Отопление водородом: Отопление дома на водороде своими руками, газ брауна

Содержание

Отопление дома на водороде своими руками, газ брауна

Водород — один из источников отопления дома

В средневековье известным ученым Парацельсом в ходе опытов был замечен такой процесс, как выделение пузырьков воздуха при взаимодействии железа и серной кислоты. Однако это был не воздух, а водород. Это легкий газ, который не имеет ни цвета, ни запаха. А если он смешивается с кислородом, то газ является взрывоопасным. Сегодня отопление на водороде своими руками – это распространенное явление. Ведь водород можно получить в любом количестве, где есть вода и электричество.

Под действием электролиза молекулы воды делятся на кислород и водород. Последний обладает массой уникальных свойств. В жидком состоянии при температуре -250 градусов Цельсия это наиболее легкая жидкость, а в твердом состоянии – самое легкое вещество. Атомы водорода являются самыми маленькими. А при смешивании с атмосферным воздухом водород превращается в смесь, которая способна взорваться от даже самой маленькой искры.

Использование водорода в отоплении

В век технологий существует множество вариантов отопить свой дом. Однако любители самостоятельно создавать разные технические приспособления могут сделать отопление дома водородом своими руками. Это экологически чистый, в то же время, очень мощный источник тепла, благодаря которому можно отопить большое помещение.

Рекомендуем к прочтению:

Котел отопления на водороде итальянского производства

Водородное отопление дома было разработано одной из компаний в Италии. Когда такая установка работает, она не производит никаких вредных выбросов. Таким образом, это экологически чистое, эффективное, бесшумное отопление дома.

Ученые разработали способ сжигать водород для отопления дома при такой температуре, как 300 градусов по Цельсию. Благодаря этому появилась возможность производить котлы для отопления из традиционных материалов. Такого типа котлы для функционирования не требуют специальной системы отвода продуктов сгорания в атмосферу, так как здесь таковых продуктов нет. В данном случае выделяется только пар, не вредный для окружающей среды. А получить водород – это доступный процесс. Все, на что будут идти расходы, — это только электроэнергия. А если вы будете, используя водородный генератор для отопления, задействовать еще и солнечные панели, то и затраты на электричество можно минимизировать.

Чаще всего котел на водороде применяется для того чтобы обогревать полы. И такие системы на сегодняшний день можно найти с самой разной мощностью. Монтируются они собственноручно.

Водородная установка для отопления дома состоит из следующих компонентов: котел и трубы, имеющие диаметр 25-32 мм (1-1,25 дюймов). Трубы других размеров используются редко. Трубы можно смонтировать самостоятельно, но здесь следует выполнять одно условие – после каждого разветвления диаметр должен быть меньшим. И порядок уменьшения диаметра следующий – труба D32, труба D25. После разветвления – труба D20, последняя – труба D16. Когда такое правило соблюдается, то водородная горелка для отопления будет работать эффективно и качественно.

Рекомендуем к прочтению:

Преимущества отопления на водороде

Водородное отопление имеет несколько важных достоинств, которые обусловливают распространенность системы:

  • Это экологически чистые системы. И здесь единственным побочным продуктом, выбрасывающимся в атмосферу при работе, является вода в состоянии пара. Этот пар никоим образом не наносит вред окружающей среде.
  • Водород в системе отопления функционирует без применения пламени. Тепло создается в результате каталитической реакции. Когда водород соединяется с кислородом, получается вода. При этом выделяется много тепловой энергии. Поток тепла температуры примерно 40 градусов идет в теплообменник. Для теплых полов – это идеальный температурный режим.
  • Очень скоро водородное отопление своими руками сможет заменить традиционные системы, таким образом, освободив общество от добывания разного топлива – нефти, газа, угля и дров.
  • КПД, который вырабатывает отопление частного дома водородом, может достигнуть 96%.

Еще один вариант – использование газа Брауна

Еще одним способом, в настоящее время довольно спорным, является применение газа Брауна для отопления. Газ брауна для отопления дома является химическим соединением, состоящим из двух атомов водорода и одного атома кислорода. При сгорании такого газа создается практически в 4 раза больше энергии.

Установка для получения газа Брауна

Используется специальный электролизер для отопления дома. Ведь в основе получения такого газа лежит принцип электролиза воды. Чтобы такая технология была применена в отоплении, переделывается обычный котел. В его основании будет электролизер – сюда заливается электролит, состоящий из дистиллированной воды и ускорителя реакции. На пластины из металла или трубки дается переменный ток с заданной частотой. Под его влиянием молекулы кислорода и водорода разъединяются, после чего получается газ брауна отопление.

Водородный котел отопления, построение устройства в частном доме своими руками

Научно-технический прогресс не стоит на месте, постоянно удивляя потребителей различными новшествами и полезными достижениями. Они касаются всех сфер, в том числе – комфортного проживания и отопления домов. С этой целью не так давно на российский рынок была выведена уникальная продукция – водородные котлы отопления.

Уникальные особенности котлов на водороде

Котлы такого типа мало востребованы в России по причине недостаточной информированности о них широких масс потребителей. В западных странах этот альтернативный вид отопления уже довольно распространен благодаря доказанной экологической чистоте, а также получению заметной экономии при оплате за коммунальные услуги.

«Порождающий воду» – именно так звучит перевод термина «водород» с латыни. Этот элемент считается самым распространенным веществом в мире, из него наполовину состоит солнце, он широко применяется в промышленности, а также обладает массой уникальных свойств, которые и были использованы при разработке водородного отопительного котла. Главное уникальное свойство элемента – его неисчерпаемость в недрах и окружающем мире.

Процесс получения водорода прост и понятен. Для него требуется обязательное наличие электрической энергии и воды. Электроток способствует расщеплению молекул воды на кислород и водород, который впоследствии можно использовать с целью обогрева помещений.

Водород как энергоноситель считается самым безопасным и чистым элементом, а отопление на его основе получается полноценным и эффективным.

Котлы такого типа можно гармонично встроить своими руками в уже существующую отопительную систему без ущерба для нее.

Основные нюансы водородных котлов

Мощность котлов, работающих на основе водорода, выбирают в зависимости от площади сооружения, которое необходимо обогреть.

С помощью техники подобного рода можно решать множество задач, связанных с обогревом. Это происходит благодаря одновременному функционированию нескольких каналов, предназначенных для выработки водородной энергии (максимум их может быть 6).

Модульная система, присущая водородным котлам, обеспечивает независимую работу каналов, никак не воздействуя при этом на снижение эффективности установки. Каждый отдельный канал содержит свой катализатор.

Плюсы обогрева водородом

Котел, работающий на водороде, востребован по многим причинам:

  1. Неисчерпаемость водорода, а также возможность получать его в любом количестве.
  2. Получение водорода считается более выгодным экономически, чем постоянная добыча полезных ископаемых, обладающих горючими свойствами (газа, угля, нефти и т. д.).
  3. Система отопления работает без вредных для людей и атмосферы выхлопов, выделяя обычный водяной пар.
  4. Нет необходимости в пламени (водородное отопление работает на базе химических реакций).
  5. Котел обладает максимально высоким КПД.
  6. Устройство работает совершенно бесшумно.
  7. Отсутствует необходимость в строительстве и эксплуатации дымохода.
  8. Требования безопасности к водородному отоплению ниже, чем к установкам, работающим на основе газа.

Недостатки водородных котлов

Несмотря на массу преимуществ, важно знать о недостатках таких агрегатов:

  • необходимость постоянного пополнения катализатора;
  • взрывоопасность элемента при несоблюдении строгих требований;
  • неудобная транспортировка водорода;
  • недостаток специалистов по установке, а также сервисному обслуживанию подобного оборудования в России;
  • недостаточное количество необходимых запчастей по причине неразвитого рынка водородного отопления.

Самостоятельное сооружение

Ввиду того что массовое производство подобных агрегатов на сегодняшний день отсутствует, их покупка является нелегким процессом. Скорее всего, придется оформлять индивидуальный заказ или договариваться о поставке оборудования из Италии, где впервые разработали и запустили в работу такие устройства.

Но подобное решение вопроса по карману далеко не всем потребителям. В этом случае стоит рассмотреть возможность сооружения котла своими руками.

Как устроен самодельный котел отопления на водороде?

Система водородного обогрева состоит из генератора, горелки и котла.

Точной и гарантирующей успех инструкции по сооружению водородного котла на сегодняшний момент не может дать ни один источник. Но согласно навыкам и опыту практикующих химиков и техников такой агрегат должен состоять из следующих компонентов:

  1. Теплообменник.
  2. Электролизер.
  3. Камера сгорания.
  4. Предохранительный блок, защищающий от «обратки» (с 2 ступенями).
  5. Емкость с электролитом и вырабатываемым водородом. Она должна быть изготовлена из легированной или нержавеющей стали, а также снабжена клапаном, с помощью которого можно сбрасывать давление в системе.

Принцип действия котла

Водород начинает вырабатываться после попадания электролитического раствора внутрь электролизера. Под воздействием катализатора с О2 элемент делится на тепло и воду. Полученное тепло, имеющее температуру порядка 40 градусов, идет в отопительную систему, проходя предварительно через теплообменник.
Очень часто такой температуры хватает для полноценного обогрева дома с помощью теплых полов.

Выделившаяся в результате химической реакции вода поступает в бак (с электролитом), а затем определенная часть раствора подвергается самовоспламенению за счет процесса рециркуляции.

Монтаж водородного котла

Для монтажа конструкции следует приобрести такие комплектующие:

  • 12-Вольтный блок питания;
  • 30-Амперный ШИМ регулятор;
  • трубки разных диаметров, изготовленные из нержавеющей стали;
  • емкость.

Вода в идеально герметичных условиях подается внутрь емкости с диалектиком. Там расположены пластины из нержавеющей стали, примыкание которых друг к другу обеспечивается изолятором. Пластины получают 12-Вольтное напряжение. Результатом будет разложение воды на газы.

Использование ШИМ регулятора позволяет преобразовывать постоянный ток в импульсный или переменный, что увеличивает общую эффективность системы.

Оправдана ли самостоятельная сборка водородного котла?

Целесообразность сборки водородного агрегата своими руками вызывает массу вопросов, которые еще недостаточно исследованы, поэтому перед принятием такого решения следует тщательно взвесить все «за» и «против», а также учесть важные моменты.

 

Соорудив агрегат из вышеперечисленных элементов и дополнив его стандартными автоматическими и механическими комплектующими, можно получить опытный экземпляр водородного агрегата. Чтобы он полноценно заработал, следует провести немало испытаний и проб.

Водородный котел для отопления частного дома

В наши дни инноваций отопления частного дома можно назвать несколько. Возможно, возвращение к традиционной русской печи не менее удивительно, чем коллекторная разводка с термостатом в современном деревянном рубленом доме, причем один из источников энергии, распределяемой коллектором - это солнечные батареи на крыше, подключаемые через накопительный бойлер. Отопление водородом - тоже сравнительно новый метод обогрева жилья, и полемика вокруг данной инновации все еще вызывает порой ассоциации с гремучим газом, он же газ Брауна (хотя определение и не совсем корректно).

Одно из главных преимуществ водородного котла, говорящее об отличных перспективах - это неплохое сочетание данного метода выработки тепловой энергии с генераторами ВИЭ (возобновляемые источники энергии - устройства на биогазе, ветрогенераторы, гелиобатареи и др.)

Подробнее о перспективах применения водородных котлов

Общемировая тенденция перехода к «зеленым»технологиям обуславливает и спрос на эти технологии. Защита ООС, экологические строительные материалы и стремление людей жить поближе к природе, не разрушая ее, согласуется с переходом на водород как ресурс энергии для транспорта и жизнеобеспечения жилья. Водородные котлы при эксплуатации не образуют углекислого газа, этого «главного монстра» современных технологий и оборудования, которое работает на углеводородных ресурсах: газ, жидкое и твердое топливо - уже в силу этого факта утверждение о первом месте водородного котла в списках самых экологически перспективных решений в отопительной области оспаривать сложно.

