Estudio sobre la eficiencia del hidrógeno Comparemos ahora la energía disponible (potencial) en un sistema de este tipo con respecto al clásico naftero. Se sabe para esto que las energías respectivas disponibles por gramo del hidrógeno y de la nafta son EH por gramo = EH / g = 39,5 Wh/g EN por gramo = EN / g = 10 Wh/g y como hay 111 gramos de hidrógeno por litro de agua y 680 gramos de nafta por litro, resultan EH por litro = EH / l = 39,5 . 111 = 4384 Wh/l EN por litro = EN / l = 10 . 680 = 6800 Wh/l lo que pondría en evidencia una eficiencia a favor de la nafta Eficiencia = (EH / l) / (EN / l) = 4137 / 6800 = 0,645 = 64,5%    EH  = 64,5% EN Si ahora pensamos en la autonomía de  los vehículos comunes que se suelen utilizar, es decir, con un volúmen de tanque de 4 litros para el de agua y de unos 40 litros para el automóvil a nafta, entonces la cuestión sería otra Eficiencia = 4 (EH / l) / 40 (EN / l) = 4.4384 / 40.6800 = 0,0645 = 6,45% En otros términos, si bien se hace evidente que para un mismo volúmen de combustible en el caso del agua hay gran energía disponible, y como también es más difícil su extracción, se preferirá la nafta. Digámoslo de la siguiente manera más sencilla de comprender: para sacar la energía de la nafta hace falta la energía de una simple chispa, o del gasoil una simple compresión (motor Diesel), pero para el agua debemos suplir la excitación con una fuente mucho más poderosa (gran electrólisis o gran temperatura).
Generación del oxihidrógeno
El hidrógeno como tal sería descubierto por Henry Cavendish en 1766 más tarde, en 1781 descubrió que era un gas combustible que al arder formaba agua. Este descubrimiento le indujo a bautizarlo con el nombre de hidrógeno, que significa "generador de agua". Seguido, para aclarar, el oxihidrógeno, HHO (representación gráfica del oxihidrógeno), 2H2+O (fórmula química del oxihidrógeno), hidroxi (nickname de oxihidrógeno), gas marrón y gas de Brown, es/son lo mismo, y consiste en una mezcla de hidrógeno diatómico (dihidrógeno o H2) y oxígeno en proporción que se asume de 2:1, o sea de la misma proporción que el agua (H2O) pero de disposición atómica asociada diferente. Cuando esta mezcla se enciende, la combustión produce agua así como 142350 Joules (33999 calorías = 0,0395 KWh) de calor por cada gramo de hidrógeno quemado. Esta sustancia HHO entonces es la que se sintetiza con la electrólisis del agua (hidrólisis) y se aprovecha en la combustión porque es rica en hidrógeno. Lo descubre el búlgaro Yull Brown. Y sería William Nicholson el primero para descomponer el agua de esta manera en el 1800. (ref)
Un ciclo físico entre el agua y esta combustión tendría la forma del dibujo descripto. La reducción (ganancia de electrones en el cátodo o polo positivo) queda (ref 1, ref 2): 2 H2O(liq) + 2 e-   H2(gas) + 2 OH-(ácido) y la oxidación (pérdida de electrones que lugar en el ánodo, que es el electrodo negativo y su potencial normal de reducción de electrodo Eo es (ref) 2 H2O(liq)   O2(gas) + 4 H+(ácido) + 2 e- Eo = O2 / H2O = 1,23 Volts

Bueno, entrando en el tema concretamente, el siguiente esquema muestra el proceso de hidrólisis que se utiliza para generar hidrógeno e inyectarlo a un carburador o inyector de un motor Otto (como se sabrá su rendimiento energético rona el 30 %) a combustión interna de 4 tiempos (no de 2 tiempos por la necesaria lubricación de su mezcla), a nafta (gasolina) o gasoil (Diesel), y la fotografía de un equipo casero.

A la fuente de tensión contínua, que puede ser una batería para un equipo portátil, se le estima un consumo ideal de unos 1000 A/m² en la superficie de la placa para obtener una buena generación de gas, digamos, unos 10 A para una superficie de placa de 10X10 cms. La tensión entre ellas debe ser de por lo menos 1,23 V teóricos para producir la hidrólisis, y en la práctica se suelen utilizar aproximados 2 a 2,4 V (típico 2,2 V); su suma dará la tensión total. Esta sobretensión de la celdas se determinará por los materiales de los electrodos, la densidad de corriente, la distancia entre electrodos y la conductividad del electrolito. Es importante tener en cuenta que más voltaje no mejora la producción, puesto que su única función es la de superar diversas barreras de activación de la reacción. De hecho, todo el voltaje extra se traduce en pérdidas de eficiencia, ya que se pierde en forma de calor , que a su vez afecta negativamente al rendimiento de la celda.

El ancho de las placas suele ser de aproximados 0,8 a 1,2 mm, y su separación de 2 a 4 mm para producciones de hasta 15 A (12 litros de gas por hora); a partir de aquí deberemos aumentar la separación, que deberá ser de entre 4 mm y 8 mm para flujos de corriente de entre 15 A y 40 A. Esta mayor separación se debe a que producciones de gas elevadas harán burbujear y espumear el electrolito, con lo que aparecerán espacios sin líquido entre los electrodos que reducirán la eficiencia de la celda.

