Mô tả khả năng trích xuất năng lượng từ phản ứng điện phân plasma dung dịch nước.

1. Giới thiệu
Nguồn năng lượng từ nước không chỉ giới hạn ở các phương pháp sản xuất Hydro mới,
những năm gần đây, rất nhiều thí nghiệm đã chứng minh khả năng tạo ra một lượng nhiệt dư thừa
từ nước. Hiệu ứng này được quan sát thấy ở quá trình sủi bong bóng nước (Cavitation) và tác
động các xung điện lên tác ion và cụm tinh thể nước (Clusters).
Trong bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu một loại các thí nghiệm, cho thấy rằng từ nước có
thể tạo ra một lượng rất lớn năng lượng nhiệt dư thừa, chứng minh những sai lầm của định luật
bảo toàn năng lượng trong các hiện tượng điện học kỹ thuật. Chúng ta sẽ tiếp tục các phân tích
những sai lầm này để các kỹ sư có thể dễ dàng khai thác và ứng dụng nó vào thực tế.
Điện phân Plasma dung dịch nước
Bằng sáng chế về bình điện phân Plasma dung dịch nước được cấp đầu tiên bởi Bộ khoa
học-Công nghệ Liên xô năm 1987. Bình điện phân Plasma có cấu trúc đơn giản nhất được trình
bày trên hình 1. Bình điện phân Plasma có vỏ được chế tạo từ vật liệu cách điện. Dung dịch trong
bình điện phân đi xuống dưới thông qua catod hình ống 5. Vì diện tích anod 3 lớn hơn nhiều so
với tổng diện tích của các catod 4 và 5, trong khu vực (P-P) gần catod sẽ xuất hiện plasma.
Trong Plasma xảy ra các quá trình hỗn loạn cho nên điện trở của bình điện phân cũng biến
đổi hỗn loạn. Đồ thị điện áp (Hình 2), dòng điện (Hình 3) và công suất (Hình 4) được ghi bởi
dao động ký điện tử “Handyscope-2” cho thấy sự biến đổi hỗn loạn này.
Hình 1. Sơ đồ bình điện phân Plasma dung dịch nước (bằng sáng chế 2157862)
1-Vỏ , 3-anod, 4-catod (ống dung dịch vào), 5-catod ( ống dung dịch ra), 6,7-ống lót; P-P-vùng Plasma
Việc đo chính xác điện áp và dòng điện đặt vào bình điện phân là hết sức phức tạp, do đó
chúng ta sẽ chú ý đặc biệt đến vấn đề này và sẽ thấy rằng, có sự mâu thuẫn giữa giá trị của các
thiết bị đo khác nhau. Chính điều này trong một thời gian dài đã giấu đi khả năng giảm tiêu thụ
điện năng rất lớn khi sử dụng điện năng ở dạng xung từ lưới điện. Nguồn năng lượng sơ cấp của
mạng lưới điện là các máy phát điện của nhà máy điện, nguồn điện này sẽ cung cấp năng lượng
cho hang ngàn hộ tiêu thụ. Điều này làm tăng đáng kể sự phức tạp khi kiểm tra sai lầm của định
luật bảo toàn năng lượng trong điện kỹ thuật, theo đó năng lượng hay công suất của tải tiêu thụ
không thể lớn hơn giá trị điện năng được lấy từ lưới điện.
90

2. Hình 2. Đồ thị điện áp cấp cho bình điện phân từ nguồn điện.
Hình 3. Đồ thị dòng điện qua bình điện phân
Hình 4. Đồ thị công suất trong nguồn điện cấp cho bình điện phân.
Như chúng ta thấy trên hình 2, biên độ xung của điện áp sau chỉnh lưu lơn hơn 300V. Giá
trị điện áp này được gọi là điện áp hiệu dụng. Giá trị này cũng liên tục giống như điện áp hình sin
của lưới điện. Vì thế chương trình toán học được lập trình cho dao động ký đã đưa ra giá trị trung
bình của điện áp không tính đến những thời điểm dòng điện có giá trị bằng 0 (hình 3). Kết quả là
giá trị thu được không bằng với giá trị trung bình của điện áp được tính theo công thức tính công
suất trung bình, Umax/√2. Đặc biệt lưu ý, cho đến thời điểm hiện tại, không hề có sự hiểu biết rõ
ràng về sai lầm trong phương pháp tính giá trị điện áp trong công thức tính công suất xung lấy từ
nguồn điện (hình 4).
91