Второе преимущество применения водородного котла для бытового обогрева - работа отопления на водороде не требует вентиляционных систем, не нужно отводить продукты сгорания со всеми вытекающими: поскольку единственный продукт сгорания - обычная вода. О чистке и обслуживании дымоходов и вентканалов можно забыть, так же, как и о дополнительных расходах электричества для их эксплуатации. Дополнительный плюс - водородные котлы, выделяя в качестве отходов чистые водяные пары, служат аэраторами-увлажнителями в жилище.

Но основное преимущество водородного котла, как уже было сказано - перспективное сочетание с практически любым генератором электрической энергии ВИЭ, имеющим сильно выраженную периодичность ресурса - ветер, солнце. Подключение генерирующего от ВИЭ оборудования прямо в сеть требует дорогостоящего сложного обеспечения, что несравнимо с выработкой водорода электролизом, возможного во время пиковых режимов. Полученный водород и будет использован в качестве топлива для котельного водородного агрегата. Промышленные установки уже несколько десятков лет конвертируют ВИЭ в водород, и данный энергетический ресурс имеет малую себестоимость. О бытовом оборудовании так говорить еще рано; и сегодня о людях, монтирующих у себя дома водородные котлы, говорят как о рисковых, или очень богатых, или же как о махровых оптимистах. Но технологии развиваются, и возможно - с водородным отоплением домов и автомобильными двигателями нас ждет счастливое будущее.

На сегодня энергоэффективность водородного котла при трезвой оценке не достигает даже аналогичной для электрокотла - рекордсмена низкого КПД и высокой цены при роскошном обогреве и чистой беспроблемной эксплуатации. Если электрические котлы оцениваются по энергоэффективности на 40-45%, котлы газовые и жидкотопливные на 70-75% (пиролизные и инверторные на 95% и выше), то водородный котел скромно занимает последнее место - его энергоэффективность не достигает и 10%. По сравнению с тепловыми насосами и геотермальным отоплением, минимум эффективности которого составляет 120-150%, а максимум - свыше 400%, говорить об экономии водородного отопления пока не приходится. Тот день, когда новые технологии позволят удешевить данный бытовой отопительный процесс хотя бы в десять раз, еще не наступил. Но при прочих равных условиях экологическая чистота отопления водородом - огромный стимул исследований и надежды человечества на лучшую жизнь.

Пока что трудно без юмора относиться к радостной мощи интернет-предложений о «снижении счетов за ресурсы во много раз» одной только установкой в доме водородного котла. Несколько менее смешны и более опасны мастер-классы сборки водородных котлов в домашних условиях из подручных материалов. Гремучий газ, или газ Брауна, применяется для сварки и резки металлов, плавит кварц, одно его название уже говорит само за себя. Водород взрывоопасен, и при малейшем отступлении от технологии кустарный котел может стать неплохой бомбой в жилище. Специалисты предостерегают также от покупок водородных устройств от непроверенных производителей, в частности могут стать фактором риска в доме китайские агрегаты, в которых возможна некачественная гарнитура и удешевление за счет материала. О том, что утечка водорода крайне опасна, понятно и без объяснений.

Чтобы обосновать причину экономии отопления водородным котлом, ссылаются:
  1. На показатели теплоты сгорания, поскольку водород действительно сгорает с трехкратной теплоотдачей сравнительно с природным газом.
  2. Еще более авторитетно звучат тезисы о газе Брауна, или смеси водорода с кислородом в пропорции к двум атомам водорода - один кислородный атом. Эта одноатомная смесь, недаром ее еще в древности назвали гремучей - выделит при сгорании огромное тепло, и продвинутый девайс будет работать на данной энергии чуть ли не доказывая в одном отдельно взятом коттедже неверность фундаментального закона сохранения энергии.
  3. Еще один верный тезис об уникальности водорода как самого легкого газа и самого распространенного вещества в нашей вселенной, что тоже говорит в пользу водородного отопления.

Но в реальности все несколько грустнее - о легкодоступности чистого водорода как природного элемента говорить не приходится, поскольку на планете весь водород связан. Вода, например. И чтобы выделить водород из воды, нужна энергозатратная химия, тот же электролиз.

Немного о чистом водороде и КПД водородного котла

Для водородного котла нужен водород, которого вокруг огромное количество. Например, в газе метане в два раза больше атомов водорода, чем в воде, которую заливают с катализаторами в электролизер водородного бытового котла. Но выделять водород из метана смысла мало, метан сам по себе прекрасно горит, а энергии на «добычу» водорода потребовалось бы немало. Вода и электролитическая диссоциация с расщеплением молекулы воды на два атома водорода и одну кислорода (упрощенно) применяется для выработки чистого водорода достаточно широко. Все промышленные водородные котлы имеют неотъемлемую часть - электролизер или электролизную установку. Данные установки работают на электроэнергии, а сколько ее требуется - вопрос интересный, и, ответив на этот вопрос, можно получить данные о реальной выгоде использования водородного котла в быту. Ведь количество тепловой энергии, выработанной котлом, должно превышать то количество, которое пришлось израсходовать на его работу - только в этом случае можно будет утверждать о 100% - ном и более КПД установки.

О прочной связи атомов водорода и кислорода в молекуле воды понятно еще со школы. Для разрыва этих связей потребуется немало энергии, и электролизер с данной работой справляется. Далее - получена смесь из водородных и кислородных атомов с огромной потенциальной энергией, которая в процессе окисления (горения) в котле обеспечит жилище теплом. Итог всех реакций - водяной пар, то есть исходная вода, в начале процесса расщепленная на атомы. Количество воды не меняется - ее масса "защищена" законами физики. Поскольку потери энергии в любом технологическом процессе неизбежны и реальны, и идеальных процессов не бывает - то понятно: тепловой энергии можно будет получить несколько меньше, чем было затрачено электрической. Еще один нюанс - для водородного котла нужна вода исключительно высокой очистки - дистиллят, который не бесплатен. Возникающий вопрос закономерен - для чего все эти сложные процессы расщепления воды электричеством, когда электрокотел и без всякого электролиза нагреет теплоноситель в отопительной системе, и это будет проще и выгодней, чем расщепление и «воссоединение» воды в виде пара посредством сжигания водородно-кислородной смеси, с неизбежными потерями энергии на каждом этапе данного процесса, да еще с дополнительным сложным оборудованием?

Еще немного о преимуществах водородного отопления и принципе работы водородных котлов

Изобретение автомобильного двигателя, работающего на водороде, относят к 60- ым годам прошлого века. А водородные котлы придуманы не так давно, и родина их - Италия. Идеи о водороде в качестве топливного ресурса «для дома» некоторое время не могли осуществиться, камнем преткновения была огромная температура сгорания водорода и невозможность использовать обычные материалы для производства котлов. Но современные водородные котлы создают из обычных материалов, и о работе водородного отопления потребители отзываются в массе хорошо. Установки действительно работают на «гремучем» газе Брауна, но пользоваться котлом при соблюдении правил техники эксплуатации не опаснее, чем любым другим котельным агрегатом. Специалисты предостерегают лишь о недопустимости самодельных сборок и модернизаций водородного оборудования, даже с подробным и профессиональным инженерным чертежом на руках.

Утечка водородной смеси из генератора крайне опасна, и может привести к взрыву и разрушениям, Кроме того, опасен чрезмерный нагрев котла. Некоторые из мер безопасности:

  • Блок датчиков температуры в теплообменнике дает возможность контроля системы, и не допускать превышения нагрева воды сверх безопасного.
  • В горелке имеется запорная арматура, подключенная непосредственно к датчикам температуры, а охлаждение котла нормировано и обеспечивается в расчетном цикле.

Кратко об отопительном процессе: в котельном агрегате присутствует закрытый водородный резервуар, и при нагреве до 300 градусов начинается реакция водорода с кислородом, с образованием пара, воды и огромного количества тепла. Данная смесь - конденсат может быть теплоносителем и идет в контур отопительной системы жилища. Воспламенения водорода при каталитической реакции не происходит, продуктов горения нет и отводить их не нужно. Процесс абсолютно безопасен с экологической точки зрения. Теплоноситель имеет температуру всего 40 градусов по Цельсию, но для отопления этого достаточно, а системы водяного теплого пола и теплого плинтуса именно на такой нагрев и рассчитаны. Теплопотери при данном методе отопления невозможны, поскольку сконденсированная вода сама служит и жидкой фазой, и средством нагрева.

Основным элементом котла является электролизер, в котором происходит электролиз дистиллированной воды в присутствии химического катализатора. Полученная газовая смесь идет по штуцеру электролизера к водяному затвору и как более легкое вещество, поднявшись над водой, проходит к фильтро-уловителям, потом в воздушный коллектор к месту окончательной реакции - в отсек сгорания. Принципиальных различий у современных водородных котлов нет. Отличать котлы можно по мощностям, материалам корпусов, эстетике. Стандартные технические характеристики котлов:

  • Возможность обогревать площади примерно до 200-250 м2
  • Срок эксплуатации - минимум 15 лет, ремонтопригодность и несложный ремонт, по уверениям производителей
  • Воды расходуется за сутки примерно 5-6 литров
  • Выработка топливного ресурса за сутки от одного до двух литров
  • Потребляют электроэнергии от одного до трех кВт/час
  • Имеются одноконтурные и двухконтурные исполнения котлов, для дополнительного приготовления горячей воды
  • Как все виды отопительного оборудования, работают не нон-стоп, а циклично, нагревая помещение до определенных параметров. Контроль режима обеспечивают датчики
Выбирают водородные котлы по нескольким критериям:
  • По мощности - минимальную мощность называют 27 Вт. Возможно применение котлов в группах.
  • Числу контуров - нужен ли второй контур для подогрева воды на бытовые нужды
  • Уровню потребления электроэнергии
  • По данным о производителе

Одно из основных предназначений водородного котла - в системах теплых водяных полов. Монтаж трубопроводов производят с уменьшением диаметров трубы от котла и в сторону каждого разветвления: сечение прохода должно уменьшаться с максимального - обычно это 32 мм, затем труба диаметром условного прохода 25 мм, следующая - 20 мм, и диаметр последней трубы 16 мм. Функционирование точно отлаженной системы позволяет говорить о хорошей эффективности, и современные отопительные контуры с водородными котлами показывают КПД более 90%.

О недостатках работы водородного котла:
  • Если модель котла работает на сжиженном водороде, то, при повсеместной распространенности самого газа, эти баллоны можно достать не везде и не всегда, в отличие от природного газа пропана.
  • Если нормированное давление в котле превышено в результате недосмотра, и/или система контроля дала сбой, то взрыв водородного котла - крайне жестокая вещь. Это разрушения и возможные жертвы. Безопасность замкнутого цикла без вмешательства потребителя - один из гарантов безопасности, и к автоматике водородных котлов предъявляют очень серьезные требования.
  • Некоторые модели водородных котлов шумят, по отзывам потребителей.
  • Потребление дистиллированной воды для котла значительное.

Первые установки на водороде выполнялись с дополнительным дымоходом, поскольку требовался выход для воды и перегретого пара - результатов каталитических реакций и их высоких температур. Но современные водородные отопительные установки решены с выводом пара и воды непосредственно в отопительные контуры, как основной теплоноситель системы.

Если водородом удастся заменить обычные виды горючего и топливных ресурсов, то это может стать огромным прорывом в экономике, причем сокращение добычи ископаемых будет не самым главным плюсом. Главное - создание экологически чистых систем жизнеобеспечения, по определению не способных навредить ни природе, ни людям.

Водород для отопления зданий - необоснованное решение

Издание Energy Monitor опубликовало любопытный материал по вопросу использования зелёного водорода для отопления зданий. Речь идёт о «прямом» использовании h3, то есть о замене отопительных устройств (котлов), работающих на природном газе, на водородные.

