Test CO2 artisanale : bicarbonate soude + acide citrique

Avant de présenter le système optimisé que j'ai imaginé que je viens d'assembler mais qui attend la prise de la colle anaérobique d’étanchéité des raccords.

Je vous propose de partager un peu de théorie.

Pour rappel le but est de générer le CO2 nécessaire à la fumure des plantes par la réaction d'acide citrique et de bicarbonate de soude en présence d'eau.

Je propose d'abord d'optimiser l'utilisation des deux produits chimiques nécessaires dans le but de maximiser la génération de CO2 en considérant le volume des bouteilles utilisées (dans mon cas 2x1L) tout en minimisant la perte en acide ou en bicarbonate (l'acide étant le plus cher)

J'ai fait l’acquisition de 10kg d'acide citrique pour 59€ et 10kg de Bicarbonate pour 35€ (qualités alimentaires), ces produits étant par ailleurs très utiles pour les taches ménagères.

L'acide citrique est a diluer dans de l'eau pour pouvoir transiter vers la bouteille contenant le Bicarbonate et déclencher la réaction, ici réside la première optimisation. Il faut utiliser de l'eau distillée pour maximiser la dilution de l'acide, minimiser le volume d'eau qui n'est autrement utile qu'à diluer l'acide et ainsi optimiser le volume des bouteilles pour introduire un maximum de Bicarbonate et donc générer un maximum de CO2.

La formule chimique équilibrée de la réaction donne :

3 NaHCO3 + C6H8O7 = 3 CO2 + 3 H2O + Na3C6H5O7


Acide citrique
Formule C6H8O7
Masse molaire 192,124 g/mol
Masse volumique 1,66 g/cm3
Solubilité dans l'eau à 20° 592 g/L

Bicarbonate de sodium
Formule NaHCO3
Masse molaire 84,007 g/mol
Masse volumique 2,2 g/cm3
Solubilité dans l'eau à 20° 87 g/L

Citrate de sodium
Formule C6H5Na3O7
Masse molaire 258,069 g/mol
Masse volumique 1,7 g/cm3
Solubilité dans l'eau à 20° 770 g/L

Eau
Formule H2O
Masse molaire 18,0153 g/mol
Masse volumique 0,99705 g/cm3
Solubilité dans l'eau à 20° N/A g/L

Gaz carbonique
Formule CO2
Masse molaire 44,0095 g/mol
Masse volumique 0,00187 g/cm3
Solubilité dans l'eau à 20° 1,688 g/L
(donc la perte de CO2 par dilution dans l'eau du système même en pression dans les bouteilles reste négligeable)

Les questions posées, sont :
- quelle quantité de CO2 pourra être produite par un système utilisant deux bouteilles de 1L?
- quelle masse d'eau, d'acide et de bicarbonate faut il utiliser?
- quel est le coût du gr de CO2 généré?

La seule réelle inconnue est le volume d'eau dans lequel il faut diluer l'acide.
Ce volume va être transféré dans la bouteille contenant le bicarbonate et cette dernière ne doit pas déborder dans le circuit d'injection en fin de cycle.
J'ai limité le volume final pouvant être contenu dans la bouteille de génération du CO2 à 900ml soit 90% du volume de 1l.

Je vous livre les résultats des calculs avec les données partagées ci-dessus :

Volume d'eau dans lequel diluer l'acide 550ml
Qt acide 325,6 g
Volume eau+acide 746,14 ml
Volume d'eau servant à diluer l'acide 420,54 ml
Qt bicarbonate transformé 427,11 g
Volume citrate produit 257,27 ml
Volume eau produit 91,86 ml
Masse CO2 produit 223,75 g
Volume CO2 produit 119,65 l
Volume bouteille final 899,13 ml
Coût du g de CO2 0,015 €

En résumé et simplifiant, pour des bouteilles de 1L :
Bouteille A = 325g d'acide citrique + 422ml d'eau distillée
Bouteille B = 428g de bicarbonate de soude et pas d'eau

Noter qu'un système basé sur deux bouteilles de 1l génère 223g de CO2, un système basé sur deux bouteilles de 2l approche par conséquent l'autonomie d'un système basé sur une cartouche jetable de 500g à 20€.

Avec les prix des produits que j'ai communiqué les 500g de CO2 me reviennent à 7,63€

Super !!!!
Un professeur ou technicien en chimie, ou juste un super curieux ???
La prochaine recharge je teste ta formule !!!!!
Merci et à bientôt !

Disons plutôt super curieux

Cool tu est allé loin quand même c'est sympa de partager !!!
Et du coup tu utilise quand même le système vendu sur le net (disons le modèle, j'ai compris que tu l'avais fabriquer) dont on parle avant ou ton propre système ?

Alors voila, la mise en marche approche.