3. Chúng ta đều cho rằng tích giá trị trung bình của điện áp Utb và dòng điện Itb sẽ đưa ra giá
trị chính xác của công suất trung bình Ptb. Bởi vì lưới điện có khả năng cung cấp cùng lúc cho một
lượng lớn tải tiêu thụ, do đó hầu không thể chỉ ra sai lầm này bằng phương pháp thực nghiệm.
Nhiều nhà nghiên cứu đã cố gắng chứng minh bằng cách sử dụng các chương trình toán học trong
các thiết bị đo lường. Chương trình của họ cho phép đo đạc giá trị trong khoảng thời gian phần
chục nghìn giây, đưa ra chính xác giá trị hiệu dụng trung bình của điện áp và dòng điện (giá trị Ic
trên hình 3).
Nếu nói với các nhà toán học rằng chương trình của họ nếu đưa vào dao động ký và không
đếm những khoảng thời gian điện áp không tham gia thực hiện công, tức những thời điểm giá trị
điện áp bằng 0 thì họ sẽ không hiểu được sự cần thiết của những tính toán này. Khoảng thời gian
dòng điện có giá trị bằng 0 được đánh dấu trên đồ thị dao động ký bằng các số 1,2,3,…n. Trong
khoảng thời gian này điện áp không được tính đến trong công thức tính công suất, do đó đòi hỏi
phải áp dụng giá trị độ rỗng xung để tính đến sự bỏ qua này, nhưng nó lại không có mặt trong mô
hình toán học của công thức tính công suất. Kết quả là giá trị trung bình của công suất sẽ tăng lên
một số lần bằng với độ rỗng xung của điện áp ( độ rỗng xung là giá trị giữa chu kỳ và thời gian
tác động của xung S=T/t).
Điều này sẽ rõ ràng hơn khi tính toán năng lượng tiêu thụ của xung có độ rỗng lớn. Rất
nhiều thí nghiệm với các xung điện khi đun nóng nước được tác giả thực hiện trong khoảng thời
gian 300s với độ rỗng xung S=100. Sơ đồ điện áp và dòng điện tương đương được biểu diễn trên
hình 5.
Hình 5. Thời gian hiệu dụng của giá trị cực đại (300V, 50A) và giá trị trung bình (3V, 5A) của
điện áp và dòng điện
Trên hình 6 là đặc tuyến Vôn-Ampe của bình điện phân plasma với dung dịch HCl
1mol/lít. Ái lực electron của nguyên tử Clo được trình bày trong bảng 1, giá trị thực nghiệm được
trình bày trong bảng 2.
92

4. Hình 6. Đặc tuyến Vôn-Ampe theo bảng 1.
Bảng 1. Kết quả thực nghiệm với lưu lượng HCl 8,74 l/mol và nhiệt độ ban đầu 23 o
C.
Điểm Điện áp
V
Dòng
điện
A
Năng
lượng đầu
vào
kJ
Nhiệt độ
dung dịch
đầu vào
Năng
lượng tại
đầu ra
kJ
Hiệu suất
%
1 10 1,7 61,2 24 36,6 59,8
2 40 8,2 1180,8 49 952,1 80,6
3 58,5 9,15 1927,0 73 1831,0 95,0
4 80 7,85 2260,8 82 2160,6 95,6
5 100 6,65 2394,0 83,5 2215,5 93,0
6 102 3,75 1377,0 81 2121,1 154,0
7 85 4,7 1438,2 69 1684,5 117,1
8 76 4,3 1176,5 65 1538,0 130,7
9 68,5 3,75 924,7 55 1171,8 126,7
10 88 4,5 1425,6 71 1757,8 123,3
11 92 4,2 1391,0 71 1757,8 126,4
12 94 4,4 1489,0 71,5 1776,1 119,3
13 98 4,2 1481,8 71 1757,8 118,6
14 68 3,9 954,7 56 1208,5 126,6
15 64 3,3 760,3 50 988,7 130,0
16 61 3,05 669,8 46 842,3 126,0
17 57,5 9,3 1925,1 72 1794,4 93,2
Lưu ý: năng lượng của khí Hidro và Oxi tạo ra cũng như năng lượng bức xạ anh sáng
không được tính đến.
Khi tăng điện áp một cách từ từ, theo định luật Ôm, giai đoạn đầu giá trị dòng điện cũng
tăng theo. Khi điện áp đạt trên 40V, đườngtu yến tính bị phá vỡ, và khi điện áp lên tới gần 100V
(điểm 5-6), dòng điện giảm đột ngột và ở catod xuất hiện lớp hồ quang rất sáng (plasma). Tiếp đó
93

