Brevet FR2471418A1 — publié le 19810619

La présente invention concerne un nouvel alliage métallique spécialement conçu pour la production d'hydrogène gazeux à partir de l'eau par simple réaction chimique, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel alliage. Jusqu'à présent, la production d'hydrogène gazeux n'était possible que par voie électrolytique ou par surchauffe de l'eau. Toutefois, ces procédés de production d'hydrogène exigent des installations importantes et entraf- nent, en outre, des problèmes de stockage et de transport de l'hydrogène ainsi produit. Un autre inconvénient de ces procédés connus de production d'hydrogène est qu'ils ne peuvent pas être mis en oeuvre pour une production directe, au fur et à mesure des besoins, là ot on pourrait se servir de l'hydrogène comme source d'énergie, comme, par exemple, du carburant pour moteurs à explosion. On connaît bien de nombreuses réactions chimiques dans lesquelles se produit un dégagement d'hydrogène comme, par exemple, les réactions entre l'eau et les métaux alcalins ou alcalino-terreux mais, il s'agit chaque fois de réactions très violentes se produisant sous forme d'explosion, de sorte qu'aucune des réactions connues n'a pu être utilisée jusqu'à présent pour une production d'hydrogène gazeux à partir de l'eau. Le but de la présente invention est de combler cette lacune et de prévoir un nouveau moyen de production d'hydrogene gazeux à partir de l'eau, procédé ayant recours à aucune installation particulière et basée simplement sur la réaction chimique entre l'eau et un alliage particulier spécialement prévu à cet effet et dont la composition et le procédé de fabrication font également l'objet de la présente invention. Selon un premier aspect de l'invention, il est proposé un alliage métallique caractérisé en ce qu'il est constitué essentiellement de plomb allié à des métaux alcalins et/ou alcalino-terreux, la proportion en poids des métaux alcalins et alcalino-terreux par rapport à la teneur en plomb étant de 7 à 30 t. La base de l'alliage est par consequent du plomb. Celui-ci peut être à l'état pur ou peut être allié avec un pourcentage variable et sangs influence notable sur l'utilisation de l'alliage, d'antimoine, d'étain, de cadmium, de zinc, de magnesium, etc. La teneur de ces matériaux peut monter jusqu'à 20 % du poids du plomb. Ceci veut dire qu'on peut utiliser du plomb de récupération et que le fait d'uiliser du plomb allié avec tel ou tel autre métal n'est qu'unie question de disponibilité et/ou d'économie, c'est-a-dire qu'on peut utiliser le plomb le meilleur marché pour la fabrication de l'alliage objet de l'invention. Dans une composition avantageuse de l'alliage, il est prévu du sodium et du calcium à raison de respectivement 5 à 20 % et 2 à 10 % en poids de la teneur en plomb pur ou allié. Un autre aspect de la présente invention est un procédé de production d'hydrogène gazeux à partir de l'eau, caractérise par l'introduction de cet alliage, sous forme de poudre dans l'eau et la récupération de l'hydrogène produit par la réaction chimique entre l'eau et les constituants alcalins et/ou alcalino-terreux de l'alliage. Les réactions entre l'eau et l'alliage sont des réactions chimiques bien connues en soi, se terminant respectivement par l'obtention de soude caustique et de chaux, avec dégagement simultané d'hydrogène. Alors que ces réactions n'étaient connues jusqu'à présent que sous forme d'explosion, le mérite de la présente invention est d'avoir maîtrisé ces réactions par le fait de présenter le sodium et le calcium métalliques, non pas à l'état pur, mais allié, suivant une proportion bien déterminée, avec du plomb. Par conséquent, c'est le plomb qui exerce un effet d'amortisseur sur le déroulement de la réaction, ce qui permet d'obtenir une réaction bien contrôlée. Le procédé de fabrication de l'alliage selon la présente invention est essentiellement caractérisé par les étapes suivantes On fait fondre du plomb dans un four de fusion, on ajoute de l'aluminium pour désoxyder le plomb, on ajoute le calcium métallique pendant que le plomb est chauffé au rouge, on laisse cet alliage se refroidir tout près du point de solidification, on ajoute le sodium métallique en mélangeant doucement, on coule l'alliage plomb-sodium-calcium en plaques et, on broie les plaques et on conserve la poudre d'aL- liage ainsi obtenue dans un milieu empêchant toute réaction chimique de l'alliage. La poudre d'alliage est de préférence conservée dans des sachets en tissu trempé dans du trichloréthylène. L'invention sera décrite plus en détail en référence à un exemple particulier d'exécution de l'invention donné uniquement à titre d'illustration et sans aucun caractère limitatif. On fond dans un four à fusion du plomb pur ou un alliage de plomb pouvant contenir jusqu'≈20 e d'éléments tels que antimoine, étain, cadmium, zinc, magnésium, etc. On ajoute 1 à 3 % en poids d'aluminium pour désoxyder le plomb. Cette réaction provoque la formation dune couche de laitier composée d'oxyde d'aluminium et nageant sur le bain