sont empilé et servenr d'anode sur une face et de catode de la cellule suivant sur l'autre face : il n'y a pas de cuve proprement dite : c'est les joint entre les plaque qui definissent les volumes : pour faire de l'hydrogene avec un bon rendement ca doit etre gros : beaucoup plus gros qu'un moteur qui consomerait la meme hydrogene

mais je n'ose pas ecrire 0.058v par electrolyseur : il y a toujours une surtension de quelque disieme de volt en plus de la tension theorique : j'ai peur que ce 0.058 soit optimiste : c'est aussi pour cela que je pense qu'il faudra des grandes surfaces d'electrode pour que la tension reste basse

et je repete la question , que se passe il exactement dans cette electrolyse ? quelle sont les condition indispensable ? quelles electrode ?

@Chatelot: je ne suis pas sur que l'électrolyseur soit forcément d'un poids énorme. On arrive a faire des piles à combustible de taille et poids "raisonnables", un électrolyseur étant le dispositif "inverse", on doit arriver aux mêmes dimensions

justement , mon doute vient de la : les pile a combustible de taille raisonable on des rendement lamentable , et vu le prix du platine il serait ruineux d'augmenter la surface comme pour les electrolyseur

[alopex]

Hello
Merci @ Felicha pour cette historique du temps ou on avait encore de l'industrie en France.
@ Chatelot: oui je comprend bien qu'on puisse mettre les cellules en série, mais dans ce cas, ce sont seulement les tensions qui s'additionnent mais pas les intensités (sinon on aurait trouvé la combine du mouvement perpétuel... ). Ce que je piges pas très bien c’est que en montant en série, la cathode de l’étage est reliée à l’anode de N+1 donc elles sont au même potentiel, du coup c’est seulement entre la première et la dernière qu’il y a une ddp non ?

Effectivement, la ddp de 0,058 V est la valeur théorique et il faut tenir compte de la polarisation des électrodes et on est surement plus près de 0,12 ou 0,15V. Pour répondre à ta question, ce qui se passe c’est les réactions que j’ai décrites dans le premier message. Les conditions, je sais pas trop… Ci-après un article sérieux sur le sujet

[alopex]

Ci-après l'article annoncé

Désolé : l'article a été supprimé car il ne peut être reproduit. Son accès normal nécessite un abonnement à Elsevier.
Rappel de la charte du forum :

Respectez les droits d'auteurs et de la propriété intellectuelle.

JPL, modérateur

[chatelot16]

la production de gaz est proportionnelle au courant donc 10 cellules de 10 A en serie font le meme gaz qu'une seule cellule de 100A

bien sur que le courant ne doit pas passer directement de la premiere a la derniere plaque : chaque cellule a sont propre elctrolyte

remarque : dans les electrolyseur a potasse pour faire l'hydrogene il y avait un petit trou en bas de chaque plaque pour faire communiquer les cellulles et equilibrer les niveau : si le trou est suffisament petit ca fait une perte de rendement negligable

[alopex]

Désolé en ce qui concerne l'article, mais comme il est en ligne sur le site de l'université de l'Ohio auteur du papier, je pensais qu'on pouvait le reproduire. Du coup je vous met le lien, en vous interdisant de l'utiliser...

http://webche.ent.ohiou.edu/eerl/doc...05-Ammonia.pdf

[alopex]

Les courants en série ne s'additionnent pas! (c'est les tensions qui s'ajoutent). Peut être voulait du dire en parallèle??

[alopex]

Juste un petit complément concernant l'ammoniac carburant, je lance un fil en chimie sur la possibilité de faire la réaction
2 NH3 + 3 N2O =>4 N2 + 3 H2O
Je sais que le protoxyde a été utilisé comme comburant pour fusées (plus facile à liquéfier et stocker que O2). Ca pourrait éviter la décomposition (thermique ou électrolytique de NH3 en H2).
N2O gaz hilarant est aussi utilisé dans les moteurs de voiture pour faire des "runs" ("kit NOS")

[invite85b45ef5]

Excuses moi, mais à une époque l'usine où je travaillais a fabriqué des tonnages industriels de peroxyde d'azote liquide (N2O4) qui servaient de comburants dans les fusées.
Les propulseurs étaient alimentés par des pompes qui envoyaient simultanément un débit de carburant et un débit proportionnel de comburant, jusqu'à épuisement des réservoirs, qui étaient alors éjectés.
D'ailleurs la couleur ocre des fumées lors des tirs indiquaient bien la présence de quantité de NO2
Le N2O, lui, est incolore et je n'ai jamais entendu dire qu'on l'utilisait comme comburant, il est vrai que j'avais d'autres sujets de préoccupation.

[chatelot16]

Les courants en série ne s'additionnent pas! (c'est les tensions qui s'ajoutent). Peut être voulait du dire en parallèle??

tu a la compregniole dure !

bien sur qu'en serie c'est les tension qui s'ajoute sur le circuit electrique

mais pour la production de gaz les quantité produites par toutes les cellules s'ajoute bien dans le meme tuyau de sortie

donc multiplier les cellules parcourue par le meme courant multiplie bien la production de gaz

[alopex]

@Chatelot:
Tu as tort: je comprend vite mais il faut expliquer longtemps c'est tout...
Est ce que tu as un petit schéma du montage (ou l'adresse d'un lien)?