5. khi giảm điện áp (điểm 6-15) dòng điện không thay đổi nhiều. Khi điện áp giảm xuống gần 60V
(điểm 14-15) hồ quang ở catod biến mất, dòng điện nhảy vọt trở về giá trị ban đầu.
Bảng 2. Giá trị phổ bậc 1 của nguyên tử Clo
Giá trị n 2 3 4 5 6
fE (thực nghiệm) eV 9,08 11,25 12,02 12,34 12,53
fE (lý thuyết) eV 9,08 11,24 11,99 12,34 12,54
bE (lý thuyết) eV 3,89 1,72 0,97 0,62 0,43
Năng lượng đầu vào của bình điện phân được xác định theo giá trị của Vôn kế và Ampe
kế loại chính xác nhất, còn năng lượng đầu ra-tính theo sự chênh lệch nhiệt độ dung dịch đi qua
bình điện phân.
Đặc tuyến Vôn-Ampe của mỗi bình điện phân là khác nhau và phụ thuộc vào chế độ làm
việc của bình điện phân. Nó phụ thuộc vào kích thước bình điện phân, vật liệu làm catod và anod,
nồng độ dung dịch điện ly cũng như lưu lượng dung dịch điện ly.
Để thấy được tác động của lưu lượng dung dịch lên đặc tuyến Vôn-Ampe, tác giả đã có
những thí nghiệm đặc biệt với những lưu lượng KOH khác nhau. Sự phụ thuộc này được trình bày
trên hình 8.
Ở cả 3 nhóm thí nghiệm, plasma xuất hiện ổn định ở catod khi điện áp gần 100V và biến
mất khi giảm điện áp xuống 85V. Trong giai đoạn xuất hiện plasma luôn quan sát được sự hóa hơi
rất mạnh của dung dịch.
Hình 7. Đặc tuyến Vôn-Ampe đối với các lưu lượng KOH khác nhau:
1-3,6l/h; 2-8,2 l/h ; 3-12,2 l/h
Như đã thấy trên hình 7, đặc tuyến Vôn-Ampe là một vòng đôi. Phân đồ thị này cho thấy
yếu tố tác động lớn nhất đến quy luật biến đổi dòng điện là lưu lượng dung dịch. Những phân tích
sơ bộ cho thấy rằng để mô tả quá trình điện phân Plasma không thể đơn thuần dựa trên những giả
thiết vật lý và hóa học. Đó là quá trình có mối liên hệ Vật lý-hóa học nên sự phân chia Vật lý-Hóa
học chỉ mang tính ước lệ…
(còn nữa)
94

6. khi giảm điện áp (điểm 6-15) dòng điện không thay đổi nhiều. Khi điện áp giảm xuống gần 60V
(điểm 14-15) hồ quang ở catod biến mất, dòng điện nhảy vọt trở về giá trị ban đầu.
Bảng 2. Giá trị phổ bậc 1 của nguyên tử Clo
Giá trị n 2 3 4 5 6
fE (thực nghiệm) eV 9,08 11,25 12,02 12,34 12,53
fE (lý thuyết) eV 9,08 11,24 11,99 12,34 12,54
bE (lý thuyết) eV 3,89 1,72 0,97 0,62 0,43
Năng lượng đầu vào của bình điện phân được xác định theo giá trị của Vôn kế và Ampe
kế loại chính xác nhất, còn năng lượng đầu ra-tính theo sự chênh lệch nhiệt độ dung dịch đi qua
bình điện phân.
Đặc tuyến Vôn-Ampe của mỗi bình điện phân là khác nhau và phụ thuộc vào chế độ làm
việc của bình điện phân. Nó phụ thuộc vào kích thước bình điện phân, vật liệu làm catod và anod,
nồng độ dung dịch điện ly cũng như lưu lượng dung dịch điện ly.
Để thấy được tác động của lưu lượng dung dịch lên đặc tuyến Vôn-Ampe, tác giả đã có
những thí nghiệm đặc biệt với những lưu lượng KOH khác nhau. Sự phụ thuộc này được trình bày
trên hình 8.
Ở cả 3 nhóm thí nghiệm, plasma xuất hiện ổn định ở catod khi điện áp gần 100V và biến
mất khi giảm điện áp xuống 85V. Trong giai đoạn xuất hiện plasma luôn quan sát được sự hóa hơi
rất mạnh của dung dịch.
Hình 7. Đặc tuyến Vôn-Ampe đối với các lưu lượng KOH khác nhau:
1-3,6l/h; 2-8,2 l/h ; 3-12,2 l/h
Như đã thấy trên hình 7, đặc tuyến Vôn-Ampe là một vòng đôi. Phân đồ thị này cho thấy
yếu tố tác động lớn nhất đến quy luật biến đổi dòng điện là lưu lượng dung dịch. Những phân tích
sơ bộ cho thấy rằng để mô tả quá trình điện phân Plasma không thể đơn thuần dựa trên những giả
thiết vật lý và hóa học. Đó là quá trình có mối liên hệ Vật lý-hóa học nên sự phân chia Vật lý-Hóa
học chỉ mang tính ước lệ…
(còn nữa)
94