Подобные намерения и проекты автор статьи характеризует английской идиомой «to sell someone a pup» («продать щенка»), которая означает подмену, обман, ситуацию, когда под видом одного товара продаётся другой.

Задачи перехода к климатически нейтральному состоянию в европейских странах подразумевают, что в энергосистемах (почти) не будет места для природного газа. Поэтому газовая промышленность пытается продать идею, что можно заместить ископаемый газ водородом, используя существующую газовую распределительную инфраструктуру.

Соотвествующие пилотные проекты уже ведутся. Например, шотландская газораспределительная сеть SGN реализует проект по водородному отоплению 300 домов. В его рамках гражданам предлагаются демонстрационные водородные устройства (бойлеры-нагреватели), и в Великобритании даже принят соответствующий стандарт, позволяющий использовать такие котлы.

Однако данное «простое» решение является чрезвычайно неэффективным.

Зелёный водород может играть важную роль в энергетическом переходе, у него множество конкретных применений, для которых мало альтернатив. h3 потребуется в больших количествах для декарбонизации промышленности и транспортного сектора, например, химического производства и судоходства. Кроме того, водород может использоваться для выработки электроэнергии в периоды, когда выработки из возобновляемых источников энергии недостаточно. Тем не менее, стоимость и потери эффективности, скорее всего, будут ограничивающими факторами, препятствующими широкому распространению этой опции.

Использование водорода для отопления зданий в больших масштабах проблематично по разным причинам.

Во-первых, производство «зеленого водорода» путем электролиза чрезвычайно расточительно по сравнению с использованием возобновляемой энергии непосредственно для работы тепловых насосов или электромобилей. Для обогрева дома водородом требуется примерно в пять раз больше энергии ветра или солнца, чем для обогрева того же дома с помощью эффективного теплового насоса. Для иллюстрации тезиса приводится следующий график: 

«Кажется маловероятным, что у Европы есть деньги и земля, чтобы построить в пять раз больше турбин и солнечных панелей, только для того, чтобы поддерживать в эксплуатации старые газовые магистрали», — отмечает автор.

Во-вторых, «зеленый» водород недешев и, как ожидается, будет стоить около 0,1 евро за киловатт-час (кВтч) в 2030 году в месте производства, согласно недавнему исследованию Международного энергетического агентства. На национальном уровне Комитет по изменению климата Великобритании представил очень похожие цифры. Они значительно превышают текущие цены на газ для жилых домов во многих европейских странах.

Перенаправление ограниченных поставок зеленого водорода в сектор недвижимости также приведет к увеличению стоимости водорода для ключевых отраслей, где он будет исключительно необходим.

Инновации и дальнейшее снижение стоимости возобновляемой электроэнергии, конечно приведут к снижению затрат на водород в будущем, но большая часть затрат на производство водорода путем электролиза — это стоимость входящей электроэнергии (80–86%), а не капитальные или эксплуатационные расходы. Это означает, что разница в стоимости с прямой электрификацией останется такой же.

Также отмечается, что преобразовать газовую сеть в водородную не так уж просто. Требуется замена существующих газовых счетчиков и горелок в бытовых приборах, а иногда и устройств целиком. Это колоссальная задача, как показали исследования по логистике перехода на водород.

Всё сказанное не означает, что водород неприменим для отопления. Гибридные тепловые насосы могут сыграть роль, используя небольшое количество водорода в качестве резерва во время длительных периодов холода. Водород также может играть роль в балансировании системы электроснабжения и таким образом косвенно поддерживать электрификацию теплоснабжения.

Однако, даже если водород станет доступным в больших количествах и по более низким ценам, чем ожидается, в ближайшее время он не будет играть большой роли в декарбонизации систем отопления. Centrica, старейшая в мире и крупнейшая газовая компания в Великобритании, недавно заявила, что «для использования водорода в домашних условиях, скорее всего, потребуется больше десяти лет, а затраты для потребителей пока неизвестны».

Автор считает, что нужно отказаться от этого «необоснованного» решения.

Я с ним солидарен. По моему убеждению, электрическое решение является однозначно предпочтительным. Дома с низким энергопотреблением (например, пассивные дома) в сочетании с теплоснабжением, основанным на электричестве (как при локальной, так и централизованной организации теплоснабжения) – это просто, надежно и энергетически эффективно. Водородный вариант отопления – это слишком сложно и дорого. Да, со временем к такому можно привыкнуть, и стоимость снизится, но в этом просто-напросто нет необходимости.

Например, в случае водородного «Дома будущего», который уже несколько лет заселён в Швейцарии, и который является полностью автономным, водород используется в качестве промежуточной субстанции, в которой сохраняется энергия. Но конечные потребители-жители получают в свои квартиры всё-таки готовые тепло и электричество, а не водород.

Вопрос использования водорода для отопления подробно исследовал немецкий институт Fraunhofer IEE и пришёл к аналогичным выводам.

Результаты исследования однозначны: водород не подходит для отопления зданий. Количество зеленой электроэнергии, необходимой для производства зеленого водорода для этой цели, на 500-600 процентов больше, чем количество, необходимое для питания эквивалентного количества тепловых насосов.

Уважаемые читатели!

Ваша поддержка очень важна для существования и развития RenEn, ведущего русскоязычного Интернет-сайта в области возобновляемых источников энергии.

Яндекс Кошелёк 

Карта Сбербанка: 4276 3801 2452 1241

Водородный генератор своими руками для отопления дома

Развитие технологий привело к замене классических дровяных печек на котельные агрегаты. В качестве топлива, помимо дров и угля стали использоваться газ, масло, солярка и даже электричество. В последнее время энергию для автономных отопительных систем дополнительно получают с помощью солнечных батарей и геотермальных установок. Учитывая, что неиссякаемым источником энергии является водород, можно попробовать собрать водородный генератор своими руками для получения экологичного топлива.

Водородный генератор своими руками

Принцип работы устройства

Водородный генератор для отопления считается перспективной разработкой, поскольку получать горючее с высокой теплотворной способностью можно из обычной воды. Главная задача — получить чистый водород максимально простым и дешевым способом.

Получение водорода

Традиционно для этих целей используется метод электролиза. Его суть в следующем: в воду, недалеко друг от друга, помещают металлические пластины, которые подключены к источнику высокого напряжения. Вода проводит электрический ток, поэтому при подаче электроэнергии молекулу воды разрывает на составляющие. Высвобождение из каждой молекулы двух атомов водорода и одного атома кислорода позволяет получить так называемый газ Брауна с формулой ННО.

Теплотворная способность газа Брауна составляет 121 МДж/кг. При горении вещества не образуется вредных веществ, а для того, чтобы его использовать в качестве энергоносителя для отопления дома достаточно немного модернизировать стандартный газовый котел. Однако при создании установки для получения водорода своими руками особое внимание следует уделить мерам безопасности — при соединении водорода с кислородом образуется гремучая смесь.

Конструкция генератора

Электролизер, установка для выработки газа Брауна путем электролиза воды в больших объемах, состоит из нескольких ячеек, в которые вмонтированы металлические пластинчатые электроды. Чем больше суммарная площадь поверхности электродов, тем мощнее установка.

Ячейки находятся в герметичной емкости, которая оснащена патрубком для подключения к источнику воды, патрубком для отвода полученного газа, клеммами для подсоединения электропитания. Также генератор снабжен водяным затвором, предотвращающим контакт водорода с кислородом, и защитным клапаном для предотвращения эффекта обратного пламени — газ сгорает только в горелочном устройстве.

Принцип работы водородного генератора

Водородное отопление

Водородное отопление дома требует использования установки с большой площадью электродов, иначе отопительный котел не сможет эффективно нагревать теплоноситель. Применять обычный электролизер, нарастив его габариты, нерентабельно, поскольку на получение водорода будет тратиться больше электроэнергии, чем ушло бы на работу отопительного электрокотла для обогрева дома такой же площади.

Ведутся разработки более эффективных установок для получения водородного топлива без лишних энергозатрат. Известна история американского изобретателя Стенли Мейера, который создал «водородную ячейку», потребляющую в десятки раз меньше электроэнергии по сравнению с традиционными установками. Однако ученому не удалось совершить переворот в современных технологиях — он скоропостижно скончался от отравления, а чертежи установки исчезли.

Над созданием водородного генератора с попытками реализовать идею Мейера трудятся и в технических лабораториях, и в мастерских домашних умельцев во всем мире. Изобретение американского ученого заключалось в создании резонанса раскачивающейся молекулы воды с электрическими импульсами — в этом случае она расщепляется на атомы без использования высокого электрического напряжения.

Радужные перспективы

Водород — крайне перспективный энергоноситель по целому ряду причин:

  1. Он в наличии во всей Вселенной, на Земле занимает десятое место по степени распространенности — энергоресурс можно назвать неисчерпаемым.
  2. Газ не токсичен, не способен причинить вред живым организмам. Важно лишь предпринимать меры безопасности, чтобы исключить утечку с образованием «гремучей смеси» водорода с кислородом.
  3. Продукт горения водорода — обычный водяной пар.
  4. Энергоноситель отличается высокой теплоемкостью, температура горения составляет 3000°С.
  5. При утечке газа он быстро улетучится, не причинив никакого вреда, поскольку в 14 раз легче воздуха. Но поблизости не должно быть открытого огня или искрящей проводки, иначе гремучая смесь взорвется.
  6. Кубический метр водорода обладает теплотворной способностью 13000 Дж.
Преимущества водородного отопления

Водород как энергоноситель — сфера применения

Водород высоко оценивается как энергоноситель и активно используется, к примеру, в качестве топлива для космических ракет. Используются разные способы его получения в промышленных масштабах. В основном это газификация угля или нефтепродуктов, конверсия метана и его гомологов. Такой дешевый водород нельзя рассматривать как экологичное топливо, поскольку его добыча связана с вредными выбросами в атмосферу. Электролиз воды для получения водорода в больших объемах, применяется только в Норвегии, где имеется избыток дешевой электроэнергии.

Компактный электрический газогенератор нашел применение в сфере газорезки. Оборудование, производящее водород, удобнее в использовании по сравнению с баллонным газом — нет необходимости транспортировать тяжелые баллоны, зависеть от поставок сжиженного газа и т.д. Но в угоду удобству была принесена экономия — для электролитического процесса требуется достаточно много электроэнергии, в итоге стоимость энергоносителя существенно возрастает. При этом разница в стоимости купленного и произведенного водорода во многом компенсируется отсутствием затрат на его доставку.

Водородные отопительные котлы

На многих сайтах, посвященных системам отопления, можно встретить информацию о том, что водород составляет достойную конкуренцию природному газу в качестве энергоносителя для отопительного котла. Упор делается на то, что смонтировав генератор водорода, вы получаете возможность тратить на отопление не больше средств, чем на газовое, при этом не придется оформлять множество документов и платить серьезные суммы за подключение дома к центральной газовой сети.

На основании вышеизложенного в статье можно сделать выводы, что себестоимость водорода низка только при его промышленном производстве. То есть, получение топлива электролизом заведомо обойдется дороже, и ориентироваться на завлекательные цифры стоимости килограмма сжиженного водорода не имеет смысла.

Рассмотрим котельное оборудование, представленное на рынке. Выпуском водородных котлов занимается итальянская компания Giacomini, которая специализируется в сфере альтернативной энергетики. Также аналогичные агрегаты изготавливают некоторые китайские компании, успешно скопировавшие технологию.

Водородный котел на твердом топливе

Разработки компании Giacomini направлены на создание отопительного оборудования, которое было бы полностью безопасно для окружающей среды.

Водородный котел этой компании относится к указанной категории — его работа связана с выделением водяного пара, какие-либо вредные выбросы отсутствуют. В качестве энергоносителя используется водород, при этом его добывают путем электролиза.

Однако стоит обратить особое внимание на принцип действия этого котла. Полученный в системе водород не сжигается, он вступает в реакцию с кислородом в присутствии катализатора. В результате выделяется тепловая энергия, которой достаточно для нагрева отопительного контура до 40°С.