Les bouteilles


Les bouchons


1 : Tube plongeur, doit permettre d'aspirer jusqu'à la dernière goûte d'acide.
2 : Anti-retour et goutte à goutte injectant l'acide sur le bicarbonate, il sert à éviter que lors de la réaction générant le CO2 la pression qui augmente dans la bouteille B ne renvoi l'acide et n'injecte du CO2 dans la bouteille A.
Update : Il faut ajouter un tube qui injecte l'acide en bas de la bouteille B (sous le bicarbonate) pour garantir la réaction sinon un équilibre s'établit et la réaction ne se fait pas ce qui oblige à agiter la bouteille B pour déclencher la réaction qui alors est plutôt violente en raison de la quantité d'acide accumulé dans la bouteille B n'ayant pas réagit avec le bicarbonate.
3 : Anti-retour, n'est pas obligatoire (cf. contrôle régulateur)
4 : Sortie du CO2

Le sytème de contrôle et régulation


1 : Arrivée du CO2
2 : Mesure de la pression du CO2 dans la bouteille B
3 : Valve de sécurité réglée à 6 bars, les bouteilles de Coca résistent en théorie à 10 bars, je ne sais pas combien la préssion pourrait atteindre dans le circuit, c'est pourquoi une sécurité m'a semblé utile.
4 : Régulateur de pression servant à maintenir une pression constante dans la bouteille A. L’intérêt et de réguler la production du CO2, en effet par la combinaison de la valve anti-retour de la bouteille B et de ce régulateur de pression, l'acide n'est transféré dans la bouteille B que quand la pression du CO2 dans la bouteille B devient inférieure à la pression de consigne appliquée dans la bouteille A. Je prévois un réglage entre 1,5 et 2 bars.
5 : Mesure de la pression dans la bouteille A (régulée par la consigne du régulateur 4)
6 : Sortie de mise en pression de la bouteille A, connectée à l'entrée du bouchon A. le régulateur faisant office d'anti-retour, l'anti-retour du bouchon A est donc inutile.
7 : Valve anti-retour et entrée d'air servant à la mise en pression de la bouteille A avec de l'air au démarrage. L’intérêt est double, éviter la dilution (qui reste infime) du CO2 dans l'eau de l'acide et ne pas utiliser le CO2 généré  pour la mise en pression du système.
8 : Electro-vanne pour couper le CO2 la nuit et/ou connecter un système de régulation du taux de CO2 par contrôle du Ph
9 : Régulateur de pression de la sortie de CO2. Garanti une pression d'injection vers l'aquarium constante indépendamment des variations de pression dans la bouteille B. Je prévois un réglage à 1 bar.
10 : Mesure de la pression de sortie du CO2 (régulée par la consigne du régulateur 9)
11 : Sortie du CO2, vers régulateur de débit, compte goutte puis système d'injection.

La pression de CO2 dans le système est maintenue supérieure à la pression de sortie qui est stable car régulée. Quand la pression de CO2 du système baisse pour devenir inférieure à la pression de consigne d'injection d'acide, l'acide est injecté et de part sa concentration très forte la pression en CO2 dans la bouteille B remonte fortement pour devenir supérieure à la pression régulée dans la bouteille A. L'anti-retour du circuit d'injection d'acide au niveau du bouchon de la bouteille B bloque le retour de l'acide et du CO2 vers la bouteille A. L'injection d'acide est ainsi bloquée avant une nouvelle chute de la pression de CO2. Le réglage de la pression d'injection de l'acide à un niveau supérieur à celui de la sortie du CO2 garanti une pression en CO2 toujours supérieure à la pression de sortie.
En régulant la pression d'injection de l'acide on stabilise le système en évitant une montée en pression incontrôlable, les systèmes vendus sur le net sont bien moins concentrés en acide produisant une réaction moins violente et donc une montée en pression moins forte avec l'inconvénient d'une autonomie bien plus faible.

Attention je ne suis pas persuadé que les mélanges que je préconise, optimisés à l’extrême, ne soient compatibles avec un système vendu sur le net, il faut faire des essais pour vérifier que la monté en pression n'est pas trop violente et que la génération du citrate qui mousse fortement ne parvient pas à atteindre le circuit d'injection et donc l'aquarium.

Prochain épisode : la mise en marche!

Je précise que toutes les connections du système de régulation ont été étanchées avec de la colle anaérobique certifiée O2 hôpital, réseau d'eau potable... de type Loctite 577 ou dans mon cas loxeal 58-11.
Toutes les connections vers les tubes sont de type "sapin+capuchon vissé" bien plus fiable et étanche que les systèmes pneumatique de connexion rapide à joint torique.
L'ensemble des composants utilisés de type industriel ont été démontés et nettoyés soigneusement pour éliminer toute trace d'hydrocarbure nocif.

sacré boulot !
Le CO2 étant un gaz acide, tu n'a pas peur que la colle ne convienne pas et que le CO2 finisse par la rendre "poreuse" ?
Tu as pensé à breveter ton système ?
Et niveau coût tu en a eu pour combien, sans compter l'acide et le bicarbonate ?