Con el fin de acelerar la reacción se le agrega al agua destilada, como se dijo, un catalizador electrolítico que, en general, es el hidróxido de potasio (potasa cáustica KOH) el mejor para cualquier aplicación, ya que es el que soporta las condiciones más variadas y no deja residuos; también pueden usarse otros como el ácido sulfúrico (H₂SO₄), sulfato de sodio (Na₂SO₄), hidróxido de sodio (NaOH o hidróxido sódico, también conocido como soda cáustica o sosa cáustica), etc.

En la salida y como muestra el dibujo, que no tiene ninguna funcionalidad con lo descripto, se ha incorporado un depósito que funciona como filtro purificador (comúnmente denominado "burbujeador") previendo dos cosas:

1º)  Posibles restos de la catalización, cosa que determina su recambio periódico.
2º)  Cumpliendo la importantísima misión de que, si llegara a haber un retroceso de llama, se prevea su explosión en el mismo y que no llegue el efecto a la cubeta electrolítica donde el daño sería peor; por eso conviene que su volúmen de aire que contendrá al gas sea lo menor posible. Seguido, siempre se aconseja que se utilice un segundo efectivo arrestador de llama por precaución. (ref)

Análisis visto en la internet

He visto en la internet, cuya referencia detallo, un análisis energético del sistema. Lo compartoen el siguiente link.
Pero como se verá, creo que este análisis precedente está equivocado. Seguidamente por tanto realizaré el mío.

Análisis personal

Sólo espero no cometer errores graves en el análisis que expongo porque no soy un profesional en el tema.

En primer lugar, considero que la transmisión de la cuba electrolítica responde a la figura adjunta, donde se ve claramente que la energía suministrada por la batería es solamente de disparadora para lograr la escisión del agua y, su energía asociada, prácticamente, no será partícipe de la energía del gas resultante

E_excitación + E_H2O    E_H2O    E_H2   =  Calor + E_HHO

Según me he informado y conforme he detallado precedentemente, se tiene para una aplicación típica de una entrega de batería de 12 V y 10 A (E_excitación = 12 Wh) una producción de gas de aproximados 10 litros por hora y, con una energía del hidrógeno de 39,5 Wh/g habiendo 111 gramos en el litro de esta sustancia, nos queda una entrega final constante e independiente de la provista por la batería

E_HHO   =  (E_H / g) . 111 g/litro . 10 litros  = 39,5 . 111 . 10  =  43845 Wh (157000000 J = 37700000 c = 60 CVh)
_ELECTROLISIS = E_HHO / E_excitación  = 43845 / 12  =  365000% (como la salida es constante en realidad no corresponde hablar aquí de rendimiento)

En segundo lugar tenemos la transmisión del motor. Para analizar esto  podríamos tomar, por ejemplo, el gasto típico de un automóvil naftero que serían unos 5 litros por cada 100 Kilómetros, una velocidad media de unos 100 kilómetros por hora (estamos hablando de un cálculo en régimen permanente, sin transitorio, es decir sin las aceleraciones de arranque o parada), y como la nafta contiene una energía de 10 Wh en el gramo y hay de ella 680 gramos en el litro, resultan para un trayecto de 1 Kilómetro

E_{SALIDA MOTOR} = (5 litros/ 100 Km) . (680 g/litro) . (1 Km) . (10 Wh/g) = 340 Wh  (1224000 J = 292000 c = 0,5 CVh)    340 Wh/Km

y si suponemos un rendimiento del 30% en el mismo, nos da una necesidad de energía mínima (peor caso) a su entrada de magnitud

E_{ENTRADA MOTOR} > E_{SALIDA MOTOR} / _MOTOR  =  340 / 0,3   = 1133 Wh  (4080000 J = 973000 c = 1,5 CVh)    1133 Wh/Km

De todo esto, entonces, no me queda otra cosa que pensar que los inconvenientes en la práctica vienen dado solamente por los conjuntos dínamo-batería que no son lo suficientemente eficientes como para entregar sostenidos y holgadamente los 10 A para la electrólisis sumados a los requerimientos eléctricos del vehículo (iluminación sobre todas las cosas); o bien problemas con el tipo de electrolito y pureza del agua, geometría y disposición física de placas, tensión utilizada, etc.
Por tanto para el caso de vehículos, ya sean rodados de dos o cuatro ruedas pero siempre de 4 tiempos, si bien se encuentra una economía importante al usar el agua como combustible con respecto al costo de la nafta, se entiende que no sería cómoda su utilización porque el desgaste de la batería sería rápida y demanda incómoda nueva reposición con periodicidad. Tal vez en viajes cortos, digamos unos 50 Km, podría llegar a usarse para vehículos menores con motor de 4 tiempos de dos ruedas (ejemplo), o bien para cortadoras de césped, etc. En cambio sí se lo ve práctico al sistema para otras utilidades, como lo es en su uso de flama en soldadoras, cortadoras (comúnmente denominadas como cortadoras por plasma), etc. donde la energía de llama es comandada por la excitación provista sin escasez y a bajo coste de la eléctrica domiciliaria.

Implementaciones

He visto dos maneras de implementar este sistema: una como la llamada celda húmeda y otra como celda seca (dry cell).

La primera es la que se ha expuesto en la fotografía precedente, y la segunda con esta otra fotografía conforme el siguiente otro esquema similar. En mi criterio, agregaría un "burbujeador" a su salida por precaución.