То есть, водородные котлы, которые предлагается приобрести по солидной цене, подходят лишь для использования в качестве теплогенератора для контура водяного пола, плинтусного или потолочного отопления.

Можно сделать вывод, что мировые производители котельного оборудования не нашли приемлемого технического решения, чтобы создать эффективный отопительный котел, способный использовать тепловую энергию сжигаемого водорода. Или рассчитали, что такой вариант нерентабелен.

Изготовление генератора собственными силами

В сети Интернет можно найти немало инструкций, как сделать водородный генератор. Следует отметить, что собрать такую установку для дома своими руками вполне реально — конструкция достаточно проста.

Компоненты водородного генератора своими руками для отопления в частном доме

Но что вы будете делать с полученным водородом? Еще раз обратите внимание на температуру горения этого топлива в воздухе. Она составляет 2800-3000°С. Если учесть, что при помощи горящего водорода режут металлы и другие твердые материалы, становится понятно, что установить горелку в обычный газовый, жидкотопливный или твердотопливный котел с водяной рубашкой не получится — он попросту прогорит.

Умельцы на форумах советуют выложить топку изнутри шамотным кирпичом. Но температура плавления даже лучших материалов данного типа не превышает 1600°С, долго такая топка не выдержит. Второй вариант — использование специальной горелки, которая способна понизить температуру факела до приемлемых величин. Таким образом, пока не найдете такую горелку, не стоит начинать монтировать самодельный водородный генератор.

Советы по сборке и эксплуатации генератора

Решив вопрос с котлом, выберите подходящую схему и инструкцию на тему, как сделать водородный генератор для отопления частного дома.

Самодельное устройство будет эффективным только при условии:

  • достаточной площади поверхности пластинчатых электродов;
  • правильного выбора материала для изготовления электродов;
  • высокого качества жидкости для электролиза.

Какого размера должен быть агрегат, генерирующий водород в достаточных количествах для отопления дома, придется определять «на глазок» (на основании чужого опыта), либо собрав для начала небольшую установку. Второй вариант практичнее — он позволит понять, стоит ли тратить деньги и время на монтаж полноценного генератора.

В качестве электродов в идеале используются редкие металлы, но для домашнего агрегата это слишком дорого. Рекомендуется выбрать пластины из нержавеющей стали, желательно ферромагнитной.

Конструкция водородного генератора

К качеству воды предъявляются определенные требования. Она не должна содержать механические загрязнения и тяжелые металлы. Максимально эффективно генератор работает на дистиллированной воде, но для удешевления конструкции можно ограничиться фильтрами для очистки воды от ненужных примесей. Чтобы электрическая реакция протекала интенсивнее, в воду добавляют гидроксид натрия в соотношении 1 столовая ложка на 10 л воды.

Экономический вопрос

Прежде чем начать подробно разбираться, как сделать водородный генератор, желательно вспомнить школьный курс физики. Все преобразования происходят с потерей энергии, то есть, затраты электроэнергии на получение водорода не окупятся тепловой мощностью при сжигании полученного топлива.

Если учесть, что сжигать водород с максимальной температурой и теплоотдачей в домашних условиях попросту невозможно, становится понятным, что реальные потери будут даже выше тех, что рассчитаны для идеальных условий.

Итак, использовать водородный генератор, сделанный для отопления своими руками, не имеет никакого смысла, если у вас нет доступа к бесплатной электроэнергии. Установить для отопления дома электрический котел и тратить электроэнергию напрямую, без сложных преобразований, обойдется вам в 2-3 раза дешевле. Кроме того, электрокотел полностью безопасен, а эксплуатация кустарной установки грозит взрывом при несоблюдении правил монтажа и эксплуатации.

Очевидно, что получение дешевого водорода экологически чистым способом, к которым относится электролиз, — это вопрос будущего, над которым сегодня работают ученые в передовых странах мира.

Отопление водородом дома, делаем своими руками

Содержание:

1. Что такое водород и как он используется
2. Водородное отопление
3. Преимущества отопления водородом

Разработки новых и новых систем отопления идут полным ходом, и одним из самых последних достижений в этой отрасли является возможность отапливать дома при помощи водорода, используя его как топливо. При необходимости можно сделать отопление дома водородом своими руками. Несмотря на хорошие качества, система еще не успела завоевать популярность, но большинство домовладельцев очень внимательно присматриваются к ней. 

Что такое водород и как он используется


Водород известен людям на протяжении многих столетий. Во времена средневековья проводилось большое количество опытов, и при проведении одного из них был замечен водород: при контакте серной кислоты с металлом выделялись воздушные пузырьки. Водород – это легкий бесцветный газ, не имеющий характерного запаха. При соединении с кислородом может образовать взрывоопасную смесь. Имеет свойство растворяться в этаноле, железе, платине, палладии и никеле. К тому же, водород совершенно не токсичен. 
Процесс получения водорода осуществляется при помощи электричества и воды: применяя метод электролиза, можно расщеплять воду на водород и кислород, что дает возможность использовать эти вещества в своих целях. По статистике, водород является самым распространенным веществом в мире.

Его можно найти практически в любых природных ресурсах. Водород имеет некоторые свойства, которые очень сильно отличают его от собратьев: в жидком виде он является самой легкой жидкостью, а при затвердевании является самым легким веществом. Все это обуславливается очень маленькими габаритами атомов водорода. 

Водород активно применяется при производстве различных веществ и материалов, например, для получения аммиака или жидких жиров. Ценность водорода для пищевой промышленности тоже обуславливается его уникальными характеристиками.

Этот элемент используется и в технологиях: например, кислородно-водородная горелка позволяет создать температуру выше двух тысяч градусов, что позволяет плавить кварц. Использовать водород можно даже в домашних условиях: практически в каждой домашней аптечке хранится перекись водорода. Для хранения такого топлива, как водород, используются специальные баллоны. 

Водородное отопление


Существует довольно большое количество отопительных систем, которые можно установить своими руками. Совсем недавно этот список пополнился еще одной схемой, которая использует экологически чистый и довольно мощный энергоноситель, позволяющий обогревать большие помещения – отоплением на водородном топливе. Основное участие в разработке водородной отопительной системы приняли итальянские разработчики, разработав водородный генератор для отопления частного дома. Процесс работы длился долгих семь лет, но взамен получилась экологически чистая, бесшумная и крайне эффективная система отопления жилых помещений. 

Если говорить в общем, то отопление дома водородом не является революционной идеей. Проблема прежних разработок была в том, что для сжигания водорода требовалась температуры свыше 1,7 тыс. градусов, что было неприемлемо, поскольку обычные материалы не выдерживали такой нагрузки, а использование термостойких веществ многократно удорожило бы систему.

Современная система водородного отопления позволяет сжигать водород при температуре около 300 градусов, что дает возможность создать отопление частного дома водородом без особых проблем. Продукты сгорания в таких устройствах никуда не выводятся, потому что их нет: при горении водорода выделяется исключительно пар, который не оказывает никакого влияния на экологию. Добыча водорода является довольно простым и дешевым процессом, и все затраты при этом будут исключительно на электричество, необходимое для расщепления воды. Используя альтернативные источники электроэнергии, можно минимизировать и этот показатель (прочитайте: "Альтернативное отопление частного дома - выбор достаточно большой"). 

Самый первый разработанный водородный отопительный котел имел мощность в 30 кВт. Это сравнительно немного, но даже такого количества энергии достаточно для отопления здания площадью до 300 квадратных метров.

Самое большое распространение отопление водородом получило в качестве нагревательного элемента для системы теплых полов, и на сегодняшний день существует большое количество конфигураций котлов, которые можно устанавливать самостоятельно. Во многих странах такое отопление активно внедряется, поскольку его использование позволяет существенно экономить природные ресурсы. 

В состав такой систему входят котел и трубы с внутренним сечением от 25 до 32 мм. Трубы других диаметров, как правило, не используются.

При монтаже системы трубопровода необходимо соблюдать следующий алгоритм:

  • первым делом необходимо установить трубу Д32;
  • следующей трубой будет Д25;
  • на очередном разветвлении будет установлена труба Д20;
  • заканчивать установку необходимо трубой Д16. 

Если эта последовательность будет выдерживаться, то система будет функционировать правильно и без перебоев. 

Преимущества отопления водородом


Водородные отопительные котлы обладают рядом преимуществ по сравнению с другими видами обогревателей:
  1. Водород является экологически чистым материалом, поэтому ущерб окружающей среде при использовании водородных систем будет сводиться к нулю. Единственное вещество, которое будет попадать в атмосферу – это пар, являющийся водой в газообразном состоянии.
  2. Открытое пламя в водородных котлах отсутствует, а для выработки тепла используется каталитическая реакция: при соединении водорода с кислородом образуется вода, а сам это процесс сопровождается выделением тепловой энергии, которая и обеспечивает обогрев дома. Практика показывает, что лучше всего водородные системы подходят именно для обустройства теплых полов.
  3. Запасы водорода практически безграничны, поэтому в самом ближайшем будущем можно будет забыть о ставших привычными видах топлива: газе, дровах или нефти. Это окажет положительное влияние на окружающую среду и экономическую обстановку.
  4. Водородные отопительные системы крайне эффективны: при правильном монтаже КПД такого отопления может доходить до 96%. 

Заключение

Сегодня отопление водородом находится в зачаточной стадии, но эти системы развиваются, и работа над их совершенствованием идет. Природные ресурсы в ближайшее время могут просто закончиться, и тогда водород повсеместно придет им на смену, поскольку его можно использовать в неограниченных объемах.


Как сделать водородный котел отопления своими руками?

Уже давно прошло время, когда обогрев частного загородного дома осуществлялся только лишь сжиганием в печи дров ли угля. Нынешние отопительные агрегаты используют различные виды топлива. Но постоянный рост цен на топливо, вынуждает идти на поиски более дешевых вариантов отопления. Но буквально у нас под носом лежит неиссякаемый источник энергии – водород. И в данной статье мы расскажем, как в качестве топлива можно использовать обычную воду, собрав водородный котел отопления своими руками.

Конструкция и принцип работы водородного генератора

Применение водорода в виде топлива для обогрева жилища – довольно заманчивая идея, ведь его теплотворность составляет 33,2 кВт/м3, в то время как у природного газа она всего 9,3кВт/м3, а это более чем в 3 раза. Теоретически добыть водород можно из воды, для того чтобы его потом сжечь в котле, можно воспользоваться водородным генератором для отопления дома.

Как энергоноситель с водородом ничто не может сравниться, а его запасы практически бесконечны. Как уже говорилось выше, при сгорании водород выделяет очень много тепловой энергии, намного больше, чем любое углеродосодержащее топливо. Вместо вредных выбросов в атмосферу, которые выделяются при использовании природного газа, водород, сгорая, образует обычную воду в виде пара. Только есть одна проблема, данный элемент не встречается в природе в чистом виде, а только в соединении с другими веществами.

Одним из таких соединений является обычная вода, которая представляет собой окисленный водород. Для того чтобы расщепить на составляющие ее элементы многие ученые потратили не один год. И не безрезультатно, техническое решение по выделению из воды ее составляющих все же было найдено. Это так называемая химическая реакция электролиза, в результате которой вода распадается на кислород и водород, получаемую смесь прозвали гремучим газом или газом Брауна.

Ниже можно увидеть схему водородного генератора (электролизера), который работает от электричества:

Электролизеры поставлены на серийное производство и служат для газопламенных (сварочных) работ. Ток определенной частоты и силы подается на группы металлических пластин, которые погружены в воду. Из-за протекающей реакции электролиза выделяются кислород и водород вперемешку с водяным паром.

Для того чтобы отделить газы от пара все пропускается через сепаратор, после которого подается на горелку. Чтобы предотвратить обратный удар и взрыв, на подаче монтируется клапан, который пропускает горючее только в одну сторону.

Водородная установка для обогрева жилища включает в себя следующие составляющие: котел и трубы диаметром 25-32 мм (1-1,25 дюймов). Трубы можно установить дома своими руками, но необходимо выполнить одно условие – после каждого разветвления диаметр должен уменьшаться.