Merci Koalix, cela fait plaisir

Le CO2 sous forme de Gaz n'est pas corrosif, la donne change quand il est dilué dans l'eau, dans notre application l'eau n'est pas en phase vapeur, le CO2 est sec.
Ensuite les matériaux utilisés ne sont pas particulièrement sensibles aux acides, il n'y a pas de fer ou d'acier dans le circuit, essentiellement du Nickel, du laiton, de l'aluminium peint et du caoutchouc.
La "colle" en question ne se trouve pas chez casto elle résiste aux hydrocarbures et aux huiles ainsi qu'à des pressions de 20 bars et des températures allant de -55 à +150°C. Bref il y a de la marge.
C'est une colle anaérobique methacrylate qui est compatible avec les environnement acides.
Fiche Technique : Loxeal 55.11
Bref, seul l'avenir dira.

Le système est relativement compliqué tel quel.
Une fois mis au point il pourrait être significativement simplifié.
J'ai déjà en tête les plans de pièces spécifiquement étudiées.
Pour l'instant c'est un proto réalisé avec des éléments du commerce.

Et surtout il reste à le tester...

Je viens de lire l'intégralité du post avec attention et moi qui m'interrogeais sur le remplacement de mon système Dennerle du commerce, je pense avoir trouvé la bonne formule
Merci d'avoir partagé !

Napzerty a écrit:Merci Koalix, cela fait plaisir

Le CO2 sous forme de Gaz n'est pas corrosif, la donne change quand il est dilué dans l'eau, dans notre application l'eau n'est pas en phase vapeur, le CO2 est sec.
Ensuite les matériaux utilisés ne sont pas particulièrement sensibles aux acides, il n'y a pas de fer ou d'acier dans le circuit, essentiellement du Nickel, du laiton, de l'aluminium peint et du caoutchouc.
La "colle" en question ne se trouve pas chez casto elle résiste aux hydrocarbures et aux huiles ainsi qu'à des pressions de 20 bars et des températures allant de -55 à +150°C. Bref il y a de la marge.
C'est une colle anaérobique methacrylate qui est compatible avec les environnement acides.
Fiche Technique : Loxeal 55.11
Bref, seul l'avenir dira.

Le système est relativement compliqué tel quel.
Une fois mis au point il pourrait être significativement simplifié.
J'ai déjà en tête les plans de pièces spécifiquement étudiées.
Pour l'instant c'est un proto réalisé avec des éléments du commerce.

Et surtout il reste à le tester...

Voila une réponse plus que complète !
Et ça t'as coûté combien du coup ou le coût probable ?
Et j'étais sérieux pour le brevet, tu devrais y songer c'est du travail de pro !!!!

Pour répondre à ta question, le coût du système de régulation présenté est de :

X laiton                        1,95€
Valve sécurité               2,72€
Electrovalve                  6,68€
2 x valve antiretour tube 1,93€
Manomètre                   7€
2 x régulateur de pres.   9,2€
Bouchons bouteilles       2,38€
3x raccords 1/4 - 1/4     4,52€
2 T laiton                     5,59€
Clapet laiton                 8,3€
4 raccords tube 4/6       4,99€
Frein filet Loxeal           18,98€

Total 74,24€ plus 15,56€ de transport.

Je viens tomber sur le sujet complet Napzerty, chapeau. 

Explication très intéressante et détaillé. 

Oui ça pas e problèmes, enfin j'avoues que pour moi un extincteur et zou l'affaire est réglée

Pour ceux que cela intéresse, voila ou j'ai trouvé l'acide citrique et le bicarbonate de soude à bon prix :

http://stores.ebay.fr/76seccom/

Livré en seaux plastique hermétiques de 10kg

Les extincteurs c'est très bien mais avec 54€ les 2kg de CO2 cela reste plus cher que les 30.52€ du système Acide+Bicarbo.

heu! pas pour moi

système D

nono.francis a écrit:
heu! pas  pour moi

système D

Ya des veinards

Merci pour vos félicitations, c'est avec impatience que j'attend le retour de ceux qui vont tester les proportions proposées.

Dernières évolutions.

J'ai testé (en forçant la réaction) les proportions présentées et elles sont parfaites, pas de débordement et le bicarbonate comme l'acide sont utilisés intégralement, je vais juste installer une petite éponge dans le bouchon de la bouteille B pour éviter que les petites gouttes projetées par les bulles de CO2 qui crèvent la surface ne rentrent dans le tube de sortie du CO2.