de plomb. Ce laitier peut être facilement enlevé par écumage si cela est préférable. Ensuite, on ajoute du calcium métallique à raison de 2 à 10 %, et de préférence 2 à 5 %, du poids du plomb pur ou allié tout en chauffant celui-ci au rouge. Puis on laisse cet alliage se refroidir jusque tout près du point de solidification. Ensuite, on ajoute du sodium métallique, à raison de 5 à 20 %, et de préférence 7.5 à 10 % du poids du plomb pur ou allié. Lors de l'introduction du sodium, il faut prendre les mesures nécessaires pour éviter uneréae- tion du sodium avec le milieu environnant. A cet effet, on peut ajouter le sodium enveloppé dans du papier au moyen d'une cloche de plongée trouée. On mélange doucement avec un mélangeur ou agitateur, à raison d'environ dix tours par minute pour éviter la ségrégation de l'alliage. Pour éviter des pertes à la fusion, celle-ci doit s'effectuer à l'abri de l'air, soit sous vide, si cela est possible, soit sous un flux de produits chimiques ou de gaz inertes. Le four de fusion est de préférence un four électrique de forme ovale. Le four est chauffé au moyen de résistances électriqusprévuesà l'intérieur de la paroi de la cuve. La paroi comporte, en outre, des serpentins en cuivre ou acier dans lesquels circule une huile spéciale pouvant supporter o une température de 400 à 450 C. L'huile chauffée dans ces serpentins passe par un échangeur thermique contenant de l'eau, qui se transforme en vapeur au contact de l'huile chaude. Cette vapeur peut être utilisée pour faire tourner des turbines alimentant en électricité le four de fusion. Ainsi l'énergie nécessaire à la fusion sera en partie récupérée. Les turbines peuvent également servir à la production du sodium et du calcium métalliques. L'alliage composé de plomb, de sodium et de calcium sera ensuite coulé en plaques par des moyens connus en soi. Toutefois, les plaques d'alliage coulé seront immédiatement enduites d'une couche de gasoil pour les isoler de l'air et éviter des oxydations du sodium et du calcium. Pour cette même raison, le broyage des plaques pour obtenir une poudre aura lieu dans un bain de trichloréthylène, ce qui empêche toute réaction chimique du sodium et du calcium. La conservation de la poudre métallique de l'alliage est réalisée dans des sachets de tissu trempé dans un bain de trichloréthylène. L'utilisation de cet alliage en vue de la production d'hydrogène à partir de l'eau consiste simplement à sortir les sachets du trichloréthylène et à les tremper immédiatement avec l'alliage dans l'eau. Dès que les sachets sont trempés dans l'eau, il se produit les réactions chimiques bien Le dégagement d'hydrogène est immédiat et se prolonge jusqu'à ce que-la réaction soit arrivée à l'équilibre, cette durée étant fonction de la quantité des produits en présence. Les résidus de la réaction sont récupérables. Le plomb et l'alliage de plomb peuvent être recyclés inddfini- ment, c'est-à-dire qu'ils peuvent être réutilisés dans le four pour la préparation de l'alliage objet de l'invention. De même, le Ça (Oh)2 et le NaOH peuvent être transformés à nouveau en sodium et calcium métalliques, notamment par voie electrolytique. Cette réutilisation des produits utilisés permet une réduction sensible du prix de revient de la fabrication de l'hydrogène. I1 a été constaté qu'on peut améliorer le résultat en ajoutant à l'alliage du lithium pur dans une proportion de 0,02 - 0,03% en poids. Ce lithium sert comme régulateur de la réaction chimique avec l'eau et permet une augmentation du rendement en hydrogène. Cette quantité de lithium sera ajoutée à la fin de la préparation de l'alliage après l'introduction du sodium. Un aspect particulièrement intéressant de l'invention est la production d'hydrogène comme source d'énergie pour les mo- teurs à explosion des véhicules automobiles, notamment en remplacement des produits pétroliers. L'avantage est que l'hydrogène n'a pas besoin d'être stocke dans le véhicule et qu'il peut être produit dans celui-ci au fur et à mesure des besoins. A cet effet, on peut envisager un réservoir fermé hermffi tiquement dans le fond duquel se trouve une certaine quantité d'eau. Au-dessus de cette eau se trouve du trichloréthylène ou une substance analogue conservant l'alliage intact. Une autre condition imposée à ce liquide est qu'il ne soit pas miscible à laeau. Un certain nombre de treillis sont superposés et/ou j;uxt- apostes dans le bain de trichloréthylène et les sachets remplis de poudre d'alliage sont rangés sur ces treillis. Ces treillis sont par ailleurs montés dans des glissières de manière à pouvoir être descendus séparément au moyen d'un moteur. En actionnant ce moteur, on peut donc faire descendre successivement ces treillis dans le bain d'eau sousjacent, en commençant par le treillis inférieur. Dès que ces treillis plongent les sachets d'alliages dans l'eau, l'hydrogène est dégagé sous pression et est dirigé vers un deuxième réservoir. Ce réservoir, qui est contrôlé par une vanne d'arrivée et une vanne de sortie alimentera directement le moteur à explosion.La