Диаметр уменьшается по следующему принципу – труба D32, труба D25. После разветвления – D20, и последней монтируется труба D16. При соблюдении этого условия водородная горелка будет работать качественно и эффективно.

Для того чтобы следить за уровнем воды и своевременно подпитывать ею устройство, в конструкции есть специальный датчик, который отдает команду в нужный момент и вода впрыскивается в рабочее пространство электролизера. Для того чтобы давление не подпрыгивало до критической точки внутри сосуда, агрегат оборудуется аварийным выключателем и сбросным клапаном. Для обслуживания генератора водорода, необходимо только время от времени добавлять воду и все.

Преимущества водородного отопления

У водородного отопления есть несколько серьезных достоинств, которые влияют на распространенность системы:

  1. Экологически чистые системы. Единственный побочный продукт, который выбрасывается в атмосферу во время работы – вода в парообразном состоянии. Что никоим образом не вредит окружающей среде.
  2. Водород в системе отопления работает без применения огня. Тепло образуется из-за каталитической реакции. При соединении водорода с кислородом, образуется вода. Из-за этого идет большое выделение тепла. Сам поток тепла, температура которого равняется около 40оС, идет в теплообменник. Для системы теплый пол – это идеальный температурный режим.
  3. Довольно скоро отопление на водороде своими руками сможет вытеснить традиционные системы, тем самым освободив человечество от добычи других видов топлива – нефти, газа, угля и дров.
  4. Минимальный срок службы – 15 лет.
  5. КПД отопления частного дома водородом может достигать 96%.

Добыча водорода – это вполне доступный процесс. Все, на что необходимо будет тратиться это электричество. А при использовании генератора отопления включить в работу системы еще и солнечные батарею, то траты на электроэнергию можно свести к минимуму. Исходя из этого, можно заключить что, эта система наиболее экологически чистая и эффективная для отопления жилища.

Как собрать генератор водорода собственноручно?

Зачастую котел, работающий на водороде, используется для обогрева полов. Эти системы в наше время встречаются самой разной мощности. Мощность котлов бывает самая разная, начиная от 27Вт и до бесконечности. Можно взять один очень мощный котел для обогрева сразу всего дома, а можно несколько небольших. Устанавливаются они своими силами, но, как сделать водородный генератор своими руками?

Прежде чем начать сооружать топливную ячейку необходимо иметь под руками следующие инструменты:

  • ножовку по металлу;
  • дрель с набором свёрл;
  • набор гаечных ключей;
  • плоская и шлицевая отвёртки;
  • угловая шлифмашина («болгарка») с установленным кругом для резки металла;
  • мультиметр и расходомер;
  • линейка;
  • маркер.

Более того, если вы решите самостоятельно заниматься сооружением ШИМ-генератора, то для его настройки понадобятся осциллограф и частотомер.

Для того чтобы изготовить водородный генератор для отопления частного дома рассмотрим абсолютно «сухую» схему электролизера с применением электродов из пластин нержавеющей стали.

Представленная ниже инструкция показывает процесс конструирования водородного генератора:

  1. Сооружение корпуса топливной ячейки. Роль боковых стенок каркаса играют пластины оргалита или оргстекла, нарезанные по размеру будущего генератора. Стоит заметить, что он размеров агрегата напрямую зависит его производительность, но и затраты на получение ННО будут намного выше. Для сооружения топливной ячейки оптимальными являются габариты от 150×150 мм до 250×250 мм.
  2. В каждой из платин сверлятся отверстия под входной и выходной штуцера для воды. Кроме этого, необходимо сверление в боковой стенке для выхода газа и четыре отверстия по углам для того чтобы соединить элементы реактора между собой.
  3. С помощью болгарки из листа нержавейки марки 316L, вырезают пластины электродов. Они по размеру должны быть меньше стенок на 10-20 мм. Более того, при изготовлении каждой детали, в одном из углов необходимо оставлять небольшую контактную площадку. Это необходимо для того чтобы соединить отрицательные и положительные электроды в группы перед их подключением к питанию.
  4. Для получения необходимого количества ННО, нержавейку необходимо обработать мелкой наждачной бумагой с двух сторон.
  5. В каждой пластине сверлятся два отверстия: сверлом чей диаметр должен быть 6-7 мм – для подачи в пространство между электродами воды и диаметром 8-10 мм – для отвода газа Брауна. Точки сверления рассчитывают с учетом мест монтажа соответствующих подводящих и выходного патрубков.
  6. Приступают к сборке генератора. Для этого в оргалитовые стенки монтируют штуцеры служащие для подачи воды и отбора газа. Места их присоединений тщательнейшим образом герметизируют автомобильным или сантехническим герметиком.
  7. После этого одну из прозрачных корпусных деталей устанавливают на шпильки, после этого укладывают электроды. Укладка электродов должна начинаться с уплотнительного кольца. Обратите внимание: плоскость электродов должна быть абсолютно ровной, в противном случае элементы с разноименными зарядами будут касаться, что вызовет короткое замыкание!
  8. Пластины нержавейки отделяют от боковых поверхностей реактора с помощью уплотнительных колец, изготовленных из силикона, паронита или других материалов. Важно чтобы он был не толще 1 мм. Подобные детали используют как дистанционные прокладки между пластинами. В процессе укладки следят, чтобы контактные площадки разноименных электродов были сгруппированы по разные стороны генератора.
  9. После того как уложена последняя пластина устанавливают уплотнительное кольцо, после чего генератор закрывается второй оргалитовой стенкой, а саму конструкцию соединяют с помощью гаек и шайб. Делая эту работу, внимательно следите за равномерностью затяжки и отсутствием перекосов между пластинами.
  10. С помощью полиэтиленовых шлангов генератор подключается к емкости с водой и бабблеру.
  11. Контактные площадки электродов соединяются между собой любым методом, после чего к ним подводят провода питания.
  12. На топливную ячейку подается напряжение от ШИМ-генератора, после чего приступают к настройке и регулировке аппарата по максимальному выходу газа ННО.

Для того чтобы получить газ Брауна в необходимом количестве которое будет достаточным для приготовления пищи и отопления, устанавливают несколько генераторов водорода которые работают параллельно.

Рекомендации по эксплуатации котла на водороде

  1. Самостоятельно модернизировать подобное оборудование, даже при наличии подробного и профессионального инженерного чертежа – категорически запрещается. Это может поспособствовать вероятности утечки водородной смеси из генератора в открытое пространство, что довольно опасно.
  2. Рекомендуется смонтировать специальные датчики температурного режима внутри теплообменника, это даст возможность следить за вероятным превышением уровня температуры нагрева воды.
  3. В саму конструкцию горелки можно включить запорную арматуру, которая будет подключена непосредственно к самому датчику температуры. Необходимо также обеспечить нормированное охлаждение котла.
  4. И наконец, на чем необходимо сделать особое ударение это безопасность. Необходимо помнить о том, что смесь водорода и кислорода не зря назвали гремучей. ННО это опасное химическое соединение, которое при небрежном обращении может повлечь взрыв. Следуйте правилам безопасности и будьте предельно аккуратны в экспериментах с водородом.

При правильном обращении водородный котел может прослужить не 15 лет, как это обычно положено, а 20 или даже 30. Однако помните, что чем больше мощность котла, тем больше расход электроэнергии!

Водород для отопления | Подразделение энергетической и климатической разведки

В Великобритании газовая сеть обеспечивает энергией более 80% домов. Однако так было не всегда. В 1960-х и 70-х годах - чтобы извлечь выгоду из углеводородов Северного моря - вся газовая сеть была переведена с смеси газов, выделяемых при сжигании угля, известной как «городской газ», на природный газ, который используется до сих пор.

Это предыдущее преобразование газовой сети является аргументом в пользу того, чтобы сделать это снова, и утверждает, что это будет менее разрушительно, чем переход на другие источники тепла.

Тем не менее, национальная газовая сеть должна быть перепрофилирована для доставки водорода, в то время как бытовые котлы и другие газовые приборы должны быть адаптированы или заменены, хотя оба этих процесса считаются достижимыми в долгосрочной перспективе. Преимущество этой технологии заключается в том, что она требует небольшого изменения поведения со стороны домовладельца - новая система отопления будет работать так же, как те, что установлены сегодня.

Как производится водород?

Текущее промышленное производство «голубого» водорода путем паровой конверсии метана очень энергоемко и создает большие количества CO 2 в качестве побочного продукта (10–12 кгCO2-экв. На кг водорода).

Во избежание превращения производства водорода в новый основной источник выбросов, его следует разрабатывать вместе с улавливанием и хранением углерода (CCS). УХУ еще предстоит развить в масштабах в Великобритании - первая коммерческая установка УХУ ожидается не раньше середины 2020-х годов - хотя существует явный потенциал для высоких уровней УХУ.

Другой метод производства использует электролиз для разделения воды на водород и кислород. Предполагая, что используется электричество с низким содержанием углерода, процесс может быть безуглеродным.Однако это дороже - по самой низкой оценке, в некоторых случаях более чем на 150% (см. Рисунок 1). Полученный таким образом водород известен как «зеленый» водород.

Кроме того, компании вложили значительные средства в разработку и испытания водорода, некоторые из которых считаются многообещающими - акции производителей водорода достигли десятилетнего максимума в 2020 году.

Эти производители, в основном заинтересованные в преобразовании газовой сети, соответствуют инвестиции правительства, поскольку они стремятся к достижению чистых нулевых инвестиций.Это включает в себя разработку водородного котла от Worcester Bosch, ведущего производителя газовых котлов, и собственное испытание осуществимости этой технологии.

При этом, по оценке Комитета по изменению климата (CCC), использование водорода будет более вероятным в 2030-х и 2040-х годах. Он также может лучше подходить в качестве низкоуглеродного транспортного топлива для грузовых автомобилей и судоходства, а не для домашнего тепла.

Ассоциация энергетических сетей (ENA) определила путь к 2050 году.Он предполагает, что сочетание низкоуглеродных и возобновляемых газов, наряду с электрификацией, CCS и энергоэффективностью, будет ключом к достижению чистого нуля.

Поскольку производство водорода, как ожидается, вырастет с 2025 по 2050 год, биометан также станет еще одним важным газом с низким содержанием углерода, который будет закачиваться в энергосистему в больших масштабах в 2040-х годах. Считается, что вместе водород и биометан смогут обеспечить 100% потребности в газе к 2050 году (рисунок 3).

Является ли водород решением проблемы отопления дома с нулевым расходом? | Энергетические исследования

27 июня 2019 года министр энергетики и чистого роста Крис Скидмор подписал документы, обязывающие Великобританию сократить выбросы углерода до нуля к 2050 году.Если у нас есть хоть какие-то шансы достичь этой цели, известной как «чистый ноль», нам придется решить одну огромную проблему: отопление дома.

На обогрев наших домов приходится от четверти до трети выбросов парниковых газов в Великобритании. Это более чем в 10 раз превышает количество CO 2 , созданное авиационной промышленностью. Около 85% домов сейчас используют центральное отопление, работающее на газе, и большая часть приготовления пищи на газе все еще используется. По любым меркам экологизация этой системы - огромная проблема.Но если верить недавним отчетам, может быть простой и эффективный способ сделать это: перейти от использования природного газа к водородному газу.

Водород находится в изобилии в мире природы и, по мнению его сторонников, может обеспечить чистое и эффективное питание газовых приборов следующего поколения.

«Водород привлекает тем, что многие потребители не заметят никакой разницы. Клиенты будут продолжать использовать котлы для обогрева своих домов аналогично природному газу », - говорит Роберт Сансом из группы по энергетической политике Института инженерии и технологий.Он является ведущим автором исследования, проведенного институтом под названием «Переход на водород».

Вместе с коллегами Sansom оценил инженерные риски и неопределенности, связанные с переводом нашей газовой сети на водород. Их вывод состоит в том, что нет никаких причин, по которым невозможно было бы перепрофилировать газовую сеть на водород.