Le système initialement présenté marche très bien, j'avais une petite fuite au niveau du corps de l’électrovanne qui déstabilisait le système et engendrait une surconsommation inexplicable de CO2. J'ai colmaté et j'en attend une neuve gratuite. C'est ça le risque d'acheter à bas coût en provenance de la terre du soleil levant.

A suivre donc...

Petit correctif sur la présentation du système (post mis à jour)

"2 : Anti-retour et goutte à goutte injectant l'acide sur le bicarbonate, il sert à éviter que lors de la réaction générant le CO2 la pression qui augmente dans la bouteille B ne renvoi l'acide et n'injecte du CO2 dans la bouteille A.
Update : Il faut ajouter un tube qui injecte l'acide en bas de la bouteille B (sous le bicarbonate) pour garantir la réaction sinon un équilibre s'établit et la réaction ne se fait pas ce qui oblige à agiter la bouteille B pour déclencher la réaction qui alors est plutôt violente en raison de la quantité d'acide accumulé dans la bouteille B n'ayant pas réagit avec le bicarbonate."

J'ai changé la géométrie du système de régulation pour avoir toutes les entrées et sorties orientées du même côté. J’intègre tout cela et vous fait des photos.

Toujours personne n'a essayé les proportions?

je ne fais plus de bac a co2 désolé

Dernières nouvelles, le système présenté est particulièrement simple, fiable et éfficace.
Il fonctionne tout simplement à merveille.

Attention Les mélanges que je préconise, optimisés à l’extrême, ne sont pas compatibles avec un système de base surtout si il n'est pas équipé d'une valve de sécurité, en effet sans le système de limitation de la pression d'injection de l'acide, le système s'emballe très rapidement et la pression monte inexorablement. Les bouchons des bouteilles finissent alors par céder (j'en ai fait l'expérience malheureuse).

Système avec valve de sécurité (en amont de l'indicateur de pression)


Système sans valve de sécurité


Il n'est pas très compliqué de rendre ces systèmes compatibles en ajoutant simplement un régulateur de pression de type "AR2000" disponible sur ebay. il faut également des raccords et un T pour d'un côté envoyer le CO2 vers l'aquarium et de l'autre vers le régulateur qui limitera la pression dans la bouteille d'acide. Attention l'acide ne doit pas transiter par le régulateur, il faut un circuit qui conduit l'acide et un circuit qui conduit le CO2. Régler le régulateur sur 1,5 bars. Votre pression de sortie de CO2 oscillera entre 1,45 et 1,65 bars et le système ne dépassera jamais cette plage de pression. Il est tout à fait possible d'ajouter une électrovanne en sortie pour couper le circuit.

Super poste bien détaillé !

Par contre je ne vois pas l'intérêt économique de ce système car 7,63€ les 500gr de CO2 c'est super cher quand on voit qu'une recharge de bouteille de 10kg coute 35/40€ ?

Stef44 a écrit:Super poste bien détaillé !

Par contre je ne vois pas l'intérêt économique de ce système car 7,63€ les 500gr de CO2 c'est super cher quand on voit qu'une recharge de bouteille de 10kg coute 35/40€ ?

Une bouteille de 10kg c'est quand même la grosse artillerie surtout pour les petits bacs.
Le système Acide+Bicarbo est plutôt destiné aux bacs de moins de 400L de par son équivalence en terme d'autonomie avec les systèmes à base de bouteille jetable de 500g de CO2.
Une bouteille jetable de 500g de CO2 coûte env. 20€ et dans ce cas les 7,63€ ont du sens.

Les bouteilles de CO2 type Sodastream coûtent 10€ en recharge pour 450g.

Je pensais pour l'avoir lu que la recharge d'une bouteille de 10kg par un professionnel à destination des pompes à bière utilisées dans les bars était de plus de 80€. Ou as-tu trouvé des tarifs à 35€?

Un autre avantage du système Acide+Bicarbo est le stokage sans danger et sans date de péremption des deux produits chimiques de base, ainsi que la recharge rapide, autonome et facile à domicile du système.

80€ y'a 50€ de consigne dedans ;-)

Stef44 a écrit:80€ y'a 50€ de consigne dedans ;-)

Ah non non, les 54€ de consigne étaient précisés comme étant facturés séparément dans le cas que j'avais lu.

Mais tu as raison hors consigne il semble que les 10kg de gaz soient facturés entre 20 et 30€.

Mais bon 10kg il faut réussir à cacher la bouteille!

Donc, t'es resté sur le système de base ? ou avec tes modifications ?

Des retours après expérience :

Pour la maintenance du système de base, nettoyer bien les tuyau à l'eau chaude à chaque changement de mélange ( sinon votre système se bouchera ) et couper les bouts de tuyau usagés.

Serrer les écrous en plastique du système avec une pince plate sans trop forcer histoire de ne pas avoir de fuite !

Bien secouer les mélanges pendant 1min avant de fermer les bouteilles.