chute de pression dans ce second réservoir, par suite de la consommation en hydrogène et de l'épuisement des sachets baignant dans l'eau, déclenchera automatiquement un signal qui actionne le moteur destiné à faire descendre le treillis suivant. En coupant le contact du moteur on peut faire remonter automati quement tous les treillis dans le bain de trichloréthylène. In est à remarquer que l'eau nécessaire à la production d'hydrogène selon la présente invention peut être de l'eau douce, de l'eau de mer ou même de l'eau polluée, soit sous forme liquide, soit sous forme gazeuse ou soit encore sous forme solide, c'est-à-dire de la glace. On va decrire ci-dessous des tests qui ont déjà été effectués en laboratoire. Dans une éprouvette munie d'un bouchon et d'un bec au bout duquel.a été connecté un tube en caoutchouc se terminant par un tube de verre avec un bec mince, ont été mis cent grammes d'eau et cent grammes d'alliage contenant un alliage selon la présente invention, avec une teneur en sodium de 7,5 et en calcium de 2,5% du poids du plomb. I1 a été constaté immédiatement un dégagement d'hydrogène par le bec de verre. Ceci a été contre par une flamme relativement longue et qui a brûle pendant une minute environ. A l'équilibre de la réaction, c'est-à-dire après l'extinction de la flamme, on a mesuré encore quarante-cinq à cinquante grammes d'eau dans l'éprouvette. I1 est probable qu'un broyage plus fin de l'alliage aurait améliore le résultat. I1 en résulte que cent grammes de sodium et calcium sont susceptibles de transformer approximativement cinqcents grammes d'eau en hydrogène gazeux. I1 reste finalement à noter que du sodium allié au plomb donne un alliage très friable, de sorte que le broyage des plaques n'implique pas de gros moyens mécaniques. REVENDICATIONS 1. Alliage métallique caractérisé en-ce qu'il est constitué essentiellement de plomb allié à des métaux alcalins et/ou alcalino-terreux, la proportion en poids des métaux alcalins et alcalino-terreux par rapport à la teneur en plomb étant de 7 à 30%. 2. Alliage selon la revendication 1 caractérisé par une teneur pondérale par rapport au plomb de 5 à 20% de sodium métallique et de 2 à 10% de calcium métallique. 3. Alliage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par une teneur pondérale par rapport au plomb de 2 à 5% de calcium métallique et 7.5 à 10% de sodium métallique. 4. Alliage selon 1'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le plomb est à l'état pur. 5. Alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le plomb est allié à des éléments tels que de l'antimoine, de l'étain, du cadmium, du zinc, du magnésium, etc., la proportion de ces éléments étant au maximum 20% en poids de la teneur en plomb. 6. Alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par une teneur pondérale de 0.02 - 0o03% de lithium pur. 7. Procédé de fabrication d'un alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par les étapes suivantes: on fait fondre du plomb dans un four de fusion, on ajoute de l'aluminium pour désoxyder le plomb, on ajoute le calcium métallique pendant que le plomb est chauffé au rouge, on laisse cet alliage se refroidir tout près du point de solidification, on ajoute le sodium métallique en mélangeant doucement, on coule l'alliage plomb-sodium-calcium en plaques et, on broie les plaques et on conserve la poudre d'alliage ainsi obtenue dans un milieu empêchant toute réaction chimique de l'alliage. 8. Procedé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on ajoute du lithium pur après avoir ajouté le sodium métallique. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la-quantité d'aluminium est de 1 à 3% du poids du plomb. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'on introduit le sodium métallique enveloppé dans du papier au moyen d'une cloche de plongée trouée. 11. Procédé selon l'une -quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que l'on conserve la poudre d'alliage dans des sachets en tissu plongés dans--un bain de trichloréthylène. 12. Procedé selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que l'on enduit les plaques d'alliage d'une couche de gasoil avant le broyage. 13. Procédé de production d'hydrogène gazeux à partir de l'eau, caractérisé en ce que l'on introduit un alliage selon les revendications 1 à 6, sous forme de poudre dans de l'eau et en ce que l'on récupère directement L'hydrogène produit par réaction chimique entre l'eau et les constituants alcalins et/ou alcalinoterreux de l'alliage. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'on recycle les résidus de la réaction dans l'eau en vue de la production d'autres alliages. 15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'on utilise de l'eau douce. 16. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'on utilise de l'eau de mer. 17. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'on utilise de l'eau polluée. 18. Application du procédé selon l'une des revendications 13 à 17 pour la production d'hydrogène comme source d'énergie pour un moteur à explosion.