Но это не значит, что это будет легко. Существуют технологические и практические препятствия, потому что не существует плана для такого преобразования: нигде в мире нет места, где можно было бы поставлять чистый водород в дома и на предприятия.Великобритании придется стать пионером во всем.

Интерес к водороду как к способу обогрева домов начался в 2016 году с доклада под названием h31. Он проводился компанией Northern Gas Networks, газораспределителем на севере Англии, и рассматривал вопрос о том, технически и экономически целесообразно преобразовать Лидс на 100% водород вместо природного газа.

«Они рассмотрели множество деталей, от заводов по производству водорода до домов людей», - говорит Сансом.

В отчете проводится параллель с тем, как газовая промышленность перешла с городского газа на природный в 1960-х и 1970-х годах.Городской газ представлял собой комбинацию водорода, окиси углерода и метана. В основном он производился путем перегонки угля и нефти и использовался в течение первых 150 лет газовой промышленности Великобритании. С открытием в Северном море природного газа, состоящего преимущественно из метана, Великобритания в течение десятилетия предприняла общенациональную программу по конверсии 40-метровой техники.

Одновременно будут преобразованы целые улицы. Инженеры осматривали бы газовые приборы, а затем перестраивали их. Одновременно отключили городской газ и продули трубопроводы инертным газом.Наконец, в систему был закачан природный газ, и инженеры должны были убедиться, что каждое устройство работает правильно, прежде чем перейти на следующую улицу.

Некоторые производители теперь настолько убеждены, что подобное может случиться с водородом, что они уже начали разрабатывать новые бытовые приборы. В феврале компания Worcester Bosch представила прототип своего водородного котла. Сначала он будет работать на природном газе, а затем, после технического обслуживания, на водороде.

В пользу водорода также работает то, что в течение последних 20 лет газовая промышленность систематически заменяла металлические трубы в своей «железной магистрали» на желтые полиэтиленовые.Около 90% труб будет заменено к 2030 году. Это хорошая новость для водорода, потому что газ вступает в реакцию со старыми металлическими трубами, делая их хрупкими. Но полиэтилен безопасен.

«Фактически мы начали программу водородонепроницаемости нашей газовой сети, даже не зная, что мы делаем это», - говорит Сансом, которого эта концепция все больше и больше впечатляет. «С личной точки зрения, я был в напряжении, когда приступил к этой работе. Но я обнаружил, что соскользнул на сторону водорода с точки зрения его жизнеспособности как низкоуглеродной альтернативы природному газу », - говорит он.

Водородный котел Worcester Bosch. Фотография: Worcester Bosch

Но не всех убедил этот внезапный интерес к водороду. Ричард Лоус из Группы по энергетической политике Университета Эксетера говорит, что до недавнего времени считалось, что отопление необходимо каким-то образом электрифицировать, чтобы выполнить наши обязательства в отношении климатического кризиса. «Это в основном явилось результатом многих лет технического и экономического моделирования, чтобы посмотреть, как добиться полного обезуглероживания отопления в Великобритании», - говорит Лоуз.

Переключение отопления с газа на электричество означало бы использование тепловых насосов. Они используют электричество для извлечения тепла из воздуха или земли. В случае теплового насоса с воздушным источником он работает как холодильник, но вместо того, чтобы высасывать тепло из отделения для пищевых продуктов, он вытягивает его из воздуха и направляет в дом, где он используется для нагрева воды, т. Е. подключен к радиаторам центрального отопления и хранится в баке для горячей воды.

Но поскольку эта технология работает при более низких температурах, чем существующие котлы, она требует, чтобы многие дома были лучше изолированы или имели радиаторы большего размера, способные обеспечивать большую тепловую мощность.Для тех, кто перешел на комбинированные котлы с непрерывным обогревом, потребуется переустановка бака для горячей воды.

Это обширная работа, но она того стоит, по словам Лоуза, который снял свой собственный газовый котел и теперь использует тепловой насос с воздушным источником тепла для обогрева своего дома. «Это было много работы, но мой дом и система отопления теперь намного эффективнее. Здесь всегда тепло, всегда есть горячая вода, и расходы на эксплуатацию в основном такие же, как и на газ », - говорит он.

Со стороны газовой промышленности несколько лицемерно говорить, что мы не можем рыть дороги, когда они делали это в течение 20 лет
Ричард Лоуз

Третий подход называется централизованным теплоснабжением.Он предусматривает нагрев воды на центральном предприятии с использованием отработанного тепла промышленных предприятий или экологически чистых источников, таких как солнечная энергия. Затем горячая вода подается во многие дома одновременно по сети надежно изолированных подземных труб. Оба метода могут значительно снизить углеродный след домашнего отопления, но обратная сторона заключается в том, что они требуют большой работы для их внедрения в национальном масштабе.

Централизованное теплоснабжение потребует прокладки водопроводных труб под домами, а широкое использование тепловых насосов потребует модернизации электрических цепей Национальной сети.Сторонники водорода заявляют, что именно такого рода сбоев можно избежать, потому что большая часть национальной инфраструктуры уже модернизирована. Этот аргумент не подходит для Лоуза. «Со стороны газовой отрасли кажется немного лицемерным утверждать, что мы не можем рыть дороги, хотя они делали это последние 20 лет», - говорит он.

Он указывает, что, хотя потребитель может не испытывать таких серьезных сбоев, серьезные проблемы для газовой отрасли остаются. Например, Национальная система передачи, представляющая собой сеть трубопроводов, по которым газ от прибрежных терминалов поступает к газораспределительным компаниям и другим крупным потребителям, сделана из металла.Это должно быть каким-то образом защищено от охрупчивания, прежде чем произойдет переход на водород.

«Водород, конечно, не серебряная пуля», - говорит Лоуз. А если мы отвлечемся на это, мы можем попасть в еще больше неприятностей, полностью пропустив энергетический план на 2050 год.

Но если с водородом так много неуверенности, почему газовая промышленность, которая финансирует многие исследования, так сильно его продвигает? По словам Криса Гудолла, экономиста по энергетике и автора книги «Что нам нужно делать сейчас для будущего без углерода» , это вопрос выживания.

«Они не хотят, чтобы их промышленность была съедена переключением на электричество для отопления. Поэтому они действуют так быстро, как могут, чтобы убедить нас в использовании водорода », - говорит он. И все сводится к тому, как добывается газ.

Водород в чистом виде на Земле не встречается. Вместо этого его нужно извлекать из других веществ, и лучше всего его извлекать из метана, то есть из природного газа. Таким образом, газовые компании могли эффективно поддерживать свою текущую деятельность.

Но дополнительные этапы извлечения водорода поднимут цену. Кроме того, при экстракции в качестве побочного продукта образуется диоксид углерода, поэтому необходимо разработать крупномасштабную технологию улавливания углерода, чтобы предотвратить его утечку в атмосферу. Хотя это технология, которую Великобритании все равно придется разработать, чтобы достичь нулевого уровня к 2050 году, она увеличит стоимость.

Первый в Северной Ирландии автобус, работающий на водородных топливных элементах, Wrightbus, представлен в январе.Фотография: Лиам МакБерни / PA

Но природный газ - не единственное вещество, содержащее водород. Вода тоже, и водород можно освободить с помощью процесса, называемого электролизом, при котором не образуется диоксид углерода. Чтобы сделать его полностью экологически чистым, на что можно надеяться, электролиз можно использовать с помощью ветряных электростанций. Однако в настоящее время цена на такую ​​электроэнергию высока, и это приведет к еще большему росту цен на водород.

Гудолл надеется, что стоимость будет снижаться по мере совершенствования технологий, но предупреждает: «Вы можете обвиниться в бессмысленном оптимизме, просто сказав это.”

Энергетический ландшафт будущего Великобритании, без сомнения, является сложной областью для навигации. Возможно, лучший путь будет открыт, если не противопоставлять различные решения друг другу. «У всех трех есть сильные и слабые стороны, и я ожидаю, что каждая из них будет играть важную роль в качестве замены природного газа», - говорит Сансом. Даже противники водорода признают это. «Как нишевая технология она может иметь реальную ценность», - говорит Лоус. Далее он перефразирует рекламу лагеров Heineken 70-х и 80-х годов, заявив, что водород потенциально может достичь тех частей страны, которые не могут достичь другие решения в области энергетики.

Гудолл также видит роль водорода в «хранении» энергии, вырабатываемой из возобновляемых источников, таких как энергия ветра и солнца. Идея состоит в том, что в ветреные месяцы любая дополнительная электроэнергия, произведенная из возобновляемых источников энергии, будет использоваться для производства водорода, который затем будет храниться. Когда возникает повышенный спрос на национальную энергосистему или сезонное падение мощности, производимой из возобновляемых источников, водород можно сжигать для производства электроэнергии.

Дело в том, что все варианты обезуглероживания наших систем отопления потребуют значительных сбоев и затрат.И пока правительство продолжает размышлять, время идет к 2050 году.

«Нет необходимости ждать. Теперь мы можем развернуть то, что работает нормально », - говорит Лоуз, имея в виду свой собственный опыт замены газового котла на тепловой насос. «Безотлагательность изменения климата означает, что на самом деле нет причин откладывать».

Другие считают, что водород играет определенную роль, и полагают, что на его рассмотрение стоит потратить немного больше времени. Но есть одна истина, с которой все согласны. «Все это нелегко.Если кто-то говорит вам, что это легко, они вводят вас в заблуждение », - говорит Лоуз.

Автомобили с водородным двигателем

Водородная заправочная станция в Сеуле, Южная Корея. Фотография: Kim Hong-Ji / Reuters

Водород также может приводить в действие транспортные средства, но не так, как он обогревает дома. Вместо того, чтобы сгореть, водород вступает в реакцию с кислородом внутри устройства, называемого топливным элементом. Электричество и вода производятся. Электричество запускает машину, из выхлопной трубы капает вода.

Попытке перейти на водородные транспортные средства в 1990-х годах помешали электрические автомобили, которые накапливают свою энергию в бортовой батарее.Но новый толчок для водородных транспортных средств исходит из Азии. Китай, Япония и Южная Корея поставили перед собой амбициозные цели - к 2030 году использовать на своих дорогах миллионы автомобилей с водородным двигателем.

Toyota и Hyundai предлагают автомобили на водороде в Великобритании, но в настоящее время существует менее 20 заправочных станций, работающих на водороде. Великобритания, в основном сосредоточенная вокруг M25.

«Будет действительно интересно посмотреть, что произойдет», - говорит Лоуз. Но сам он не убежден: «Водород намного дороже электричества, а автомобиль дороже электромобиля.”

Почему использование чистого водорода для отопления будет слишком сложно, дорого и неэффективно: отчет

Отопление домов чистым водородом путем перевода сетей природного газа для работы на чистом водороде 2 - ужасная идея - гораздо более сложная, дорогая и неэффективно, чем просто использование электрических тепловых насосов, согласно опубликованному сегодня независимому отчету.

Зеленый - это новый черный цвет. Подпишитесь на Accelerate

Получите необходимое рыночное понимание перехода мировой нефтегазовой отрасли в энергетику - из нового информационного бюллетеня от Upstream и Recharge.Зарегистрируйтесь здесь

Использование экологически чистого водорода для обогрева зданий с помощью котлов будет почти в шесть раз менее энергоэффективным, чем тепловые насосы, работающие на возобновляемых источниках энергии, и потребует увеличения производства первичной энергии на 150%, а чистый H 2 приведет к увеличению затрат на отопление и требуют преобразования в основном скрытых трубопроводов в миллионах домов и зданий, говорится в исследовании, посвященном Великобритании, Водород: путь декарбонизации для тепла в зданиях? , Лондонская инициатива по преобразованию энергетики (LETI) *.

«Следует отметить, что мы обнаружили, что общественное мнение о водороде выглядит крайне несбалансированным, поскольку [] газовая промышленность, в частности, чрезмерно продает« зеленый газ »политикам, чтобы защитить их интересы», - говорится в отчете. .

«Отсутствие ощутимых преимуществ… вызывает серьезные сомнения в практичности переключения на газ».

Ожидание, что правительства или инвесторы профинансируют модернизацию национальной газовой сети, которая потребует новых технологий инфраструктуры, не проверенных в масштабе, «кажется маловероятным, если рассматривать его вместе с альтернативой быстро падающей стоимости возобновляемой электроэнергии (например, ветряных электростанций)», - добавляет он.«Ожидание, что потребители будут платить, ненадлежащим образом накажет тех, кто в обществе наименее платежеспособен».

В исследовании указывается, что зеленый водород для отопления имеет энергоэффективность 46% - другими словами, на каждые 100 кВтч возобновляемой энергии, используемой для производства зеленой H 2 , вырабатывается только 46 кВт тепла здания из-за потерь энергии. при добыче, хранении и транспортировке газа. Напротив, тепловые насосы обеспечивают энергоэффективность 270%, что означает, что на каждые 100 кВт · ч возобновляемой энергии вырабатывается 270 кВт · ч тепла.

Голубой водород, производимый из метана с улавливанием и хранением углерода (CCS), будет немного более энергоэффективным, чем зеленый, в результате чего 58% энергии природного газа будет использоваться для отопления зданий. Но синий H 2 , за который выступает газовая промышленность, не является технологией с нулевым уровнем выбросов.

«Однако при этом процессе выделяется CO 2 , а также происходит утечка парникового газа метана», - говорится в отчете. «Предлагается крупномасштабная технология CCS для улавливания около 90% этих выбросов CO 2 .Дополнительная биосеквестрация [например, биоэнергетика с CCS] или аналогичная также потребуется для удаления оставшихся 10% CO 2 , чтобы «синий» водород стал нулевым углеродом ».

Газовая промышленность заявляет, что 95-99% выбросов от производства водорода на основе метана можно улавливать и хранить.

Но в отчете LETI говорится, что самая большая и непреодолимая проблема использования водорода для отопления - это газовые трубопроводы внутри зданий, большая часть которых скрыта внутри стен и под полом, которые необходимо модернизировать, чтобы они могли обрабатывать более мелкие молекулы водорода.Существующие газовые котлы и плиты также должны быть заменены.

«Переключение газовой сети со стороны здания [на 100% водород] находится в руках миллионов владельцев зданий… поэтому их решения разрешить или запретить переключение, скорее всего, будут приняты с использованием не -энергетическое / углеродное обоснование (например, стоимость, удобство, ожидания и неудобства) », - говорится в исследовании.

«Однако ожидается, что новый произведенный водород будет стоить больше, чем природный газ, особенно если затраты на строительство трубопроводов и переоборудование оборудования будут амортизироваться внутри него.Такие вопросы, как ответственность за срыв, косметический ремонт и ответственность за перепланировку жилищных трубопроводов, остаются нерешенными.

«ЛЭТИ приходит к выводу, что маловероятно, что водород с нулевым выбросом углерода, поставляемый через перенаправленную газовую сеть, будет доступен для подавляющего большинства зданий в обозримом будущем».

Тем не менее, в отчете признается, что «кажется, есть более разумная логика, заключающаяся в том, что меньшее количество потребителей газа с высокой интенсивностью использования газа подключается к меньшей сети». К этим пользователям относятся газовые электростанции, тяжелая промышленность, требующая высокотемпературного тепла, авиация и дальние перевозки.

В исследовании не указывается, что при сгорании водород вступает в реакцию с азотом в воздухе с образованием оксидов азота, которые являются парниковыми газами.

* LETI - это базирующаяся в Великобритании добровольная сеть, состоящая из более чем 1000 разработчиков, инженеров, жилищных ассоциаций, архитекторов, проектировщиков, ученых, специалистов в области устойчивого развития, подрядчиков и управляющих объектами.

Водород для отопления? Варианты декарбонизации домашних хозяйств в Европейском Союзе в 2050 г.

В этом исследовании сравнивается стоимость нескольких технологий отопления жилых помещений с низким уровнем выбросов парниковых газов (ПГ) или парниковых газов без выбросов парниковых газов в 2050 году: (1) водородные котлы, (2) водородные топливные элементы со вспомогательным водородным котлом для холодов, (3) тепловыми насосами с воздушным источником, использующими возобновляемую электроэнергию, и (4) тепловыми насосами с вспомогательным водородным котлом для холодов.Оценка включает низкоуглеродистый водород в результате парового риформинга метана (SMR) с использованием природного газа в сочетании с улавливанием и хранением углерода (CCS) или SMR + CCS, а также водород с нулевым содержанием углерода, произведенный из возобновляемой электроэнергии с использованием электролиза.

Анализ показывает, что воздушные тепловые насосы являются наиболее рентабельной технологией отопления жилых помещений в 2050 году и их стоимость как минимум на 50% ниже, чем у технологий, использующих только водород. В результате анализа чувствительности мы обнаруживаем, что даже если бы стоимость природного газа была на 50% ниже или цены на возобновляемую электроэнергию были бы на 50% выше в 2050 году по сравнению с нашими основными предположениями, тепловые насосы все равно были бы более рентабельными, чем водородные котлы или топливные элементы.Возобновляемый электролизный водород может быть конкурентоспособным по стоимости с водородом SMR + CCS в 2050 году, хотя сегодня электролизный водород не производится в больших масштабах. В то же время меры по повышению энергоэффективности для снижения спроса на тепло были бы более рентабельной стратегией для достижения сокращения выбросов парниковых газов, чем любой из способов отопления с низким уровнем выбросов парниковых газов, которые мы оцениваем в этом исследовании.

Анализ показывает, что все пути, использующие возобновляемую электроэнергию, имеют почти нулевую интенсивность парниковых газов, в то время как водород SMR + CCS может снизить выбросы парниковых газов на 69% –93% по сравнению с природным газом, если в будущем будут внесены усовершенствования для снижения интенсивности парниковых газов. этот путь.Количественная оценка воздействия парниковых газов и рентабельности различных путей отопления актуальна для европейских политиков, принимающих решения о том, как обезуглероживать здания и сокращать энергетическую бедность в соответствии с обязательствами, взятыми в рамках Инициативы Renovation Wave.

Отопление водородом - Ассоциация топливных элементов и водородной энергетики

Водород также можно смешивать с текущим источником тепловой энергии, природным газом, для уменьшения количества сжигаемого ископаемого топлива и сокращения выбросов.Несмотря на то, что в настоящее время проводятся испытания и демонстрация смешения водорода, ожидается, что концентрация водорода до 20% от количества топлива для отопления не потребует замены или изменения существующей инфраструктуры или оборудования. Это может стать отличной отправной точкой для конверсии, в то время как штат или страна увеличивает свои производственные мощности по производству водорода и обновляет свои трубопроводы и домашние системы

Хотя эти изменения могут показаться сложными, такие страны, как Великобритания, предпринимают активные шаги в направлении будущее водородного отопления.Премьер-министр Великобритании Борис Джонсон попытался стимулировать сектор отопления, построив к концу этого десятилетия один город, полностью отапливаемый водородом, в рамках своей «зеленой промышленной революции». Этот водородный город - пробный запуск для более широкого внедрения. Другой небольшой городок в Англии испытывает смесь водорода и природного газа для обогрева более 650 жилых и коммерческих объектов.

Важным ресурсом, которым Соединенные Штаты могли бы воспользоваться для капитального ремонта водородной экономики, является Дорожная карта по водородной экономике США , разработанная McKinsey and Company в сотрудничестве с Ассоциацией топливных элементов и водородной энергетики и многочисленными компаниями, инвестировавшими в будущее водорода.В отчете говорится, что США должны начать смешивать водород с природным газом для отопления уже в 2026 году, при этом практически не потребуется модернизация устройств или оборудования. Большинство домов в Соединенных Штатах, которые используют природный газ для отопления, расположены на северо-востоке, где есть значительные возможности для расширения трубопроводов и сетей. Есть также многообещающая возможность установки топливных элементов в жилых и коммерческих зданиях для обеспечения возобновляемой энергии. С этими шагами по направлению к низкоуглеродным отопительным ресурсам, подробно описанным в отчете, Соединенные Штаты могут выйти на путь водородного будущего к 2050 году.

В мире водородного отопления есть чего ожидать. Поскольку такие страны, как Великобритания, делают серьезные шаги в направлении универсального углеродно-нейтрального отопления, остальной мир, вероятно, последует их примеру. Его рентабельность, нулевые выбросы возобновляемых источников и потенциальное использование существующей инфраструктуры делают водород главным кандидатом на замену природного газа. Хотя еще предстоит решить логистические проблемы, можно ожидать значительного прогресса по мере приближения мира к своим климатическим целям на 2050 год.

Водородный топливный элемент в вашем доме! Цена Витовалора 300П и сколько он возвращается?

В Японии сейчас 300 000 приборов на топливных элементах в домах, вырабатывающих горячую воду и электричество, и спрос на них растет с каждым днем. Так почему? Что это такое? Какую пользу вы можете получить? И что это за Витовалор 300-П? Это то же самое, что водородный котел? Что ж, мы, безусловно, те люди, которые ответят на ваши вопросы, у нас даже есть один в нашем доме!

На западе водородные топливные элементы более известны своей способностью приводить в действие автомобиль и в некоторой степени считаются непрактичными.На самом деле технология водородных топливных элементов - это способ, которым водород преобразуется в электричество и тепло и даже больше подходит для дома, чем для автомобиля.

По сути, водородные топливные элементы используют естественное притяжение водорода к кислороду для создания электрического дифференциала. Когда водород вступает в контакт с кислородом, он также выделяет тепло и вода как побочный продукт.

Водородный котел на топливных элементах - это домашний блок, который использует это отработанное тепло для горячей воды и отопления, а также вырабатывает электроэнергию для дома.

Котлы, вырабатывающие тепло и электроэнергию, также известны как комбинированные теплоэлектроцентрали или ТЭЦ. Однако ТЭЦ чаще использует двигатели внутреннего сгорания, а не технологию топливных элементов, и в настоящее время доступен только на коммерческом рынке. В технологии топливных элементов используется химический процесс, а не сжигание топлива. Обычно это дает очень мало загрязнения по сравнению к его аналогу сгорания.

Да и нет.Обычно нынешняя шумиха вокруг «водородных котлов» больше относится к типичным котлам, с помощью которых мы отапливаем наши дома, но вместо этого они используют водород вместо газа. Это будет активно сжигать заправляем так, как мы привыкли. Топливный элемент, как описано, использует «холодный синтез», который на самом деле является химическим процессом, и имеет дополнительный побочный продукт в виде электричества, а также просто тепла.

Подробнее о водородных котлах ниже.

В настоящее время только 2 производителя предлагают отечественное решение в Великобритании.Один из них - это Bluegen, однако он в настоящее время не соответствует требованиям зеленого тарифа, это больше дорого и не предлагает полного решения, то есть работает только как часть системы отопления.

Другой - Viessmann в партнерстве с Panasonic. Вместе они разработали Vitovalor 300-P, который был разработан для большинства рынок Великобритании. Этот продукт использует природный газ, имеющийся в большинстве домов, и превращает его в водород, который питает топливный элемент, а отработанное тепло хранится в буфере для обогрева и нагрева. использование воды.Это все в одном устройстве, что означает, что больше нет необходимости в резервуаре с горячей водой, резервуарах для хранения холодной воды на чердаке или любых других нагревательных приборах, таких как бойлеры, все это содержится в 1 коробке.

Есть много финансовых преимуществ, чтобы попытаться продвинуть технологию, а также ее врожденную способность снижать ваши счета за топливо.

Во-первых, ученым-ракетостроителям не нужно понимать, что использование газа, стоимость которого обычно составляет около 3 пенсов за кВт · ч, для производства электроэнергии, которая обычно стоит около 14 пенсов за кВт · ч, является непростой задачей. финансовое преимущество.

Однако, чтобы сделать технологию еще более привлекательной, правительство в настоящее время стимулирует производство электроэнергии, платя домовладельцам 14,52 пенса за произведенный кВтч, даже если вы используете электричество в вашем доме. Более того, они предполагают, что вы экспортируете 50% продукции обратно в сеть, и дают владельцам дополнительные 5,2 пенса за киловатт-час за это. Похоже, срок его действия истекает в апреле 2019 года, однако после получения предоставляется гарантия на 10 лет.

ОБНОВЛЕНИЕ - зеленый тариф действительно истек, однако он был заменен интеллектуальной экспортной гарантией (SEG).Это означает, что владельцу будет выплачиваться получасовая ставка за любую экспортируемую электроэнергию. В Бонусом для владельцев водородных топливных элементов является то, что они производятся в периоды наибольшего спроса, то есть когда в сеть не подается солнечная или ветровая энергия, и поэтому они могут получить доступ к лучшим тарифам! -Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации об этом.

Устройства также получают выгоду от финансирования PACE, этот европейский стимул по существу дает 6500 фунтов стерлингов на покрытие стоимости устройства в обмен на то, что они позволяют контролировать ваше использование.Достойная цена. Кроме того, установка и ее установка облагаются НДС в размере 5%.

Как уже упоминалось, Viessmann Vitovalor 300 P - единственный водородный топливный элемент / бытовая ТЭЦ, доступная в настоящее время на рынке. Финансовые преимущества в большей степени обеспечиваются тем фактом, что это устройство имеет 10-летняя гарантия на детали и работу.

Чтобы узнать цену Vitovalor 300P, а также 10-летний прогноз окупаемости инвестиций, посетите Vitovalor Installer, внизу вы увидите Найдите контактную форму, в которой вы можете ввести свои характеристики установки, и вам будет отправлена ​​цена с прогнозом возврата инвестиций.

Цена Vitovalor 300P варьируется в зависимости от установки, однако после прекращения финансирования PACE в размере 6500 фунтов стерлингов и включения 5% НДС цена обычно начинается от 12000 фунтов стерлингов вплоть до 17000 фунтов стерлингов. Однако окупаемость инвестиций может составить всего 2 года, если вам все равно понадобится новая система отопления. Это можно относительно точно спрогнозировать благодаря тому, что стимулы Гарантия 10 лет, а также отсутствие непредвиденных расходов на техническое обслуживание благодаря 10-летней гарантии на детали и работу.

Недавно было выпущено несколько водородных котлов, вроде Worcester и Baxi. На наш взгляд, это просто немного маркетинга. Большинство котлов довольно просты чтобы заставить сжечь другое топливо, например водород. Здесь нет настоящей большой технической революции. И остается вопрос, откуда мы берем водород? и как безопасно транспортировать это в нашей старой грид-сети?

Пройдет не менее 20 лет, прежде чем мы перейдем на сеть, работающую на чистом водороде, если вообще когда-нибудь.К этому времени котлы, которые сейчас создаются, будут снова рассматриваться как смехотворная технология, я уверен, особенно если посмотреть на текущий рост технологических инноваций.

С 2025 года выводится из эксплуатации газовые котлы в новостройках. Это не означает, что их использование в других домах постепенно прекращается, даже если возникла проблема с отоплением. Вы могли бы тогда установить газовый котел. Для того, чтобы полностью отказаться от газовых котлов, каждый из домов, существующих в Великобритании, необходимо заменить на новое здание.

Задача, которая займет буквально тысячи лет.

пора поговорить о водороде

За последние несколько десятилетий экологически чистые и возобновляемые источники энергии прошли долгий путь. Великобритания недавно испытала свой первый полный рабочий день электроэнергии без использования угля после промышленной революции, в то время как в мире 26% всей электроэнергии будет вырабатываться из возобновляемых источников к 2020 году.

Однако, в то время как производство электроэнергии с низким уровнем выбросов улучшается стремительно, системы отопления отстают. На отопление и охлаждение зданий и промышленную деятельность приходится почти половина всего спроса на энергию в ЕС, но декарбонизация системы отопления принесла незначительный прогресс.

Это, наконец, меняется, поскольку более чистое отопление продолжает обсуждаться и исследоваться. Одно из популярных предлагаемых решений - перевод отопительной сети с природного газа на водород.Это была ключевая тема разговора на недавнем мероприятии, организованном DNV GL. Семинар под названием «Разработка и эксплуатация безопасной водородной сети» собрал около 100 профессионалов из газораспределительных сетей и других заинтересованных сторон, чтобы обсудить потенциал водорода.

«Цель мероприятия и то, что мы делали, заключались в том, чтобы рассматривать водород как топливный газ, а также риски и последствия, которые он представляет», - говорит Гэри Томлин, руководитель отдела DNV GL в Spadeadam Testing and Research.

Но каковы риски и преимущества?

Более чистая система отопления

Основная причина, по которой водород рассматривается как альтернативное топливо, - его экологичность. При сжигании водород не производит выбросов CO 2 , образуя только водяной пар и тепло. Водород также содержит большое количество энергии, что делает его относительно эффективным, так как в 1 кг водорода содержится столько же энергии, сколько в 2,8 кг бензина.

Большинство бытовых систем отопления работают на природном газе - в Великобритании его используют 90% всех домов - хотя природный газ производит наименьшие выбросы по сравнению с любым ископаемым топливом, он по-прежнему способствует глобальному потеплению.На каждый миллион британских тепловых единиц (БТЕ) ​​энергии природный газ выделяет 117 фунтов CO 2 , в то время как уголь (антрацит) является самым большим источником выбросов, производя 228,6 фунта. В Великобритании 30% выбросов CO 2 приходится на отопление и приготовление пищи. Если бы вся газовая система страны была переведена с природного газа на водород, это снизило бы выбросы тепла как минимум на 73%, что во многом поможет достичь целей Великобритании по декарбонизации.

«В Великобритании 30% выбросов CO 2 приходится на бытовое отопление и приготовление пищи.”

Экологичность водорода - лишь одно из преимуществ его использования в качестве топлива. В восточной Германии проект Hydrogen Power Storage and Solutions (HYPOS) начал серию исследовательских инициатив по изучению потенциального использования водорода в качестве источника энергии. HYPOS подчеркнула, что легкость хранения водорода является основным преимуществом. В качестве газа он может содержаться несколькими способами: сжат, храниться в соляных пещерах, сжижаться или храниться в виде аммиака.

«[Водород] единственный энергоноситель с возможностью длительного хранения», - говорит менеджер проекта HYPOS Александр Шписс. «Поэтому мы всегда помним, что нам необходимо достичь целей Германии по получению более 80% нашей энергии. из возобновляемых источников.Но если вы посмотрите на новые результаты обязательств по изменению климата, они будут более или менее близки к 100%. Для этого нам придется использовать варианты длительного хранения ».

Еще одним преимуществом является возможность использования существующей инфраструктуры. Электрификация системы отопления была предложена многими как возможный способ обезуглероживания; однако это повлечет за собой существенное изменение инфраструктуры. В настоящее время ряд групп, включая Северную газовую сеть (NGN) в Великобритании, проводят исследования относительно того, подходят ли трубы для природного газа по размеру и мощности для простого преобразования в водород.Пока что кажется вероятным, что в Великобритании можно будет использовать существующую газовую инфраструктуру для распределения водорода, что значительно снизит инфраструктурные проблемы и затраты на декарбонизацию сети.

«Одна из больших возможностей - использовать существующую инфраструктуру, газовую инфраструктуру вместо строительства новой», - говорит Шписс, добавляя, что «есть исследования, которые смотрели на это и говорят, что стоимость инфраструктуры будет дешевле, чем внедрение электрической сети или расширение электрической сети повсюду.”

Слишком жарко для обработки

Переключение систем отопления было бы колоссальным проектом даже при использовании существующей инфраструктуры, и это повлечет за собой ряд проблем, например, обеспечение безопасности использования водорода в домашних условиях было специально обсуждено на семинаре DNV GL, и проблема, которая должна быть гарантирована, если мы хотим, чтобы она получила более широкое распространение.

Водород обычно считается опасным из-за его высокой воспламеняемости, так как он будет гореть в воздухе в концентрации от 4% до 75%.Но «водород имеет очень маленький размер молекулы, поэтому, если происходит выделение водорода, вполне возможно, что он с меньшей вероятностью станет воспламеняющимся, чем природный газ», - говорит Томлин, поясняя, что «И наоборот, диапазон воспламеняемости намного шире, так что это то, что нужно учитывать.

«У вас есть баланс между вероятностью того, что он станет горючим с меньшей вероятностью, но если он действительно станет горючим, то с большей вероятностью загорится, и последствия могут быть довольно серьезными». Этот баланс рисков необходимо учитывать при внесении изменений в газовую сеть, чтобы обеспечить максимальную безопасность подачи водорода.

«Одна из наиболее практических проблем заключается в том, что, хотя водород не выделяет никаких выбросов в точке использования, при его создании образуется углерод».

Одна из наиболее практических проблем заключается в том, что, хотя водород не выделяет никаких выбросов в точке использования, при его создании образуется углерод. «Что вам нужно сделать, так это производить водород таким образом, чтобы вы не переносили проблему с отдельных домов, производящих CO 2 , на производство большого количества CO 2 у источника, поэтому у вас есть проблема улавливания этого CO. 2 у источника и секвестрируя его, или фактически производя водород без образования CO 2 », - говорит Томлин.

В настоящее время около 90% мирового водорода производится в установках парового риформинга метана. Это объединяет природный газ с высокотемпературным паром, который отделяет водород и углерод, последний из которых затем улавливается, улавливается и хранится. Это необходимо делать эффективно, чтобы углерод не просачивался и не выбрасывался в атмосферу; без этого это не чистое топливо.

Вывод водорода на новый уровень

NGN в настоящее время является пионером проекта под названием h31, в рамках которого газовая сеть города Лидса будет полностью переведена на водород.Это станет огромным шагом вперед для водородных технологий, и опубликованный отчет h31 уже привлекает международное внимание. Потенциальная конверсия газа обойдется примерно в 2 миллиарда фунтов стерлингов и будет финансироваться за счет регулирующих бизнес-планов - экономической системы, ранее использовавшейся для перевода газовой сети Великобритании с городского газа на природный в конце 1960-х годов. NGN надеется, что, если проект будет успешным в Лидсе, его можно будет внедрить в остальной части Великобритании и за ее пределами.

Помимо экспериментальных проектов, ряд технологических достижений делают водородное топливо все более привлекательным во всем мире.Например, Австралийская организация по научным и промышленным исследованиям (CSIRO) разработала тонкую металлическую мембрану, которая позволила бы легко транспортировать водород в виде аммиака, а затем отделять его в месте использования. В настоящее время транспортировка водорода сложна и относительно дорога; Мембрана CSIRO может значительно снизить эти расходы, поскольку аммиак уже продается и транспортируется по всему миру. Проект получил 1,7 млн ​​долларов из благотворительного фонда науки и промышленности для продолжения разработки по мере его перехода к завершающей стадии.

Хотя водород является самым распространенным элементом на Земле, его получение может быть невероятно энергоемким. Водород имеет явные экологические преимущества по сравнению с чистым метаном или другими природными газами, из которых он может быть изолирован, но при этом все равно выделяет углерод. Исследования по расщеплению воды на водород и кислород продолжаются, и мы надеемся, что будет найден катализатор, который позволит производить водородное топливо чисто путем электролиза, устраняя зависимость от углеводородов.

Потенциал использования водорода в качестве топлива только начинает реализовываться.Поскольку все больше внимания уделяется декарбонизации газораспределительной сети, очевидно, что водород будет играть важную роль.

Связанные компании

Азимут Марин BV

Судовое агентирование, исследования, техническое обслуживание и решения для управления проектами для энергетического сектора

28 августа 2020

Defitec

Фильтрация воздуха для газовых турбин

28 августа 2020

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *