Водородная установка для отопления: плюсы и минусы, критерии выбора

Содержание

Котел отопления на водороде: обзор лучших. Водородный котел

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.


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.

Принцип работы водородного отопления

Газ выделяет большой объем тепловой энергии, которая образуется при взаимодействии водородных и кислородных молекулярных соединений. Процесс требует много места, выделяет КПД более 80% и при обустройстве схемы необходимо позаботиться о большой емкости, в которой и будет происходить взаимодействие молекул с последующим выделением тепла.

Если хозяин просчитывает, как сделать водородное отопление дома, нужно знать, что при выходе из котла температура теплоносителя может достигать показателей +40 С. Таких параметров хватает для подачи тепла в помещения большого размера. По устройству котлы могут быть модульными, оснащенными катализатором в каждом канале выхода. Это свойство особенно удобно при формировании системы отопления на много лучей – каждый канал можно отрегулировать с подачей теплоносителя по индивидуальным параметрам температуры.

Получается, что если правильно рассчитать показатели, то при монтаже одного котла с водородным отоплением можно провести отопление по нескольким комнатам с учетом разных температурных показателей. Например, один вывод запускается на теплые полы, второй – к трубопроводу под потолок, третий – запускается в гостиную и так далее.

Совет! Чтобы снизить расходы, можно оборудовать обогрев на солнечных батареях, коллекторах, поставить водородный генератор для отопления частного дома. В этом случае затраты на обслуживание потребуются минимальные, регулярных расходов практически не будет.

Преимущества и недостатки

Профессионалы выделяют следующие достоинства отопления на водороде:

  1. Нет огня. Тепловая энергия вырабатывается в процессе протекания химической реакции, где не требуется горения любого вида топлива.
  2. Постоянство температурных показателей. Теплоноситель поддерживается в нагретом до +40 С состоянии на всем протяжении времени, пока котел запущен в эксплуатацию.
  3. Универсальность применения. Нет никаких ограничений для формирования системы в любых строениях.
  4. Практичность. Невысокая температура теплоносителя гарантирует отсутствие ожогов, а смонтировать схему отопления сможет домашний мастер с минимальными навыками владения инструментом.
  5. Экологичность. В процессе работы прибор не выделяет вредных газов, продуктов сгорания, частиц отработки и шлака. Котел выделяет нейтральный газ, не загрязняющий атмосферу.

Окупается схема через 3-3,5 года, при условии применения в качестве постоянного и основного источника тепла. Единственной альтернативой может стать газовое отопление, но при всей дешевизне топлива, подключение к магистрали не всегда возможно.

К минусам относят высокую взрывоопасность водорода, поэтому важно обеспечить все степени безопасности при использовании сырья и транспортировку топлива только в низкотемпературных режимах. Именно из-за сложностей в подвозе водорода такая схема отопления применяется сегодня достаточно редко.

Эксперименты с вечным поленом

Вечным поленом называют небольшой металлический бак с маленькими отверстиями для выхода водяного пара. Эту емкость заполняют водой, закручивают горловину болтом, и кладут на дно печи. Емкость разогревается до большой температуры, с нее выходит водяной пар, поступая прямо на горящие угли.

В результате, по заявлениям экспериментаторов, черная сажа в дыму пропадает. Т.е. якобы частички углерода, обычно уносимые в трубу, теперь все реагируют с кислородом.
Пламя становится насыщенным с длинными языками и т.д.

Но правда замеры реального полученного тепла не проводились, замерить его в домашних условиях невозможно, но все признаки большой энергоотдачи присутствуют….

Перспективы водорода как топлива для котла отопления

  • Водород – это самое распространенное «топливо» во Вселенной и десятый по распространению химический элемент на Земле. Проще говоря – проблем с запасами топлива у вас не будет.
  • Этот газ не может навредить ни людям, ни животным, ни растениям – он не токсичен.
  • «Выхлоп» водородного котла абсолютно безвреден – продуктом горения этого газа является обычная вода.
  • Температура горения водорода  достигает 6000 градусов Цельсия, что говорит о высокой теплоемкости этого вида топлива.
  • Водород легче воздуха в 14 раз, то есть при утечке «выброс» топлива улетучится из котельной сам по себе, причем в очень сжатые сроки.
  • Стоимость одного килограмма водорода – 2-7 долларов США. При этом плотность газообразного водорода равна 0,008987 кг/м3.
  • Теплотворная способность кубического метра водорода – 13 000 кДж. Энергоемкость природного газа в три раза выше, но себестоимость водорода как топлива ниже в десятки раз. В итоге альтернативное отопление частного дома водородом обойдется не дороже практики использования природного газа. При этом владельцу водородного котла не нужно оплачивать аппетиты хозяев газовых компаний и строить дорогостоящий газопровод, а равно и проходить чрезвычайно бюрократизированную процедуру согласования всяческих «проектов» и «разрешений».

Словом, как топливо водород имеет самые радужные перспективы, которые уже оценила аэрокосмическая отрасль, использующая водород для «заправки» ракет.

Современная разработка — водородный отопительный котел

Как работает котел отопления на водороде

Точно так же, как и обычный газовый котел:

  • Топливо подается на горелку.
  • Факел горелки разогревает теплообменник.
  • Залитый в теплообменник теплоноситель транспортируют к батареям.

Только вместо магистрального газопровода или емкостей со сжиженным горючим для производства топлива необходимо использовать особые установки – генераторы водорода.

Причем самый распространенный вид бытового генератора – это электролитическая установка, расщепляющая воду на водород и кислород. Себестоимость топлива, которое производят электрические генераторы для отопления водородом доходит до 6-7 долларов за килограмм. При этом для производства кубического метра горючего газа необходима вода и 1,2 кВт электроэнергии.

А вот на отводе продуктов горения в данном случае можно сэкономить. Ведь в процессе горения смеси кислорода и воздуха выделяется только водяной пар. Так что «настоящий» дымоход такому котлу не нужен.

Плюсы водородных котлов

  • Водородом можно «топить» любые котлы. То есть абсолютно любые – даже старые «советские» агрегаты, приобретенные в 80-х годах прошлого века. Для этого вам понадобится новая горелка и гранит или шамотный камень в топке, увеличивающий тепловую инерцию и нивелирующий эффект перегрева котла.
  • У водородных котлов увеличенная тепловая мощность. Стандартный газовый котел на 10-12 кВт на водороде «выдаст» до 30-40 киловатт тепловой мощности.
  • Для отопления водородом по большому счету нужна только горелка. Поэтому «под водород» можно переделать даже твердотопливный котел, инсталлировав горелку в топку.
  • Базу для получения топлива – воду – можно извлечь из водопроводного крана. Хотя идеальным полуфабрикатом для производства водорода является дистиллированная вода, в которую подмешен гидроксид натрия.

Минусы водородных котлов

  • Малый ассортимент водородных котлов и газогенераторов промышленного типа. Большинство продавцов предлагают «самоделки» с сомнительной сертификацией.
  • Высокая цена промышленных моделей.
  • Взрывоопасный «характер» топлива – в смеси с кислородом (в пропорции 2:5) водород превращается в гремучий газ.
  • Высокий уровень шума газогенерирующих установок.
  • Высокая температура пламени – до 3200 градусов Цельсия, затрудняющая использование водорода в качестве топлива для кухонной печи (нужны особые рассекатели). Впрочем, h3ydroGEM — котел отопления на водороде итальянского производства giacomini – укомплектован горелкой температурой пламени  до 300 градусов Цельсия.

Составные части водородной установки

Устройство системы для отопления, функционирующей на водороде, достаточно проста.

Котел, играющий роль теплообменника, – это основной элемент, где происходит выработка водорода.


Котел, функционирующий на водороде, можно собрать из доступных элементов, а для его работы необходима лишь обычная или дистиллированная вода (+)

Элетролизер – главная действующая часть котла, где происходит электролитическая реакция, приводящая к распаду воды на h3 и О2. Элемент представляет собой резервуар, наполненный водой, в который помещаются металлические электроды, обладающие максимальной проводимостью тока.

К пластинкам подсоединены провода, по которым осуществляется подача электричества.

Горелка – приспособление, способствующее разогреву теплоносителя в отопительной системе. Находится в топочной камере, для ее разжигания подается искра.

Клапан горелки – специальная деталь, находящаяся в верхней части устройства. Благодаря этой детали h3, поднявшийся наверх, легко преодолевает барьер, недоступный другим выделившимся веществам, и поступает непосредственно в горелку.


В заводских водородных котлах предусмотрен блок управления. На панели отображаются показатели напряжения и тока, регулятор мощности и рычаги настройки других параметров работы

Трубопровод – коммуникации, которые отходят от агрегата и используются для подачи тепла во все помещения дома. Для обвязки используют трубы отопления диаметром диаметром 25-32 мм. При прокладке соблюдают основополагающее правило: диаметр каждого следующего разветвления должен быть меньше, чем у предыдущего.

Критерии выбора генераторов

При решении приобрести подобную технику, важно обращать внимание на следующие критерии.

Мощность. У современных приборов величина этого показателя может значительно варьироваться, что позволяет выбрать оптимальный вариант как для небольшого дома, так и для двух-, трехэтажного строения.


Средний расход воды в современных моделях генератора не слишком велик. В течение 24 часов для функционирования прибора понадобится примерно 5,5 литров, за счет которых генерируется 1,2-2 литров топлива

Число контуров. На приборах, функционирующих на водороде, обычно устанавливается отопительный контур. В некоторых моделях предусмотрен также дополнительный монтаж второго (нагревательного) контура.

Уровень потребления электроэнергии. Технологии сегодняшнего дня позволяют добиться отличной производительности тепла при использовании минимума электричества. Энергопотребление различных видов генераторов варьируется от 1,2 до 3 кВт за 1 час.

Низкий расход электроэнергии достигается благодаря тому, что водородный котел работает не беспрерывно, а лишь для поддержания определенной температуры в помещении.

Источник питания. Все разновидности водородных генераторов можно разделить на две большие категории: одна работает от газа, другая – от электричества.

Производитель. Лучше предпочесть проверенных производителей (Италия, США). Стоит опасаться некачественной продукции, предлагаемой сомнительными предприятиями по крайне низким ценам.

Советы по эксплуатации котла

Для улучшения функционала агрегата важно придерживаться прилагаемой инструкции. Усовершенствовать работу прибора можно, добавив дополнительные детали (при этом следует строго соблюдать правила безопасности).


Установленный на горелке датчик пламени повышает безопасность системы. При затухании огня устройство в автоматическом режиме перекрывает поступление горючего газа в горелку, тем самым препятствуя его попаданию в помещение

Можно вмонтировать во внутреннюю часть теплообменника специальные датчики, позволяющие отслеживать повышение показателей нагрева воды, а также дополнить конструкцию горелки запорной арматурой.

Достаточно подключить ее непосредственно к датчику температуры, чтобы котел автоматически выключался, как только нагрев достигнет заданного показателя.

Полезно также установить устройство нормированного охлаждения котла.


Устройства на водороде могут применяться не только как единственное отопительное оборудование в доме, но и совмещаться с другими системами нагрева. Основные теплоустановки в этом случае могут работать в низкотемпературном режиме.

В случае соблюдения норм эксплуатации агрегат, работающий на водороде, послужит не один десяток лет. Хотя гарантийный срок подобных устройств составляет 15 лет, на практике они могут качественно работать на протяжении 20-30 лет.

Починка подобных аппаратов не составит труда опытному мастеру, поскольку принципиальная схема котла на водороде не слишком отличается от аналогов, работающих на иных видах топлива.

Что необходимо для изготовления топливной ячейки дома

Приступая к изготовлению водородной топливной ячейки, надо обязательно изучить теорию процесса образования гремучего газа. Это даст понимание происходящего в генераторе, поможет при настройке и эксплуатации оборудования. Кроме того, придётся запастись необходимыми материалами, большинство из которых будет нетрудно найти в торговой сети. Что же касается чертежей и инструкций, то мы постараемся раскрыть эти вопросы в полном объёме.

Проектирование водородного генератора: схемы и чертежи

Самодельная установка для получения газа Брауна состоит из реактора с установленными электродами, ШИМ-генератора для их питания, водяного затвора и соединительных проводов и шлангов. В настоящее время существует несколько схем электролизёров, использующих в качестве электродов пластины или трубки. Кроме того, в Сети можно найти и установку так называемого сухого электролиза. В отличие от традиционной конструкции, в таком аппарате не пластины устанавливаются в ёмкость с водой, а жидкость подаётся в зазор между плоскими электродами. Отказ от традиционной схемы позволяет значительно уменьшить габариты топливной ячейки.


Электрическая схема ШИМ-регулятора


Схема единичной пары электродов, используемых в топливной ячейке Мейера


Схема ячейки Мейера


Электрическая схема ШИМ-регулятора


Чертёж топливной ячейки


Чертёж топливной ячейки


Электрическая схема ШИМ-регулятора

В работе можно использовать чертежи и схемы рабочих электролизёров, которые можно адаптировать под собственные условия.

Выбор материалов для строительства генератора водорода

Для изготовления топливной ячейки практически никаких специфичных материалов не требуется. Единственное, с чем могут возникнуть сложности, так это электроды. Итак, что надо подготовить перед началом работы.

  1. Если выбранная вами конструкция представляет собой генератор «мокрого» типа, то понадобится герметичная ёмкость для воды, которая одновременно будет служить и корпусом реактора. Можно взять любой подходящий контейнер, главное требование — достаточная прочность и газонепроницаемость. Разумеется, при использовании в качестве электродов металлических пластин лучше использовать прямоугольную конструкцию, к примеру, тщательно загерметизированный корпус от автомобильного аккумулятора старого образца (чёрного цвета). Если же для получения HHO будут применяться трубки, то подойдёт и вместительная ёмкость от бытового фильтра для очистки воды. Самым же лучшим вариантом будет изготовление корпуса генератора из нержавеющей стали, например, марки 304 SSL.

    Электродная сборка для водородного генератора «мокрого» типа

    При выборе «сухой» топливной ячейки понадобится лист оргстекла или другого прозрачного пластика толщиной до 10 мм и уплотнительные кольца из технического силикона.

  2. Трубки или пластины из «нержавейки». Конечно, можно взять и обычный «чёрный» металл, однако в процессе работы электролизёра простое углеродистое железо быстро корродирует и электроды придётся часто менять. Применение же высокоуглеродистого металла, легированного хромом, даст генератору возможность работать длительное время. Умельцы, занимающиеся вопросом изготовления топливных ячеек, длительное время занимались подбором материала для электродов и остановились на нержавеющей стали марки 316 L. К слову, если в конструкции будут использоваться трубки из этого сплава, то их диаметр надо подобрать таким образом, чтобы при установке одной детали в другую между ними был зазор не более 1 мм. Для перфекционистов приводим точные размеры:
    — диаметр внешней трубки — 25.317 мм;
    — диаметр внутренней трубки зависит от толщины внешней. В любом случае он должен обеспечивать зазор между этими элементами равный 0.67 мм.

    От того, насколько точно будут подобраны параметры деталей водородного генератора, зависит его производительность

  3. ШИМ-генератор. Правильно собранная электрическая схема позволит в нужных пределах регулировать частоту тока, а это напрямую связано с возникновением резонансных явлений. Другими словами, чтобы началось выделение водорода, надо будет подобрать параметры питающего напряжения, поэтому сборке ШИМ-генератора уделяют особое внимание. Если вы хорошо знакомы с паяльником и сможете отличить транзистор от диода, то электрическую часть можно изготовить самостоятельно. В противном случае можно обратиться к знакомому электронщику или заказать изготовление импульсного источника питания в мастерской по ремонту электронных устройств.

    Импульсный блок питания, предназначенный для подключения к топливной ячейке, можно купить в Сети. Их изготовлением занимаются небольшие частные компании в нашей стране и за рубежом.

  4. Электрические провода для подключения. Достаточно будет проводников сечением 2 кв. мм.
  5. Бабблер. Этим причудливым названием умельцы обозвали самый обычный водяной затвор. Для него можно использовать любую герметичную ёмкость. В идеале она должна быть оборудована плотно закрывающейся крышкой, которая при возгорании газа внутри будет мгновенно сорвана. Кроме того, рекомендуется между электролизёром и бабблером устанавливать отсекатель, который будет препятствовать возвращению HHO в ячейку.

    Конструкция бабблера

  6. Шланги и фитинги. Для подключения генератора HHO понадобятся прозрачная пластиковая трубка, подводящий и отводящий фитинг и хомуты.
  7. Гайки, болты и шпильки. Они понадобятся для крепления частей электролизёра между собой.
  8. Катализатор реакции. Для того чтобы процесс образования HHO шёл интенсивнее, в реактор добавляют гидроксид калия KOH. Это вещество можно без проблем купить в Сети. На первое время будет достаточно не более 1 кг порошка.
  9. Автомобильный силикон или другой герметик.

Заметим, что полированные трубки использовать не рекомендуется. Наоборот, специалисты рекомендуют обработать детали наждачной бумагой для получения матовой поверхности. В дальнейшем это будет способствовать увеличению производительности установки.

Инструменты, которые потребуются в процессе работы

Прежде чем приступить к постройке топливной ячейки, подготовьте такие 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.

Кроме того, если вы будете самостоятельно заниматься постройкой ШИМ-генератора, то для его наладки потребуется осциллограф и частотомер. В рамках данной статьи мы этот вопрос поднимать не будем, поскольку изготовление и настройка импульсного блока питания лучше всего рассматривается специалистами на профильных форумах.

Техника безопасности и особенности эксплуатации

Отопительный котел на водороде нужно правильно эксплуатировать.

В ходе его использования придерживайтесь следующих правил:

  • Нельзя самостоятельно модернизировать и переделывать водородное нагревательное оборудование. Это повышает вероятность утечки водорода. При его взаимодействии с воздухом создается взрывоопасная ситуация.
  • Установите внутри теплообменника датчики температуры. Это позволит контролировать степень нагрева воды. Периодически проверяйте температуру, не допускайте перегревания теплоносителя.
  • Не эксплуатируйте отопительное оборудование в режимах и условиях, которые не предусмотрены производителем. Это может привести к нежелательной цепной реакции.
  • На горелочное устройство установите запорную арматуру и подключите ее к температурному датчику. Это позволит при необходимости обеспечивать охлаждение котла.
  • Если давление газа в камере сгорания критически повышается, то нужно выяснить причину такого повышения, принять меры для стабилизации работы.
  • Следите за подачей воды, периодически меняйте электролитный раствор.

Важно! При правильной и бережной эксплуатации водородное нагревательное оборудование прослужит до 30 лет, вдвое превысив гарантийный срок.

Выводы и полезное видео по теме

На представленном ниже видеоролике вы увидите обзор модели газового котла, работающего на водородном топливе, произведенного известной корейской компанией DAEWOO.

Водород не без основания называют топливом будущего: этот газ может стать практически безграничным ресурсом дешевого экологически чистого горючего, которое можно использовать в разных установках.

Котел на водородном топливе, изготовленный в заводских условиях или самостоятельно, позволит создать автономную отопительную систему. Это поможет значительно сократить платежи в ЖКХ, решит вопрос о поддержании комфортной температуры в жилых комнатах и подсобных помещениях.

Источники

  • https://otoplenie-doma.org/otoplenie-na-vodorode.html
  • https://dizain-vannoy.ru/sistema-otopleniya/sistemy-otopleniya/vodorodnoe-induktsionnoe/otoplenie-na-vodorode.html
  • http://teplodom1.ru/domotopl/286-toplivo-iz-vody-samoe-deshevoe.html
  • https://www.tproekt.com/vodorodnyj-kotel-otoplenia-aponcy-uze-10-let-tak-topat-domiki/
  • https://sovet-ingenera.com/otoplenie/kotly/vodorodnyj-kotel-otopleniya.html
  • https://aqua-rmnt.com/otoplenie/generator-vodoroda-dlya-sistemy-otopleniya-sobiraem-dejstvuyushhuyu-ustanovku-svoimi-rukami.html
  • https://dizain-vannoy.ru/sistema-otopleniya/oborudovanie/kotly/kotel-vodorodnyy.html

Делаем водородный генератор для отопления дома своими руками. Жми!

Водородный генератор (электролизер) это прибор, работающий за свет двух процессов: физического и химического.

В процессе работы под воздействием электротока вода разлагается на кислород и водород. Данный процесс носит название электролиз. Электролизер довольно популярен среди самых известных видов водородных генераторов.

Как устроен прибор

Электролизер состоит из нескольких пластин из металла, погруженных в герметическую емкость с дистиллированной водой.

Сам корпус имеет клеммы, чтобы подключать источник питания и есть втулка, через которую выводится газ.

Работу прибора можно описать так: электроток пропускается через дистиллированную воду между пластинами с разными полями (у одной — анод, у другой — катод), расщепляет её на кислород и водород.

В зависимости от площади пластин электроток имеет свою силу, если площадь большая, то и тока по воде проходит много и больше выделяется газа. Схема подключения пластин поочередная, сначала плюс, потом минус и так далее.

Электроды рекомендуется делать из нержавеющей стали, которая в процессе электролиза не вступает в реакцию с водой. Главное найти нержавейку высокого качества. Между электродами лучше сделать расстояние маленькими, но так, чтобы пузыри газа легко между ними передвигались. Крепеж лучше изготовить из соответствующего металла, что и электроды.

[warning]Примите во внимание: в связи с тем, что технология изготовления связана с газом, то во избежание образования искры, необходимо произвести плотное прилегание всех деталей.[/warning]

В рассматриваемом варианте устройство включает в себя 16 пластин, расположены они друг от друга в пределах 1 мм.

За счет того, что пластины имеют достаточно немалую площадь поверхности и толщину, можно будет пропустить через такое устройство высокие токи, однако нагрева металла не произойдет. Если измерить на воздухе емкость электродов, то она составит 1nF, данный набор использует до 25А в простой воде из водопровода.

Для сбора водородного генератора своими руками можно применить контейнер пищевой, так как его пластик термоустойчив. Затем нужно в контейнер опустить электроды для сбора газа с разъемами изолированными герметично, крышкой и другими соединениями.

Если использовать контейнер из металла, то во избежание короткого замыкания, электроды крепятся на пластике. С двух сторон медных и латунных фитингов устанавливаются два разъема (фитинг – монтировать, собирать) для извлечения газа. Разъемы контактные и фитинги нужно прочно закрепить, применяя герметик из силикона.

Изготовить газогенератор также можно в домашних условиях. Методика подробно изложена здесь: https://teplo.guru/pechi/piroliznye/gazogenerator-svoimi-rukami.html

Соблюдение мер безопасности

Электролизер представляет собой устройство повышенной опасности.

Поэтому во время его изготовления, монтирования и работы обязательно нужно соблюдение как общих, так и специальных мер безопасности.

Специальные меры включают следующие пункты:

  • следует контролировать концентрацию смеси водорода с кислородом, в целях недопущения взрыва;
  • если уровень жидкости не просматривается в смотровом окне водородного генератора, то его использовать нельзя;
  • во время выполнения ремонта нужно удостовериться, что в конечной точке системы полностью отсутствует водород;
  • противопоказано использование открытого огня, электрических нагревательных приборов и переносных ламп напряжением более 12 вольт рядом с электролизером;
  • во время работы с электролитом следует себя обезопасить, используя средства защиты (спецодежда, перчатки и очки).

Советы специалистов

Квалифицированные мастера считают, что изготавливать самодельные водородные генераторы для автомобилей в домашних условиях рискованное занятие.

Они объясняют это тем, что электролизер для авто имеет сложную и небезопасную систему устройств.

Заниматься изготовлением таких агрегатов нужно, применяя специальные материалы и реагенты.

[advice]Примите к сведению: в случае самостоятельного установления электролизера, который был изготовлен своими руками, рекомендуется строгое исключение возможности, когда газ попадает в камеру сгорания при заглушенном двигателе. Во время отключения двигателя, обязательно должен автоматически отключиться водородный генератор от сети электрического питания автомобиля.[/advice]

Если все-таки решили самостоятельно изготовить автомобильный гидролизер, то обязательно следует оснастить его барботером – это специальный водяной клапан. При его использовании значительно повысится безопасность при вождении автомобиля.

Электрический ток можно получить из земли и воздуха самостоятельно. Подробности в этой статье: https://teplo.guru/elektrichestvo/besplatnoe-elektrichestvo.html

Отопление дома газом Брауна

Схема работы водородного генератора. (Для увеличения нажмите)

Водород является самым распространенным химическим элементом, поэтому экономически выгодно его использовать.

Для многих владельцев домов и дач часто встает вопрос, как получить «чистую» и дешевую энергию для нужд в быту. Ответ можно найти в таких инновациях, как водогенератор для отопления жилища.

Ученые, благодаря своим разработкам, позволили многим использовать такое устройство для получения газа. Установка способна генерировать водород (газ Брауна) и этот газ будет использован для получения энергии.

Можно это соединение представить химической формулой, как hho. Данный газ можно получить из воды с помощью метода электролиза. Есть много примеров в жизни, когда люди хотят свой дом отапливать оксиводородом. Но чтобы этот вид топлива получил популярность, надо сначала научиться получать его (газ Брауна) в бытовых условиях.

Пока еще нет технологии водородного отопления частного дома, которая была бы достаточно надежной.

Нюансы организации отопления дома газом Брауна рассмотрены здесь: https://teplo.guru/sistemy/otoplenie-gazom-brauna.html

Смотрите видео, в котором опытный пользователь разъясняет, как сделать водородный генератор своими руками:

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Водородный котел отопления - принцип работы и сущность системы

Сегодня, благодаря достижениям научно-технического прогресса, который не стоит на одном месте, появляются всевозможные новшества и полезные изобретения. Они затрагивают все сферы, в том числе и комфортное проживание, и отопление домов. Для достижения этой цели совсем недавно на российском рынке появилась уникальная продукция — водородный котел отопления, предназначенный для отопления помещений. В настоящей статье будут рассмотрены особенности водородных котлов, принцип их работы, комплектация агрегата, а также плюсы и минусы данного оборудования.

Особенности водородного котла

В настоящее время водородные котлы отопления мало востребованы на рынке отопительного оборудования России, что объясняется недостаточной информированностью о таком агрегате основной массы потребителей. К примеру, в западных государствах такой альтернативный вид отопления довольно распространен благодаря своей экологической, доказанной чистоте, а также значительной экономии при оплате коммунальных услуг.

В переводе с латинского водород означает «порождающий воду». Данный элемент является наиболее распространенным в мире веществом, солнце на 50% состоит из него, он широко используется в промышленности, а также характеризуется большим количеством уникальных свойств, которые использовались при производстве отопительного водородного котла.

Сама процедура получения водорода проста и понятна. Для этого в обязательном порядке нужна электроэнергия и вода. Электрический ток обеспечивает расщепление молекул воды на водород и кислород, который затем используется для обогрева помещения.

В качестве энергоносителя водород считается наиболее чистым и безопасным элементом, а отопление, в основе которого лежит данное вещество, получается результативным и полноценным.

Принцип работы водородного котла

Принцип функционирования такого агрегата, как водородный котёл отопления купить который сегодня в России довольно проблематично, заключается в реакции, которая возникает при контакте молекулы кислорода и водорода. В итоге взаимодействия этих частиц появляется газ Брауна, а также происходит выделение большого объема тепла.

Для практической деятельности изначально выпускался водородный котел для отопления промышленного назначения. Это оборудование характеризуется большими размерами, занимает значительную площадь, и отличается небольшим КПД, которое не превышает 80%. Однако с течением времени технология эволюционировала, и освоив изготовление промышленных водородных котлов, производители плавно пришли к возможности конструирования агрегатов для отопления жилых помещений.

Для того чтобы водородная установка для отопления дома нормально функционировала, необходимым условием является соблюдение ряда параметров:

  1. Возможность для поступления воды. В основном это водопроводная вода, но можно использовать и дистиллированную. Характеристики потребления жидкости зависят, прежде всего, от мощности агрегата.
  2. Обязательный доступ к электрической энергии. Электролизная реакция предполагает наличие электроэнергии.
  3. Периодическая смена катализатора. Регулярность зависит от мощности и модификации водородного котла.

Следует заметить, что водородный котёл отопления цена которого составляет примерно 800 долларов, произведенный промышленным способом, характеризуется значительными стандартами безопасности. Такое оборудование менее опасно при работе, чем котлы отопления на газе или твердом топливе. Все процессы, происходящие в водородном котле, осуществляются внутри агрегата, а потребителю нужно лишь заниматься контролированием рабочих параметров системы.

Важно!!! В отличие от заводской модели, в агрегатах, изготовленных собственными руками, имеется риск утечки взрывоопасного газа Брауна.

По этой причине самодельный котел требует специфического подхода к обеспечению техники пожарной безопасности.

Сущность системы водородного отопления

Нужно сказать, что водородный котёл для отопления частного дома купить который решаются пока не многие россияне, является прекрасной заменой твердым типам топлива, а также природному газу. Стандартная температура сгорания топлива подчас достигает 3000 градусов. Для обеспечения технологического процесса потребуется специальная горелка, приспособленная для такого температурного режима.

Комплект водородного оборудования состоит из следующих компонентов:

  • Специальный генератор водорода для отопления дома (электролизер), который обеспечивает реакцию между кислородом и водородом. Для повышения эффективности работы применяются катализаторы.
  • Особая водородная горелка для отопления, которая обеспечивает создание пламени. Горелка располагается в топочной камере и способствует разогреву теплоносителя в системе отопления.
  • Непосредственно котел, выполняющий функцию теплообменника.

Подчас водородный котёл для обогрева дома купить который можно лишь заказав его в специализированном магазине отопительного оборудования, производится на базе газового или твердотопливного устройства в целях экономии, это дешевле приобретения заводского оборудования. Но при этом нет гарантии, что водородный котел самодельного производства будет отвечать требованиям пожарной безопасности.

Преимущества и недостатки водородного котла отопления

Помимо своей небольшой стоимости водородное отопления характеризуется еще одним немаловажным качеством – оно абсолютно экологически чистое, поскольку водород является составной частью окружающей среды. Процесс горения данного вида топлива совсем не выделяет вредных веществ. Кроме этого, водород из всех других химических элементов является наиболее встречаемым на планете. Он находится в избытке.

Если возникает вопрос – купить или нет водородный котёл цена которого довольно-таки внушительна, следует описать основные плюсы такого оборудования.

Плюсы водородного котла:

  1. Такой водородный генератор для отопления характеризуется высоким КПД – свыше 90%.
  2. Водородная горелка обладает экологической безопасностью. При функционировании агрегата образуется только пар, который абсолютно безвреден, как для организма проживающих в жилом помещении людей, так и для окружающей среды.
  3. Водородное отопление не предполагает наличие огня. Тепло образуется посредством химической реакции с задействованием катализатора. Водород объединяется с кислородом, что приводит к генерации тепловой энергии, которая попадает в теплообменник.
  4. В перспективе, если тема применения водородных котлов продолжит развиваться, то экономику всего мира ждет подъем и небывалый расцвет.
  5. Водородные горелки функционируют бесшумно, что также является несомненным плюсом.
  6. Генераторы водорода для отопления при самостоятельном монтаже не требуют сооружения и использования дымоходов, что очень удобно.

Указав на достоинства водородного котла отопления, будет несправедливым не указать на его недостатки, которые также имеют место быть:

  • При стандартной комнатной температуре водород имеет газообразную консистенцию. Помимо этого, вещество считается довольно взрывоопасным, что создает определенные трудности при его транспортировке.
  • Хоть в западных государствах водородные котлы набирают все большую популярность, в России им уделяется недостаточное внимание, что может создать некоторые сложности с его приобретением и установкой.
  • Для подготовки специалистов, способных проверять и сертифицировать водородные баллоны, необходимо время.

Советы по созданию водородной системы отопления

Специалисты советуют немного усовершенствовать систему отопления на водороде. Важно!!! Строго запрещено усовершенствовать водородную систему отопления своими силами, поскольку велика вероятность, что это может способствовать разгерметизации агрегата и поступлению газа в жилое помещение.

Несколько рекомендаций по водородной отопительной системе:

  1. Если на горелку установить датчик пламени, это значительно повысит безопасность всей системы отопления. При внеплановом затухании огня, датчик в автоматическом режиме передаст электролизу указание о прекращении поступления газа Брауна в горелку.
  2. Нужно установить датчики температуры в теплообменнике, которые будут реагировать на перегрев воды.
  3. К горелке рекомендуется добавить запорную арматуру, которая функционирует в автоматическом режиме и соединяется с датчиком температуры котла.

Подводя итоги статьи можно с полной уверенностью сказать, что если усовершенствования водородных технологий в области отопления будут развиваться и дальше, то в скором будущем такие отопительные системы могут совсем вытеснить традиционные типы оборудования. Это объясняется тем, что котёл водородный купить который в таком случае можно будет в любом специализированном магазине отопительного оборудования, по всем компонентам превосходит иные агрегаты.

Первое — водород является экологически чистым веществом. Второе – в окружающей среде объем водорода неограничен. Третье – он прост в добыче и характеризуется мизерными финансовыми расходами.

Отопление на водороде, водородная установка и горелка для обогрева дома, сборка своими руками

Для получения тепла в доме можно использовать различные источники энергии. Есть среди них и достаточно необычные варианты – например, водородное топливо. В настоящее время отопление водородом используется отечественными потребителями редко из-за некоторых сложностей в получении сырья.

Однако метод этот все равно считается самым экологически чистым и обеспечивает нагрев больших помещений. А расходы на такое отопление будут хотя и большими по сравнению с использованием в качестве энергоносителя газа, однако заметно меньшими по сравнению с эксплуатацией твердотопливных и электрических котлов.

Особенности водородного отопления

Впервые отопление дома на водороде было разработано итальянскими изобретателями. Созданный ими прибор практически не создавал шума и не выбрасывал в атмосферу вредные вещества. При этом температура внутри котлов была невысокой, и оборудование можно было делать не из чугуна или жаропрочной стали, а из обычного металла и даже пластика.

«Классическим», низкотемпературным вариантом отопления на водороде является выделение тепла в процессе образования воды из водорода и кислорода. Хотя существует и методика, предусматривающая обратный процесс – расщепление водных молекул для создания водородного топлива, сгорающего в котлах.

Котлам, работающим на водороде, не нужна специальная система отвода в атмосферу продуктов сгорания. Ведь в процессе выделяется только пар, безвредный для окружающей среды. А получение сырья практически не представляет особой проблемы, в отличие от таких энергоносителей, как газ, дизтопливо и пеллеты.

Расходы при использовании отопления на водороде будут идти только на электроэнергию для генератора.

Преимущества и недостатки

Распространению системы водородного отопления способствует целый ряд достоинств такого метода:

  1. Экологическая чистота выбросов.
  2. Работа без применения огня (только для обычных низкотемпературных систем). Так как тепло получается не при сгорании, а в результате химической реакции. Соединение водорода и кислорода приводит к получению воды, а выделившаяся при этом энергия идет в теплообменник. Температура теплоносителя при этом не превышает 40 градусов, что является практически идеальным режимом для системы «теплых полов».
  3. Использование водородного топлива экономит средства владельца частного дома.

Единственный более выгодный способ в плане эксплуатации – газовое отопление, далеко не всегда доступное для загородного жилья.

Также использование водорода снижает затраты углеводородов типа нефти и газа, представляющих собой невозобновляемые ресурсы.

Правда, имеются у методики и недостатки. Во-первых, водород является достаточно взрывоопасным и, за счет этого, трудно транспортируемым веществом, хотя эта проблема существует только для низкотемпературного варианта.

Во-вторых, специалистов, способных на правильную установку таких котлов и сертификацию водородных баллонов, в нашей стране немного.

Принцип и устройство

Работа отопления на водороде основана на выделении значительного объема тепловой энергии, получаемой в результате взаимодействия кислородных и водородных молекул. Процесс характеризуется большими размерами необходимой для его протекания емкости и высоким КПД (>80%). Для правильного функционирования оборудования необходимо:

  • подключение к источнику жидкости, роль которого чаще всего выполняет водородная система;
  • наличие электропитания, без которого невозможно поддерживать электролиз;
  • периодическая замена катализатора, частота зависит от производительности и конструкции котла;
  • соблюдение требований безопасности )хотя по сравнению с газовым отоплением их намного меньше за счет протекания всех реакций внутри котла, и от пользователя необходим только визуальный контроль процесса).

Впрочем, учитывая, что создать своими руками такое оборудование, как низкотемпературная водородная установка для отопления дома, вряд ли получится, чаще всего используют альтернативный метод – получение водорода и использование его в качестве энергоносителя. Такой вариант будет доступнее по цене и обеспечит большую температуру теплоносителя в отопительной системе (такую же, как и газ).

Сборка системы

В состав систем водородного отопления входят водородные генераторы, горелки и котлы. Первый необходим для разложения жидкости на составляющие (с использованием катализаторов для ускорения процесса или без них). Горелка создает открытое пламя, а котел служит теплообменным устройством. Все это можно приобрести в соответствующих магазинах, однако та же система, созданная своими руками, как правило, работает эффективнее.

Сборку генератора водорода можно осуществить несколькими способами. Для его изготовления понадобится несколько стальных трубок, бак для расположения конструкции, широтно-импульсный генератор мощностью от 30А и выше или другой источник питания. Кроме того, при сборке не обойтись без посуды для дистиллированной воды.

Подача жидкости, из которой будет выделяться водород, осуществляется внутрь герметичной конструкции, где находятся пластины из нержавеющей стали (чем их больше, тем больше получается водорода, хотя тратится и дополнительная электроэнергия), примыкающие друг к другу.

В емкости под действием тока происходит процесс расщепления молекул воды на кислород и водород, после чего последний подается в котел, где установлена горелка. Если же ток подается не от сети, а от ШИМ-генератора, эффективность системы увеличивается.

Применяемые материалы

В системе отопления применяется, как правило, дистиллированная вода, в которую добавляют гидроксид натрия в пропорции 10 л жидкости на 1 ст. л вещества. При отсутствии или проблематичности получения нужного количества дистиллята разрешается использование и обычной воды из крана, но только в том случае, если в ее составе отсутствуют тяжелые металлы.

В качестве металлов, из которых изготавливают водородные котлы, допустимо использовать любые виды нержавеющих сталей – отличным вариантом станет ферримагнитная сталь, к которой не притягиваются лишние частицы. Хотя основным критерием выбора материала все-таки должна быть устойчивость к коррозии и ржавчине.

Для сборки аппарата обычно используются трубки диаметром 1 или 1,25 дюйма. А горелка приобретается в соответствующем магазине или интернет-сервисе.

Если правильно подобрать материалы и тщательно изучить схему отопления, изготовление установки и ее присоединение к котлу не представляет собой ничего сложного.

Целесообразность методики

Причиной установки системы отопления на водороде в частном доме может быть отсутствие в нем природного газа и наличие электроэнергии. При этом расходы на обеспечение здания теплом оказываются меньшими по сравнению с использованием электронагревательных приборов.

Кроме того, отсутствует необходимость в трубах для отвода продуктов сгорания. Получается, что водородная установка вполне может использоваться в загородных домах в качестве самостоятельного или дополнительного отопительного оборудования.

Как собрать водородный генератор своими руками

Для отопления частного дома используют разные способы. Они различаются между собой как по способу передачи тепла, так и по типу используемого энергоносителя. При использовании водяного отопления выделяют несколько типов котлов в зависимости от вида топлива:

Водородный генератор для отопления частного дома

  1. Твердотопливные – используют для работы твердое топливо, которое при сгорании выделяет тепло.
  2. Электрические – в таких котлах тепло получают путем преобразования электроэнергии.
  3. Газовые – тепло выделяется при сгорании газа.

Если рассматривать газовые котлы, то они в основном работают на природном газе, хотя есть модели и под сжиженный газ, а в последнее время начинают применять в качестве топлива водород, вырабатываемый из воды в специальных устройствах – водородных генераторах.

Принцип работы

Из школьного курса физики известно, что вода при воздействии на нее электрического тока разлагается на две составляющие: водород и кислород. На основании этого явления построен так называемый генератор водорода. Это устройство представляет собой агрегат, в котором происходит электрохимическая реакция для получения из воды водорода и кислорода. Процесс электролиза воды показан на рисунке ниже.

Процесс электролиза воды

На выходе генератора образуется не водород и кислород в чистом виде, а так называемый газ Брауна, по имени ученого, который впервые получил его. Его еще называют «гремучим газом», так как он при определенных условиях взрывоопасен. Причем при сгорании этого газа можно получить почти в четыре раза больше энергии, чем было затрачено на его производство.

Такая установка для производства водорода изображена на рисунке ниже.

Промышленная установка для производства водорода

Плюсы и минусы

Из достоинств такого вида отопления можно выделить следующие:

  1. Это экологически чистый вид отопления, так как при сгорании водорода в кислородной среде образуется вода в виде пара, и больше нет выброса никаких вредных веществ в атмосферу.
  2. Можно без особых переделок подключить генератор к существующей системе водяного отопления частного дома.
  3. Установка работает бесшумно, поэтому не требует какого-то особого помещения.

Недостатки:

  1. У водорода большая температура горения, которая в среде кислорода может достигать 3200°С, поэтому обычный котел может выйти из строя очень быстро. В современных устройствах ученые добились результата сгорания газа при температуре 300°С, поэтому проблему можно считать практически решенной.
  2. При работе с газом Брауна нужно быть очень осторожным, поскольку он взрывоопасен. Это решается использованием в устройстве различных предохранительных клапанов и автоматики.
  3. Требует использования для работы дистиллированной воды или воды со щелочью.
  4. Большая стоимость оборудования. Для решения этой проблемы многие пытаются собрать установку для получения водорода своими руками.

Генератор водорода своими руками

Самодельное устройство схематически представляет собой емкость с водой, куда помещены электроды для преобразования воды в водород и кислород.

Для того чтобы своими руками сделать подобное устройство, понадобятся:

  1. Лист нержавеющего металла толщиной 0,5-0,7мм. Подойдет нержавейка марки 12Х18Н10Т.
  2. Пластины из оргстекла.
  3. Резиновые трубки для подвода воды и отвода газов.
  4. Листовая бензомаслостойкая резина толщиной 3 мм.
  5. Источник напряжения – ЛАТР с диодным мостом для получения постоянного тока. Он должен обеспечивать ток 5-8 ампер.

Сначала нарезают нержавеющие пластины на прямоугольники 200×200мм. Уголки на пластинах нужно срезать для того, чтобы потом стянуть всю конструкцию болтами. В каждой пластине просверливаем отверстие диаметром 5мм, на расстоянии 3см от низа пластин, для циркуляции воды. Также к каждой пластине припаивают провод для присоединения к источнику питания.

Перед сборкой из резины делают кольца с внешним диаметром 200мм и внутренним – 190мм. Еще нужно приготовить две пластины из оргстекла толщиной 2см и размерами 200×200мм, при этом нужно предварительно сделать в них отверстия по четырем сторонам под стягивающие болты М8.

Сборку начинают так: сначала кладут первую пластину, затем резиновое кольцо, промазанное с обеих сторон герметиком, далее следующую пластину и так до последней пластины. После этого необходимо всю конструкцию стянуть с двух сторон с помощью шпилек М8 и пластин из оргстекла. В пластинах просверливаются отверстия: в одной – внизу для подвода жидкости, в другой – вверху для отвода газа. Туда вставляется штуцер. На эти штуцера одеваются медицинские полихлорвиниловые трубки. В итоге должна получиться конструкция, как на рисунке ниже.

Водородный генератор своими руками

Для того чтобы исключить попадание газа обратно в газогенератор, на пути от генератора к горелке необходимо сделать водяной затвор, а еще лучше два затвора.

Конструкция затвора – это емкость с водой, в которую со стороны генератора трубка опущена в воду, а та трубка, что идет к горелке, выше уровня воды. Схема генератора водорода с затворами изображена на рисунке ниже.

Схема генератора водорода с водяными затворами

В электролизере – герметичной емкости с водой с опущенными электродами при подаче напряжения начинает выделяться газ. По трубке 1 он подается к 1 затвору. Конструкция водяного затвора устроена таким образом, как видно из рисунка, что газ может двигаться только в направлении от электролизера к горелке, а не наоборот. Этому мешает разная плотность воды, которую нужно преодолеть на обратном пути. Далее по трубке 2 газ движется к 2 затвору, который предназначен для большей надежности системы: если вдруг по какой-то причине не сработает первый затвор. После этого газ подается к горелке с помощью трубки 3. Водяные затворы являются очень важной частью устройства, поскольку препятствуют движению газа в обратную сторону.

При попадании газа обратно в электролизер может произойти взрыв устройства. Поэтому ни в коем случае нельзя эксплуатировать прибор без водяных затворов!

Эксплуатация

После сборки можно начинать испытания прибора. Для этого на конце трубки устанавливают горелку из медицинской иглы и начинают заливать воду. В воду нужно добавить KOH или NaOH. Вода должна быть дистиллированная или талая на крайний случай. Для работы устройства достаточно 10% концентрации щелочного раствора. При заливке воды не должно быть никаких подтеков. Лучше всего перед заливкой продуть конструкцию воздухом, давлением до 1атм. Если водородный генератор выдерживает это давление, то можно заливать воду, если нет, нужно устранить протечки.

После этого к электродам по схеме подсоединяют ЛАТР с диодным мостом. В цепь устанавливают амперметр и вольтметр для контроля работы. Начинают с минимального напряжения и потом постоянно увеличивают, наблюдая за газовыделением.

Предварительно работы лучше проводить на открытом воздухе вне дома. Поскольку установка взрывоопасна, все работы следует проводить с особой осторожностью.

При испытаниях наблюдают за работой прибора. Если имеет место маленькое пламя горелки, то может быть или низкое газовыделение в генераторе, или где-то происходит утечка газа. Если раствор помутнел, грязный, его нужно заменить. Также необходимо следить, чтобы прибор не перегревался, а вода не закипела. Для этого регулируют напряжение на источнике тока. И еще одно – пластины при нагревании немного деформируются и могут прилипать одна к одной. Чтобы это исключить, нужно сделать прокладки из резины. Могут также наблюдаться плевки водой – для устранения этого нужно уменьшить уровень воды.

Генератор в системе отопления

После того как проведены испытания можно подсоединять установку к газовому котлу дома. Для этого котел нужно немного переделать, а именно своими руками сделать жиклер с отверстием меньшего диаметра, чем у заводского, рассчитанного на природный газ. Генератор в собранном виде изображен на рисунке ниже.

Генератор водорода в собранном виде

В систему отопления частного дома обязательно должна быть залита вода. Пламя горелки может расплавить котел, если там не будет воды.

После этого регулируют подачу воды в устройство и начинают устранять пробки в системе отопления дома. Затем с помощью регулировки подачи воды и напряжения питания настраивают работу котла.

При эксплуатации установки в течение отопительного сезона проводят окончательное испытание, в ходе которого решаются несколько вопросов:

  1. Хватает ли газа для отопления дома. Если его недостаточно, то можно своими руками сделать установку большей производительности.
  2. Насколько хорошо работает котел на водороде, то есть насколько котел долго прослужит.
  3. Стоимость такого отопления – для этого можно завести журнал, в котором вести подсчеты расходов на отопление и температуры в доме и на улице во время работы котла. На основании этих данных потом можно сделать вывод, насколько выгодно отапливать дом водородом.

На основании этих данных можно к следующему отопительному сезону подготовиться более основательно. Во время эксплуатации можно увидеть, что нуждается в усовершенствовании, может какую-то часть устройства нужно переделать. Возможно, в переделке и модернизации нуждается сам котел, для того чтобы он не вышел быстро из строя. Также если в дальнейшем планируется пользоваться устройством, может, есть смысл приобрести дистиллятор для воды?

Видео про генератор

Как сделать водородный генератор своими руками без электричества, можно узнать из этого видео.

Главный вопрос, который интересует многих, – настолько дорого или дешево обходится такое отопление? Это можно узнать, если вести статистику во время отопительного сезона. Причем необходимо подбивать все затраты, такие как стоимость дистиллированной воды, стоимость щелочи, расходы на электричество, на ремонт котла и на изготовление установки. На основании этого можно принимать решение, подходит такой вид отопления для дома или нет.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Отопление дома газом Брауна (водородом)

Большинство людей ищут способы в альтернативной энергетике для обеспечения своей жизнедеятельности не по причине бедности, а с целью получить независимость или по крайней мере уменьшить энергетическую зависимость от традиционных систем энергообеспечения. Обогрев жилища беспокоит огромную часть населения Планеты, и одним из известных на сегодняшний день способов обогрева теплоносителя, есть генерация и сжигание кислородно-водородной смеси или газа Брауна.

Получение «чистой» и дешевой энергии для бытовых нужд – актуальный вопрос для тех, кто задумывается об экологии. Одна из таких инноваций — водородная установка для отопления дома. Водород – самый распространенный химический элемент, следовательно, его использование экономически оправдано. Последние разработки позволяют использовать для получения этого газа доступные материалы. То есть генератор водорода для отопления дома вполне возможно собрать своими силами. Как следует из названия – установка генерирует водород (или его модификацию – газ Брауна), который и служит источником получения энергии. Многие мастера уже демонстрируют вполне оконченные системы для обогрева помещений.

 

В применении этой технологии энергоснабжения в быту есть много скептиков, но несмотря на это уже многие люди нашли способ использовать у себя в быту газ Брауна для обогрева жилища и приготовления пищи вместо пропана, бутана или метана, т.е. вместо природного или сжиженного газа. Так же явно выделяется тот факт, что при горении газа Брауна от пламени не излучается тепло в разные стороны как от другого вида пламени и в тоже время присутствует в огромном количестве на острие факела - это так, но и в этом случае многие находят выход например, смешивают газ Брауна с природным или сжиженным газом в результате чего имеют значительную экономию.

 

Многие так же утверждают, что расходование электроэнергии на получение газа экономически не выгодно и проще установить электрокотел для нагрева теплоносителя и напрямую использовать электроэнергию, и тут они где то правы, но это только в том случае, если преобразовать переменный ток в постоянный и в таком виде использовать для генерации газа. А если использовать в качестве энергообеспечения импульсный источник постоянного тока (как например, импульсный сварочный аппарат) тогда мы получим значительную экономию в расходовании электроэнергии и очень большое количество газа при необходимости.

Есть еще одна "неприятность" в использовании газа Брауна. В этих установках сложно сделать автоматический поджиг газа, а так же обеспечить его угасание без характерного хлопка, но над этим многие разработчики этих систем работают и у многих есть свои решения разной сложности.

В любом случае очень многое зависит от конструкции Вашей установки, которую целесообразно изготовить самостоятельно. Кроме того, эту систему можно использовать в совокупности с другими альтернативными источниками генерации тепла например, с биомейлером нагревая воду компостом, с солнечным коллектором для нагрева воды, думаю что в совокупности эти установки могут дать горячую воду в избытке летом и в необходимом количестве зимой.

Водородное отопление имеет несколько важных достоинств, которые обусловливают развитие и привлекательность 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.
  • Компактность системы в целом. Отсутствие громоздких котлов, например как для твердого топлива, пеллетных котлов, жидкотопливных и др.
  • Водород в системе отопления функционирует с применением пламени.
  • Существуют разработки которые выделяют тепло 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.
  • Есть надежда что водородные генераторы смогут заменить традиционные системы, таким образом, освободив общество от добывания разного топлива – нефти, газа, угля и дров.
  • Такой генератор способен похвастать удивительно высоким коэффициентом полезного действия. Ни один из традиционных видов отопления не в силах предоставить подобные результаты.
  • Водородная горелка характеризуется абсолютной экологической безопасностью. При работе устройства выделяется только лишь пар — полностью безвредный как для окружающей среды, так и для организма жителей дома.
  • Горелки данного вида работают абсолютно бесшумно, что также нужно считаться весьма значимым обстоятельством.
  • Установка генераторов на водороде не требует сооружения и последующего использования дымоходов, а это очень удобно.

Подробно расписав преимущества, будет несправедливо утаить от читателя недостатки, которые тоже имеют место быть, если мы говорим об отоплении на водороде:

  • При обычной комнатной температуре водород обладает газообразной консистенцией. Кроме этого он считается достаточно взрывоопасным веществом, поэтому его транспортировка несет в себе определенные трудности.
  • Кроме того крайне нежелательно накапливать газ впрок, т.е. его надо вырабатывать ровно столько, сколько надо прямо сейчас и после потери надобности, прекращать генерацию. Это не сложно сделать, если решить задачу с автоподжигом и гашением пламени
  • Необходимость постоянного пополнения электролита водой, потому-что во всем процессе производства газа расходуется только вода.
  • Несмотря на то, что в западных странах использование водородных генераторов становится все более и более привычным, в нашей стране им слишком мало уделяется внимания, поэтому с покупкой и монтажом котлов могут возникнуть проблемы. Другими словами, все это надо будет выполнять самостоятельно, или под вашим личным руководством.

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:

  • Теплообменник.
  • Электролизер.
  • Камера сгорания.
  • Предохранительный блок - барботер, защищающий от «обратки» (с 2 ступенями).
  • Емкость с электролитом и вырабатываемым водородом. Она должна быть изготовлена из легированной или нержавеющей стали, а также снабжена регулируемым клапаном, с помощью которого можно, при достижении заранее установленного давления, выключать генератор и расходовать выработанный газ. Сбрасывать давление методом выпуска газа из генератора не рекомендуется.

Для работы водородного котла нужно организовать процесс передачи тепловой энергии от пламени горелки воде в трубах. Для этого можно использовать любой твердотопливный котел, но эффективнеее и выгоднее изготовить такой котел самостоятельно тем более, что у него не сложная конструкция. Можно предусмотреть для большей теплоотдачи и инерционности котла заполнение топки чугуном или гранитными камнями, они будут выполнять сразу несколько функций.

  • Равномерное распределение тепла от водородного котла отопления, изготовленного своими руками, теплоносителю;
  • Даже после прекращения горения смеси накопленная тепловая энергия еще некоторое время будет передаваться от гранита воде в трубах;
  • Защита теплообменника водородной установки, предназначены для отопления дома от прямого воздействия пламени. Это значительно увеличит срок службы.

Установив датчик пламени на горелке, можно повысить безопасность работы всей системы. В случае непредвиденного затухания датчик подаст сигнал генератору о прекращении производства газа и запора поступления смеси в горелку.

Все остальные элементы водородного отопления, установленные своими руками, ничем не отличаются от стандартной схемы. Единственное дополнительное требование к ним — возможность выполнять свои функции при повышенном температурном режиме работы. Так как по схеме водородного генератора для отопления максимальная температура пламени на кончике факела может достигать 3000 град — необходимо предусмотреть меры по стабилизации нагрева теплоносителя. Одной из них является вышеописанная загрузка камней в топку котла. Также рекомендуется сделать следующую модернизацию водородного котла отопления.

  • Установить датчики температуры внутри теплообменника. Они будут сигнализировать о превышении уровня нагрева воды;
  • В устройство водородной горелки добавить автоматическую запорную арматуру, подключенную к датчику температуры в котле.

Так как водородное отопление дома, а именно: схема, установка, котел, генератор, горелка и другие компоненты имеются в небольшом ассортименте – рекомендуется обращаться только к проверенным производителям. Благо всевозможных подробностей в сети Интернет предостаточно.

---------------

Читайте так же:

  1. Газ Брауна или сжигаем водород
  2. Газ Брауна: состав электролита
  3. Что делает газ Брауна уникальным?
  4. ВОДОРОД как вид бытового топлива.

Водородные генераторы - технические характеристики и изготовление своими руками

Науке известно всего одно абсолютно чистое топливо – это водород, которые используется в космической промышленности. В процессе горения водорода образуются соединения с кислородом, то есть вода. Запасы этого топлива неисчерпаемы, т. к. оно наравне с гелием является основным «стройматериалом» во Вселенной.

Сегодня мы расскажем про водородные генераторы, обретающие в последнее время все большую популярность благодаря доступной стоимости и экологичности.

Водородные генераторы своими руками

Содержание статьи:

Отличительные особенности водородного отопления

Данный тип отопления основывается на выработке огромного количества тепловой энергии в результате контакта молекул кислорода и водорода. Что характерно, единственным побочным продуктом в этом случае является дистиллированная вода. И чтобы реализовать этот принцип на практике, проводилось множество разработок по созданию водородного отопительного котла (речь идет о промышленных моделях).

Такие приборы отличались габаритностью и, следовательно, для установки требовалось много места. Да и КПД таких котлов был не самым высоким – порядка 80 процентов. Но с тех пор прибор много раз усовершенствовался и в результате мы получили котел для домашнего отопления, работающий по этому принципу. Для нормальной его работы необходимо соблюдать всего несколько важных условий.

Парогенератор — как сделать самостоятельно

Советуем посмотреть нашу инструкцию о том как своими силами сделать парогенератор для бани. Все подробности тут

  • Наличие постоянного электропитания. В основе генераторов лежит реакция электролиза, которая, как известно, без электричества невозможна.
  • Постоянное подключение к источнику воды. Зачастую для этого используется водопровод, хотя конкретный расход прибора зависит, конечно же, от его мощности.
  • Катализатор нуждается в регулярной замене. Частота этой замены зависит, как и предыдущий показатель, от мощности, а также от особенностей конкретной модели.

И если сравнивать водородное оборудование, к примеру, с газовым, то оно менее требовательное в плане безопасности. А все дело в том, что реакции образуются и проистекают исключительно внутри генератора. От человека же, как от пользователя, нужен лишь визуальный контроль над основными показателями.

Устройство водородного генератора

А теперь ознакомимся более детально с водородным вариантом обогрева дома. И суть его, как уже отмечалось, в том, чтобы вырабатывать Н2О, этот вариант вполне заслуживает, чтобы его считали альтернативой природному газу. Что характерно, среднестатистическая температура горения в данном случае может достигать 3-х тысяч градусов, поэтому потребуется использование специальной водородной горелки в отопительной системе. Объясняется это тем, что лишь такая горелка способна выдерживать столь значительный нагрев.

Есть несколько компонентов, из которых состоит отопление водородного типа, ознакомимся с ними.

  • Упомянутая выше горелка. Она необходима для одной простой цели – создавать открытое пламя.
  • Водородный генератор – он будет обрабатывать смесь посредством разложения воды на молекулярные составляющие. И для того чтобы оптимизировать химическую реакцию, можно использовать в ее процессе катализаторы.
  • Собственно, котел. Здесь он служит в роли своего рода теплообменника. Саму горелку устанавливают в топочную камеру, благодаря чему носитель тепла в системе и прогревается до требуемой температуры.

Обратите внимание! Тем, кто запланировали изготовить водородные генераторы, напоминаем, что для этого им придется усовершенствовать уже наличествующее оборудование по схеме, указанной ранее. Но зато такое самодельное оборудование более экономично, чем его «магазинные аналоги», купленные за большие деньги.

Сильные стороны водородного отопления

Положительные качества, которыми обладает отопление с помощью водорода, многочисленны. Именно этим и объясняется столь значительная популярность системы.

  • Отличный КПД, коим она характеризуется, может достигать 96 процентов.
  • Экологичность. Объясняется это тем, что единственным побочным продуктом, отходами, если можно так выразиться, является чистая вода, производимая в газообразном состоянии. А водяной пар, как известно, не оказывает негативного влияния на окружающую среду.
  • Для функционирования в системе водорода никакое пламя не требуется. Тепловая энергия появляется вследствие каталитических химических реакций. Соединяясь с воздухом, водород образуется воду, что сопровождается появлением большого количества энергии. Поток тепла (а его температура достигает 40 градусов) подается в теплообменник. Вполне очевидно, что это наиболее оптимальный вариант для системы «теплого пола».

Слабые стороны

Ознакомившись с достоинствами, приступаем к недостаткам водородного отопления.

  • Невзирая на то, что в более продвинутых странах такой способ отопления крайне популярен, в нашей стране ему пока что не уделяют нужного внимания. Именно поэтому приобретение и монтаж данного оборудования столь проблематичен и сопряжен с рядом трудностей.
  • Средняя комнатная температура приводит к тому, что водород приобретает газообразное состояние. Более того, это вещество взрывоопасно, в связи с чем транспортировать его, особенно на большие расстояния, очень сложно.
  • Баллоны, содержащие водород, должны сертифицироваться соответствующими специалистами, на обучение которых требуется достаточно много времени.

Вихревой теплогенератор

Советуем вам посмотреть одну из наших статей, о том из чего состоит вихревой теплогенератор и как сделать его самостоятельно Все подробности тут

Как установить водородный котел?

На данный момент многие предпочитают самостоятельно производить водородные генераторы для своих отопительных систем. И в этом нет ничего удивительного, ведь «магазинные» аналоги не только очень дорого стоят, но и обладают не слишком высоким КПД. А вот если этот прибор сделать своими руками, то эффективность его будет на порядок выше.

Существует несколько вариантов того, как собрать генератор, работающий на водороде. Но в любом случае для его изготовления в домашних условиях потребуются следующие расходные материалы.

  • 12-вольтный источник энергии.
  • Несколько трубок, выполненных из нержавеющей стали и имеющих различный диаметр.
  • Резервуар, в котором будет расположена конструкция.
  • ШИМ-регулятор. Важно, чтобы его мощность составляла как минимум 30 ампер.

Это основные комплектующие, из которых обычно состоят самодельные водородные генераторы. Кроме того, не забывайте о резервуаре под дистиллированную воду – его наличие также обязательно. Воду необходимо подавать в герметичную конструкцию с находящимся внутри диалектиком. В этой же конструкции будет располагаться комплект, сделанный из пластин «нержавейки», примыкающих одна к другой посредством изоляционного материала. Важно, чтобы 12-вольтное напряжение подавалось именно на эти пластины. Если все будет сделано правильно, то при подаче напряжения вода распадется на 2 газообразные элемента.

Обратите внимание! Более эффективной в этом плане является использование постоянного тока (он обязан иметь конкретную частоту), производимого генератором типа ШИМ. В таком случае импульсный ток (либо же переменный) будет заменен постоянным. В результате этого эффективность оборудования существенно повысится.

Какую воду использовать – дистиллированную или из-под крана?

Здесь ничего сложного нет. Водопроводная жидкость может использоваться, но лишь в том случае, если в ней нет примесей тяжелых металлов. Но чтобы оборудование работало более эффективно, лучше использовать все же дистиллированную воду, добавляя в нее небольшое количество гидроксида натрия. Соотношение в данном случае должно быть следующим: по столовой ложке гидроксида на каждые десять литров воды.

Какой именно металл следует использовать?

Этот вопрос спорный. Так, во многих – в том числе весьма авторитетных – источниках говорится, что для водородного отопления необходимо использовать лишь редкие металлы. В действительности это не совсем верно, так как вполне можно использовать и нержавеющую сталь, о чем мы уже говорили выше. Хотя в идеале это должна быть ферримагнитная сталь. Отличается она тем, что не притягивает к себе частички не нужного мусора. Также отметим, что при выборе металла ориентироваться лучше все же на «нержавейку», которая не подвержена процессу окисления.

Как видим, соорудить водородный котел не так сложно, как кажется. Необходимо лишь правильно подобрать расходные материалы и тщательным образом изучить схему отопительной системы такого типа. Установив все необходимое оборудование, произведите проверку, дабы убедиться в том, что оно действительно качественное и достаточно эффективное.

Видео – Изготовление водородного генератора

О законе сохранения энергии

Этот закон гласит, что все в мире взаимосвязано: если где-то убыло, то куда-то обязательно прибудет. И чтобы посредством электролиза можно было получить газ, определенное количество электрической энергии затратить все же придется. А энергия, как известно, получается преимущественно в результате создания тепла при сгорании иных типов топлива. И пусть даже мы возьмем чистую энергию, необходимую для генерирования электричества, и ту, что дает водород после сгорания, то потери будут двукратными (как минимум!) даже на самом современном оборудовании. Выходит, 1/2 средств просто выбрасывается на ветер. Более того, это лишь расходы, связанные с эксплуатацией, а стоимость оборудования, которое, как отмечалось, недешевое, не учитывается. Вспомним хотя бы водородные генераторы.

Если верить исследованиям, проведенным в Америке, то цена одного килограмма водорода (вернее, расходы на его создание) равна:

  • 6,5 доллара при использовании промышленной электрической сети;
  • 9 долларов при эксплуатации ветряных генераторов;
  • 20 долларов в случае применения солярных приборов;
  • 2,2 доллара при использовании твердого топлива;
  • 5,5 доллара, если вещество производится из биомассы;
  • 2,3 доллара, если речь идет об электролизе при высокой температуре, осуществляемом на атомной станции (самый дешевый способ, но самый далекий от обычного бытового применения).

Обратите внимание! Даже самый продвинутый генератор бытового типа будет значительно уступать по всем параметрам аналогичному промышленному прибору. Поэтому, ввиду описанных цен, говорить о том, что водород может составить серьезную конкуренцию природному газу, нельзя. То же относится и к электроэнергии, дизелю и даже тепловым насосам.

Перспективы энергетики с использованием водорода

А теперь попытаемся выяснить, действительно ли существуют шансы снизить себестоимость чистого водорода. Сразу оговоримся, что все шансы для этого есть. Прежде всего, сюда относится технология получения не дорогостоящей электроэнергии с применением возобновляемых ее источников. Кроме того, в процессе катализации могут использоваться более дешевые химические катализаторы. К слову, такие уже давно существуют и используются в водородных ячейках для топлива (речь идет об автомобилях). Хотя здесь, опять же, мы натолкнулись на их чересчур высокую стоимость.

Но технологии все время совершенствуются, наука не стоит на месте. В один прекрасный момент нефть все же закончится, а людям придется переходить на какой-то другой, альтернативный энергетический источник. Но на данный момент и, пожалуй, на ближайшие десятилетия можно говорить с уверенностью: энергетика с использованием водорода сама по себе пока что убыточна. К исключениям относятся лишь те случаи, когда водород является побочным продуктом каких-либо других процессов технического плана. Конечно, возможны и различные программы по поддержке и развитию водородной энергетики, но для этого требуется помощь крупных корпораций и, разумеется, государства.

В качестве заключения

Трудно сказать, какая энергетика станет в будущем основной – водородная, ядерный синтез, применение гравитации и проч. Но специалисты уверяют, что первые электролизные реакторы, способные составить конкуренцию современным атомным, появятся как минимум через двадцать-тридцать лет. Некоторые вообще скептически настроены по этому поводу. Но реальные профессионалы верят, что водородные генераторы станут вскоре предметом высоких технологий, а не самоделкой из подручных средств, которую мы описали выше. На этом все, теплых вам зим!

Проект отопления домов с использованием возобновляемого водорода получил зеленый свет

Идея проекта в Шотландии заключается в использовании водорода для приготовления пищи и отопления.

Фотограф, Basak Gurbuz Derman | Момент | Getty Images

Достаточно взглянуть на постоянно увеличивающееся количество технологий в наших домах, чтобы понять, что здания, в которых мы живем, меняются.

От телевизоров с голосовым управлением до духовок, которыми можно управлять с помощью мобильного телефона, эти комплекты представляют собой кардинальные изменения в бытовой технике, обусловленные инновациями.

По мере роста обеспокоенности по поводу окружающей среды и изменения климата, способы обогрева наших домов также могут оказаться на пороге серьезных изменений, поскольку водород потенциально играет важную роль в некоторых частях мира.

В Великобритании, например, премьер-министр Борис Джонсон в прошлом месяце обнародовал подробности плана из 10 пунктов так называемой «зеленой промышленной революции».

Этот план включает в себя цель развития города, «полностью отапливаемого водородом» к концу этого десятилетия.

В понедельник идея отопления домов водородом получила еще один удар. Ofgem, регулирующий орган Великобритании в области энергетики, объявил, что выделит до 18 миллионов фунтов стерлингов (24,12 миллиона долларов) на финансирование шотландской схемы, ориентированной на использование водорода для отопления домов.

Еще 6,9 миллиона фунтов стерлингов инвестиций в проект, известный как h200 Fife, поступят от правительства Шотландии.

В заявлении SGN, фирмы, ответственной за газовую сеть в Шотландии и на юге Англии, говорится, что начнутся работы по поставке того, что она описала как «100% водородная демонстрационная сеть… которая обеспечит безуглеродное отопление. и приготовление пищи примерно в 300 домах с конца 2022 года.«

Демонстрация, описанная SGN как« первая в мире », будет базироваться в Левенмуте, Файф, и будет использовать« зеленый водород », термин, который относится к водороду, произведенному с использованием возобновляемых источников.

Для h200 Fife В соответствии с инициативой, морской ветер будет использоваться для питания электролизной установки, которая, в свою очередь, будет производить водород.

В заявлении, опубликованном в понедельник, министр энергетики Шотландии Пол Уилхаус описал проект как «важный шаг к пониманию наших вариантов декарбонизации для нагревать.«Это, - добавил он, -« поставит специально созданную непрерывную водородную систему ».

Описанный Международным энергетическим агентством как« универсальный энергоноситель », водород имеет широкий спектр применений и может быть использован в различных секторах. например, промышленность и транспорт. Примеры его использования в последнем включают поезда, самолеты, автомобили и автобусы, работающие на водородных топливных элементах.

Вдали от Великобритании он рассматривается как решающий фактор в стремлении Европейского Союза к декарбонизации. ЕС изложил планы по установке 40 гигаватт возобновляемых водородных электролизеров и производству до 10 миллионов метрических тонн возобновляемого водорода к 2030 году.

В настоящее время, однако, роль зеленого водорода в общем энергобалансе невелика, по данным Wood Mackenzie, на ее долю в 2020 году будет приходиться всего 0,1% мирового производства водорода.

Производство водорода также является дорогостоящим, хотя в отчете Wood Mackenzie, опубликованном в августе, говорится, что к 2040 году затраты могут снизиться на 64%.

Производство водорода - Управление энергетической информации США (EIA)

Как производится водород?

Чтобы произвести водород, он должен быть отделен от других элементов в молекулах, в которых он находится.Есть много различных источников водорода и способов его производства для использования в качестве топлива. Двумя наиболее распространенными методами производства водорода являются паровой конверсии метана и электролиз (разделение воды на электричество. Исследователи изучают другие методы.

Процессы производства водорода

Источник: Министерство энергетики США, Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии, Производство водорода (общественное достояние)

Нажмите для увеличения

Паровой риформинг метана - широко используемый метод получения коммерческого водорода.

Паровой риформинг метана составляет почти весь коммерчески производимый водород в Соединенных Штатах.Коммерческие производители водорода и нефтеперерабатывающие заводы используют паровой риформинг метана для отделения атомов водорода от атомов углерода в метане (Ch5). При паровом риформинге метана высокотемпературный пар (от 1300 ° F до 1800 ° F) под давлением 3–25 бар (1 бар = 14,5 фунтов на квадратный дюйм) реагирует с метаном в присутствии катализатора с образованием водорода, окиси углерода. , и относительно небольшое количество диоксида углерода.

Природный газ является основным источником метана для производства водорода промышленными предприятиями и нефтеперерабатывающими заводами.Свалочный газ / биогаз, который можно назвать биометаном , является источником водорода для нескольких электростанций на топливных элементах в Соединенных Штатах. Биотопливо и нефтяное топливо также являются потенциальными источниками метана.

Электролиз использует электричество

Электролиз - это процесс отделения водорода от воды с помощью электрического тока. Электролиз обычно используется для демонстрации химических реакций и производства водорода на уроках естественных наук в средней школе. В крупном промышленном масштабе процесс может называться преобразование энергии в газ , где мощность, - электричество, а водород - газ, .Сам по себе электролиз не производит никаких побочных продуктов или выбросов, кроме водорода и кислорода. Электроэнергия для электролиза может поступать из возобновляемых источников, таких как гидроэнергия, солнечная энергия или энергия ветра. Если электричество для электролиза производится из ископаемого топлива (уголь, природный газ и нефть) или сжигания биомассы, то соответствующее воздействие на окружающую среду и выбросы углекислого газа косвенно связаны с электролизом.

Другие способы получения водорода

  • Использование микробов, которые используют свет для производства водорода
  • Преобразование биомассы в газ или жидкость и отделение водорода
  • Использование технологий солнечной энергии для отделения водорода от молекул воды

Категории водорода

Производители водорода, продавцы, государственные учреждения и другие организации могут классифицировать или определять водород в соответствии с источниками энергии для его производства.Например, водород, произведенный с использованием возобновляемых источников энергии, может называться возобновляемым водородом или зеленым водородом . Водород, полученный из угля, может называться коричневым водородом , а водород, полученный из природного газа или нефти, может называться серым водородом . Производство коричневого или серого водорода в сочетании с улавливанием и хранением / секвестрацией углерода может обозначаться как синий водород .

Последнее обновление: 7 января 2021 г.

Водород - ключевой фактор энергетического перехода

h3morrow Steel, Германия:

Один из крупнейших в Европе водородных проектов для будущего отрасли

Equinor, Open Grid Europe (OGE) и Thyssenkrupp Steel Europe (tkSE) работают над подходящей концепцией для производства и транспортировки голубого водорода на крупнейший немецкий металлургический завод в Дуйсбурге с 2019 года.

Водород из природного газа и комбинированного улавливания и хранения углерода, так называемый «голубой водород», будет ключевым в декарбонизации труднодоступных секторов, таких как цементная, сталелитейная и других видов тяжелой промышленности и транспорта. С потенциалом производства 800 000 Нм3 / ч (~ 2,7 ГВт) водорода проект h3morrow является одним из крупнейших проектов декарбонизации в Европе.

Проект h3morrow был начат еще в 2018 году в результате совместного исследования Equinor и Open Grid Europe (OGE), крупнейших операторов сетей передачи данных в Германии.Он подчеркнул высокий потенциал производства и транспортировки голубого водорода в промышленные кластеры Германии, такие как Северный Рейн-Вестфалия. Через год было проведено технико-экономическое обоснование с производителем стали Thyssenkrupp Steel Europe (tkSE) для разработки подходящей концепции поставки голубого водорода на крупнейший немецкий сталелитейный завод в Дуйсбурге. Оператор по транспортировке газа Thyssengas также присоединился к консорциуму в качестве ассоциированного члена, чтобы дополнить свой опыт в области планирования инфраструктуры в Рурской области.

Проект может быть запущен к 2027 году и будет поставлять голубой водород на крупнейший сталелитейный завод Германии, что позволит сократить выбросы CO2 до 11 миллионов тонн в год при ежегодном производстве до 7 миллионов тонн стали, не влияющей на климат.

В настоящее время проект и все партнеры сосредоточены вместе на разработке соответствующей политики и нормативно-правовой базы, чтобы довести ее до надежного экономического обоснования.

Синий водород можно производить в больших количествах сравнительно быстро, а это означает, что потребность в водороде, ожидаемая промышленностью, может быть быстро удовлетворена.

«h3morrow Steel» в настоящее время планирует транспортировать природный газ из Норвегии по существующей транспортной сети на завод автотермического риформинга (ATR) на немецком или голландском побережье Северного моря. Мощность станции должна составлять около 2,7 ГВт, из которых около 0,6 ГВт могут быть переданы третьим сторонам. Оставшиеся 2,1 ГВт используются для производства стали Thyssenkrupp Steel Europe и обеспечивают электроэнергией до 7 миллионов метрических тонн декарбонизированной стали в год.

Водородное отопление: правительство запускает план водородной экономики

Водородное отопление вполне может стать будущим многих домов в Великобритании, поскольку сегодня правительство сформулировало «ведущую в мире» водородную стратегию.Опираясь на план премьер-министра, состоящий из 10 пунктов Зеленой промышленной революции, министр по делам бизнеса и энергетики Кваси Квартенг поставил цель - к 2030 году произвести 5 ГВт низкоуглеродного водорода. миллионов домов в Великобритании ежегодно, по данным правительства. Дальнейший анализ, проведенный правительством, показывает, что к 2050 году 20-35% потребления энергии в Великобритании может приходиться на водород, включая водородное отопление для дома, а также тяжелые, энергоемкие отрасли, такие как нефтеперерабатывающие и химические заводы и судоходство.

Правительство основывает свою водородную стратегию на успехе своего раннего внедрения оффшорной ветроэнергетики в сочетании с сильными инвестициями частного сектора, и считает, что «водородная экономика» Великобритании к 2030 году может стоить до 900 миллионов фунтов стерлингов и обеспечить 9000, рост до 13 миллиардов фунтов стерлингов и 100 000 рабочих мест к 2050 году.

«Обладая потенциалом обеспечивать треть энергии в Великобритании в будущем, наша стратегия позиционирует Великобританию как первое место в глобальной гонке за внедрение водородных технологий и захват тысяч энергоносителей. рабочие места и частные инвестиции, связанные с этим », - говорит Квартенг.

Что включает в себя водородная стратегия правительства?

Первая водородная стратегия Великобритании уточняет некоторые детали, упомянутые в Плане зеленой промышленной революции Бориса Джонсона из 10 пунктов. Это включает в себя «двухколейный» подход к водородным технологиям. Это означает, что основное внимание будет уделяться производству водорода как с «зеленым» электролитическим, так и с «голубым» улавливанием углерода, а дальнейшие подробности будут представлены в 2022 году. гарантировать, что возможна процветающая водородная промышленность.План действий по развитию водородного сектора также намечен на начало 2022 года, чтобы определить, как правительство будет поддерживать развитие водородного сектора.

В рамках объявления правительство Великобритании также начало общественные консультации по бизнес-моделям для водородного сектора с аналогичными контрактами на разницу (CfD), используемыми в секторе морской ветроэнергетики, которые помогут быстро снизить стоимость водородного отопления, поскольку один потенциальный проспект. Правительство также проводит консультации по Фонду чистого нулевого водорода в размере 240 миллионов фунтов стерлингов, который будет использован для поддержки новых заводов по производству водорода по всей Великобритании.

Стратегия также предусматривает исследование безопасности и осуществимости добавления 20% водорода в существующую систему подачи газа, что может снизить выбросы на целых 7%.

Какова была реакция на объявление о водородной стратегии?

Хотя в целом приверженность правительства водороду как ключевому компоненту декарбонизации отопления в Великобритании была одобрена, есть несколько ключевых вопросов, которые поднимает стратегия.

Ян Розенов, специальный советник Департамента по стратегии бизнеса, энергетики и промышленности, поставил под сомнение цифру в 3 миллиона домов, работающих на водороде к 2030 году, в своем аккаунте в Твиттере, предположив, что реальная цифра будет намного ниже, около 70 000, и что водород играет ограниченную роль в краткосрочной перспективе.

Известие о возможном добавлении водорода в существующий газ - это то, что, по мнению многих, облегчит переход от котлов на природном газе к водородным и обеспечит сокращение выбросов в краткосрочной перспективе.

«Мы воодушевлены тем, что правительство также признает роль водородной смеси в энергосистеме в сокращении выбросов углерода без необходимости заменять домовладельцам бытовые приборы или бойлеры», - говорит Майк Фостер, генеральный директор Energy and Utilities Alliance (EUA). .«Очень важно, чтобы переход на водород не вызвал сбоев или больших затрат для потребителей. Смесь представляет собой способ значительно сократить выбросы без каких-либо изменений, что, в свою очередь, оставит время для того, чтобы заложить основу для плавного перехода на 100% водород в дальнейшем ».

Однако Ян Риппон, генеральный директор MCS, которая сертифицирует низкоуглеродные технологии, говорит, что водородная стратегия отвлекает от важной работы по модернизации существующих домов для обезуглероживания тепла, отвлекая столь необходимые средства.

(Изображение предоставлено Getty Images)

«Использование зеленого водорода для обогрева наших домов до пяти раз дороже, чем текущие цены на природный газ, и до семи раз менее эффективно, чем использование возобновляемой энергии для питания теплового насоса.

«Учитывая текущую нехватку вспомогательной инфраструктуры и объектов по улавливанию, использованию и хранению углерода, а также конечную стоимость для потребителей принятия стратегии на основе водорода, мы призываем правительство пересмотреть свое решение».

Почему разрабатывается водородное отопление?

В Великобритании правительство и эксперты по энергетике в Великобритании лучше всего оценивают, как отапливать существующие дома, снижая выбросы углерода от котлов, работающих на природном газе, и тепловые насосы и водородные котлы могут сыграть ключевую роль.

В настоящее время около 85% домов в Великобритании отапливаются с помощью загрязняющего природного газа, и эксперты считают, что водородная технология играет ключевую роль в достижении Великобритании нулевого уровня к 2050 году. Это связано с тем, что основной побочный продукт сжигания газообразного водорода это вода.

Хотя возобновляемые технологии, такие как воздушные тепловые насосы, работающие от электричества, будут иметь жизненно важное значение для обогрева наших домов, признано, что эта технология подходит не для всех домов.

Remeha, часть BDR Thermea Group в Нидерландах, говорит, что сложность каждого из двух вариантов низкоуглеродного отопления означает, что их сочетание будет наиболее вероятным способом эффективного обогрева наших домов.

Рик Брюинз, менеджер по развитию бизнеса в Remeha, сказал Homebuilding & Renovating, что небольшой тепловой насос будет эффективен для борьбы с внешними температурами до 0ºC, а затем, когда он начнет замерзать, водородный котел начнет нагревать дом.

Этот водородный котел, 100% BDR Thermea, в настоящее время проходит испытания для водородного отопления. (Изображение предоставлено: BDR Thermea Group)

«Установка теплового насоса с мощностью, достаточной для обогрева дома с температурой -10ºC, очень дорога, но водород тоже стоит дорого, поэтому сочетание этих двух факторов даст экономичное решение. , - сказал Брюинз.

Брюинз говорит, что сложность каждого варианта означает, что сочетание источников энергии является наиболее вероятным вариантом для отопления домов и зданий.

«Если бы мы перестали использовать природный газ и отапливали бы наши дома только электричеством, то мы столкнулись бы с огромной проблемой с нашей распределительной электросетью. С другой стороны, у нас есть газораспределительная сеть, поэтому использовать водород в качестве альтернативы природному газу совершенно логично.

«Однако сейчас мы используем от 8 до 9 миллиардов кубометров в год для обогрева наших домов природным газом, и переводить это на водород - это слишком много - вам потребуется в три раза больше водорода по сравнению с природным газом.Это невозможно. Таким образом, нам пришлось бы сократить использование газа до 70%, а 30% газа, которые мы будем использовать, и перейти на водород. Будущее - это переход к комбинации тепловых насосов и водородных котлов ».

Готовое решение

Одним из ключевых преимуществ перехода на водород с газа является то, что он практически не повредит домовладельцам.

Водородный котел Baxi Heating проходит несколько испытаний в Великобритании. (Изображение предоставлено Baxi)

Водородные котлы, подобные разработанным Baxi Heating и Worcester Bosch , могут работать как на 100% водороде, так и на природном газе.Это означает, что переход на газообразный водород в будущем будет легким для тех, у кого есть водородный бойлер, потому что он может преобразовываться в водород без необходимости в совершенно новой системе отопления.

Plus, водородные бойлеры , такие как газовый конденсационный котел Viessmann Vitodens 100-W, который может работать с водородной смесью до 20%, могут не только помочь домовладельцам снизить свои счета за электроэнергию и сократить выбросы углерода, но обеспечит плавный переход на водород в случае, если водород будет введен в газовую сеть Великобритании в ближайшем будущем.

Широко ожидается, что с 2025 года в новых домах в Великобритании не будут устанавливаться новые газовые котлы, что будет подтверждено в предстоящей Стратегии отопления и строительства, в то время как министры, как сообщается, рассматривают крайний срок для 2035 года для котлов, работающих на природном газе. установки в существующих домах.

Это может означать, что миллионам британских семей потребуется либо заменить свои котлы тепловыми насосами, либо установить водородные котлы, способные работать на водородном газе.

Но водородное отопление сталкивается с препятствиями

Одним из основных недостатков водородного отопления является то, что его производство может быть дорогостоящим, что может ограничить его доступность.Это связано с тем, что он основан либо на использовании возобновляемых источников энергии для разделения воды на водород и кислород (процесс, используемый для производства «зеленого водорода»), либо на использовании технологии улавливания углерода для предотвращения выбросов в результате разделения газа ископаемого топлива на «голубой водород».

( БОЛЬШЕ : Тепловые насосы вдвое дешевле водородных котлов )

Экологи, включая аналитический центр по климату E3G, WWF и Greenpeace, ранее призывали правительство игнорировать то, что они называют «шумихой» по поводу использования водорода в целях обеспечивать тепло, ссылаясь на дорогостоящие процессы создания зеленого водорода и выражая сомнения в экологичности технологии улавливания углерода, используемой для создания голубого водорода.

Однако в июле большая четверка производителей котельной промышленности подтвердила, что водородный котел будет стоить не больше, чем его эквивалент на природном газе. Baxi, Worcester Bosch, Vaillant и Ideal подтвердили, что будет введено новое ценовое обещание, которое может сэкономить домовладельцам 2,3 миллиарда фунтов стерлингов. По оценке

Boiler Guide , цены будут аналогичны ценам на котлы, работающие на природном газе - где-то от 400 до 3000 фунтов стерлингов без учета стоимости установки.

Какие испытания продолжаются?

Low Thornley, Gateshead

Первые дома в Великобритании, полностью работающие на водородном топливе, официально открыты для публичной демонстрации в июле.Два двухквартирных дома, расположенные на инновационной площадке компании Northern Gas Networks в Лоу-Торнли, Гейтсхед, полностью оснащены водородными котлами, разработанными Baxi Heating и Worcester Bosch.

Все приборы, включая варочные панели, плиты и камин, работают на водороде, и они будут чередоваться, чтобы разные производители могли продемонстрировать свои инновации и получить отзывы потребителей.

Дома теперь будут доступны для посещения школами, колледжами и университетами, чтобы повысить осведомленность об энергоэффективности в домах.

Northumberland

В ноябре 2020 года водородные котлы от Baxi Heating и Worcester Bosch были установлены в первых домах Великобритании, чтобы продемонстрировать эффективность технологии.

Инновационные прототипы будут испытаны на испытательном полигоне HyStreet в Нортумберленде, который состоит из специально построенных демонстрационных домов. Сейчас будет завершено более 200 испытаний для исследования и подтверждения безопасности и эффективности перевода домов и газовых сетей на водород.

Текущие испытания в Нортумберленде продемонстрируют, как существующие газовые сети могут быть перепрофилированы для безопасной транспортировки 100% водорода.

Прототип водородного котла Worcester Bosch. (Изображение предоставлено Worcester Bosch)

Файф, Шотландия

Оператор сети Fas SGN представил в начале этого года планы на H200, первую в мире бытовую водородную отопительную сеть. Первые дома в мире, использующие зеленый водород через местную газовую сеть, появятся в Файфе, Шотландия, к концу следующего года при условии получения разрешения на строительство.

Keele University

В прошлом году в ходе первого пилотного испытания HyDeploy 20% водорода было закачано и смешано с существующей частной газовой сетью Университета Кил, которая снабжает 30 факультетских зданий и 100 жилых домов.

Cumbria

Три специально построенных дома на базе RAF Spadeadam в Камбрии используются для тестирования домов, полностью содержащих водород.

Carlisle

H31 - это серия тестовых проектов, цель которых - доказать, что газовая сеть может быть преобразована в водород, которые проводятся на диком склоне холма на базе Королевских ВВС.

Тим Харвуд, который руководит пилотным проектом h31 недалеко от Карлайла, говорит, что газовая сеть может быть готова к переходу на водород в течение двух лет, но при этом призвал правительство сделать доступными большие водородные мощности.

Winlaton, Gateshead

В ходе отдельного испытания в Гейтсхеде 670 домов станут одними из первых в Великобритании, где будут испытаны природный газ, смешанный с водородом. Проект начнется в начале 2021 года и продлится около 10 месяцев.

Уэльс

A £ 4.В весеннем бюджете было объявлено о создании 8-метрового водородного узла в Уэльсе для пилотного производства водорода из возобновляемых источников энергии.

Газовые турбины, работающие на водороде | GE Газ Пауэр

Узнайте больше о потенциальной экономии водорода

С ростом глобального интереса к использованию водорода в качестве топлива с нулевым выбросом углерода, остается много вопросов, связанных с реальными цифрами, касающимися его применения. Что вам понадобится с точки зрения инфраструктуры? Как это повлияет на ваши выбросы CO 2 ? Мы облегчили вам задачу.Калькулятор выбросов водорода и CO 2 компании GE поможет вам:

  • Понимание расхода топлива, необходимого для работы газовой турбины на водороде

  • Откройте для себя инфраструктуру водоснабжения и электроснабжения, необходимую для производства водорода

  • Оцените потенциальную экономию, которую вы могли бы реализовать

Хотите начать? Дайте нам немного информации, чтобы увидеть больше информации о вашем потенциальном водородном проекте.

Информация, представленная на этом веб-сайте и в калькуляторе или через них, доступна исключительно для общих информационных целей. GE не гарантирует (i) точность, полноту или адекватность каких-либо результатов, выводов или информации, представленных на этом веб-сайте или калькуляторе, (ii) что какие-либо конкретные результаты работы или производительности будут получены на основе любой информации, предоставленной этим веб-сайтом или калькулятором. , или (iii) что любая желаемая цель будет достигнута с помощью этого веб-сайта или калькулятора.Вы полагаетесь на такую ​​информацию исключительно на свой страх и риск. GE снимает с себя всякую ответственность и ответственность, возникающую из-за любой зависимости от результатов, выводов или информации, предоставленных этим веб-сайтом или калькулятором вами или кем-либо, кто может быть проинформирован о любом его содержании. Расчеты основаны на данных о производительности по каталогу GE 2019.

Производство и использование водорода - Всемирная ядерная ассоциация

(обновлено в августе 2021 г.)

  • Водород все чаще рассматривается как ключевой компонент будущих энергетических систем, если он может производиться без выбросов углекислого газа.
  • Его начинают использовать в качестве транспортного топлива, несмотря на необходимость герметизации под высоким давлением.
  • Использование водорода в производстве жидкого транспортного топлива из сырой нефти быстро увеличивается и имеет жизненно важное значение там, где нефтеносные пески являются источником нефти.
  • Водород можно объединить с диоксидом углерода для получения метанола или диметилового эфира (ДМЭ), которые являются важным транспортным топливом.
  • Водород также найдет применение в будущем в качестве замены кокса в промышленном масштабе в сталеплавильном производстве и других металлургических процессах.
  • Ядерная энергия может быть использована для электролитического получения водорода, а в будущем высокотемпературные реакторы, вероятно, будут использоваться для его термохимического производства.
  • Сегодняшний спрос на энергию для производства водорода может превысить спрос на производство электроэнергии.

Водород не находится в свободной форме (H 2 ), но его необходимо высвобождать из таких молекул, как вода или метан. Следовательно, он не является источником энергии и должен производиться с использованием энергии.Это уже значительный химический продукт: около половины годового производства чистого водорода используется для производства азотных удобрений с помощью процесса Габера, а около четверти - для преобразования низкосортной сырой нефти (особенно из битуминозных песков) в жидкое транспортное топливо. Имеется большой опыт работы с водородом в крупных масштабах, хотя это не так просто, как с природным газом.

Большая часть водорода сегодня производится путем парового риформинга природного газа или газификации угля, оба с выбросами диоксида углерода (CO 2 ).В будущем спрос будет в основном на безуглеродный водород. Планы по увеличению производства водорода в основном основаны на электролизе с использованием электроэнергии из периодически возобновляемых источников. Также может использоваться внепиковая мощность обычных ядерных реакторов или других электростанций. В будущем основной возможностью для производства водорода с нулевым содержанием углерода является разложение воды путем прямого использования тепла ядерной энергии с использованием термохимического процесса, обеспечиваемого высокотемпературными реакторами.

Быстро растущий спрос на водород со стороны нефтеперерабатывающих и химических заводов способствует развитию технологий с низкими затратами.Ограниченные сети водородных трубопроводов уже существуют, что позволяет производственным предприятиям находиться на некотором удалении от пользователей.

По данным Международного энергетического агентства (МЭА) 1 , в 2018 году потребность в чистом водороде составляла около 74 миллионов тонн (Мт), из которых 38,2 Мт было использовано в нефтепереработке и 31,5 Мт в производстве аммиака. Потребность в водороде, смешанном с другими газами, такими как оксид углерода, составила еще 42 млн тонн. Из них 12 млн тонн было использовано на производство метанола и 4 млн тонн на производство железа прямого восстановления (DRI).

Как и электричество, водород является энергоносителем (но не первичным источником энергии). Водород может заменить нефть в качестве транспортного топлива и в других областях применения. Это предпочтительное топливо для электромобилей на топливных элементах (FCEV), хотя переносное хранение в масштабе транспортного средства является проблемой. Водород также можно использовать в двигателях внутреннего сгорания.

Хотя водород может заменить жидкие углеводороды, он никогда не бывает таким энергоемким и удобным для хранения и транспортировки. Тем не менее, он хорошо сочетается с батареями, поэтому он и жидкое топливо на основе водорода имеют большой потенциал.

Электричество и водород могут преобразовываться друг в друга как носители энергии. Однако общий КПД электричества, водорода, топливных элементов и электричества составляет не более 40%. Один из подходов к снижению непостоянства ветрового и солнечного электричества состоит в том, чтобы производить водород путем электролиза и подавать его в газовую сеть, стратегия преобразования энергии в газ. Было высказано предположение, что таким образом можно использовать большую часть электроэнергии от ветра, что значительно упростит управление электросетью.

В будущем часть водорода, производимого для топлива, может быть преобразована в аммиак в качестве более энергоемкого носителя в объемном выражении для торговли или долгосрочного хранения энергии.Массовая плотность энергии водорода составляет 120 или 142 МДж / кг *, по сравнению с метаном 50 МДж / кг, пропаном 46 МДж / кг и аммиаком 19 МДж / кг. Объемная плотность энергии водорода невысока - 10,8 или 12,75 МДж / Нм 3 (или в жидком виде: 8,5 или 10,0 МДж / л) **. Аммиак является основным производным водорода, рассматриваемым при транспортировке.

* Нижняя (полезная теплота сгорания) и более высокая (общая теплота сгорания) теплота сгорания соответственно. Таким образом, 33,3 или 39,4 кВтч / кг. Более высокая теплотворная способность включает скрытую теплоту испаренной воды, более низкая теплотворная способность (или низшая теплотворная способность) ее исключает.
** Нм 3 = нормальный кубический метр (температура 0 ° C и давление 1,01325 бар (, т. Е. 1 атмосфера).

Все это указывает на тот факт, что, хотя уже существует растущая водородная экономика, связанная с мировой химической и нефтеперерабатывающей промышленностью и, возможно, с сталелитейным производством, в обозримом будущем появится гораздо более крупная экономика. При новом использовании водорода в качестве топлива потребность в первичной энергии для его производства может превысить потребность в электроэнергии.

Ожидается, что к 2050 году наибольший спрос на водород как в ЕС, так и в Южной Корее будет составлять транспорт, что отражает перевод парка тяжелых и легковых автомобилей с дизельного топлива на водородные FCEV.Ожидается, что отопление зданий станет следующим по величине спросом, заменив природный газ. Железные дороги могут заменить дизельное топливо водородом.

Если водород используется в судоходстве или авиации, то заправка должна быть доступна во всем мире, поэтому амбициозные планы Европы потребуют гораздо более широкого распространения.

В отчете LucidCatalyst за сентябрь 2020 года говорится, что в дополнение к развертыванию возобновляемых источников энергии для производства электроэнергии: «Единственный известный способ решить проблемы секторов экономики, которые« трудно декарбонизировать », - это широкомасштабное использование водорода в качестве экологически чистого энергоносителя. и как сырье для синтетического топлива, такого как аммиак.«Но чистый водород должен поступать из неископаемых источников по более низкой цене - менее 1 доллара за килограмм - чем это ожидается сегодня.

Обильные поставки недорогого водорода значительно повысили бы производительность сельского хозяйства в мире за счет увеличения доступности азотных удобрений, а также заправки транспорта.

Роль ядерной энергетики

Ядерная энергия уже производит электроэнергию в качестве основного энергоносителя с хорошо известными применениями. Ядерная энергия, работающая с очень высокими коэффициентами мощности, имеет хорошие возможности для производства водорода с нулевым содержанием углерода в качестве нового энергоносителя с широким спектром применений.Видно, что роль ядерной энергии в производстве водорода за два десятилетия составит:

  • Холодный электролиз воды с использованием непиковой мощности (потребность 50-55 кВтч / кг).
  • Низкотемпературный паровой электролиз с использованием тепла и электроэнергии ядерных реакторов.
  • Высокотемпературный паровой электролиз с использованием тепла и электроэнергии ядерных реакторов.
  • Высокотемпературное термохимическое производство с использованием ядерного тепла.

Кроме того, ядерное тепло может помочь процессу, который сегодня обеспечивает большую часть мирового водорода:

  • Использование ядерного тепла для парового риформинга природного газа (метана).

Для парового риформинга метана (SMR) требуется температура выше 700 ° C для объединения метана и пара с образованием водорода и окиси углерода. Ядерный источник тепла снизил бы потребление природного газа примерно на 30% (, т.е. та часть сырья, которая использовалась бы просто для тепла) и исключит выбросы CO 2 дымовых газов.

Начиная с электролиза, эффективность всего процесса (первичное тепло в водород) увеличивается примерно с 25% с современными реакторами, управляющими электролизом (33% для реактора x 75% для электролизера), до 36% с более эффективными реакторами до 45 % для высокотемпературного электролиза пара, примерно до 50% или более при прямом термохимическом производстве.

Электролиз при температуре окружающей среды проводится в четырех американских проектах на атомных электростанциях и запланирован на Кольский завод в России с 2023 года.

Низкотемпературный паровой электролиз повышает эффективность электролиза при температуре окружающей среды и позволяет использовать отходящее тепло обычного реактора с температурой до 200 ° C. В октябре 2020 года Министерство энергетики США выбрало два проекта по продвижению гибкой эксплуатации легководных реакторов с интегрированными системами производства водорода для получения совместного финансирования.Два других проекта уже реализуются.

Высокотемпературный паровой электролиз (HTSE, 550-750 ° C или более) в твердом оксидном электролизе (SOEC) с использованием как тепла, так и электричества был продемонстрирован и имеет большие перспективы. Это обратная реакция технологии твердооксидных топливных элементов. Он требует примерно на треть меньше энергии, чем низкотемпературный электролиз, но еще не получил промышленного производства из-за плохой долговечности керамических компонентов в среде горячего водорода.Американские исследования проводятся в Национальной лаборатории Айдахо совместно с Ceramatec и FuelCell Energy в рамках проекта стоимостью 12,5 миллионов долларов, частично финансируемого Министерством энергетики США (DOE). LucidCatalyst показывает, что он производит водород за две трети стоимости низкотемпературного электролиза по целому ряду факторов производительности. Один из четырех проектов Министерства энергетики США, упомянутых выше, будет посвящен твердооксидному электролизеру при высокой температуре. Национальная лаборатория Айдахо будет сотрудничать с Xcel Energy, чтобы продемонстрировать технологию HTSE, использующую тепло и электричество от одной из атомных станций Xcel Energy.

Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) разработало Программу экономической оценки водорода (HEEP) для оценки экономики крупномасштабного производства водорода с использованием ядерной энергии.

Ядерные гибридные энергетические системы для производства водорода

Щелочной электролиз Электролизный ПЭМ Электролиз твердых оксидов Паровой риформинг метана Термохимический S-I
Технологическая готовность 9 6-8 5 9 4
Температура (° C) 60 60 800 870 910
Давление (атм) 1 1 1.57 4,1 3,85
КПД (HHV,%) 30 27 36 79 25
Электроэнергия (МДж) 180 200 146 1,4 75
Тепло (МДж) 26 26 30 0 375
Вода (кг) 11.5 11,5 83 10,3 9
Природный газ (кг) 0 0 0 2,9 0
CO 2 из 0 0 0 5-11 0
Себестоимость 5 долларов США.92 3,56–5,46 долл. США 2,24–3,73 долл. США 1,54–2,30 долл. США 2,18–5,65 $

Эффективность предполагает преобразование 40% тепла в электричество
Источник: Pinksy et al. 2020, Таблица 4

Водород непосредственно из ядерного тепла

Несколько прямых термохимических процессов разрабатываются для получения водорода из воды. Для экономичного производства необходимы высокие температуры, обеспечивающие высокую производительность и высокую эффективность преобразования.По сути, они не используют электричество.

В каждом из ведущих термохимических процессов при высокотемпературном (800-1000 ° C) эндотермическом (поглощении тепла) разложении серной кислоты при низком давлении образуется кислород и диоксид серы:

2H 2 SO 4 ⇒ 2H 2 O + 2SO 2 + O 2

Есть несколько возможностей. В процессе йод-сера (I-S), изобретенном General Atomics в 1970-х годах, йод соединяется с диоксидом серы и водой с образованием йодистого водорода.Это реакция Бунзена, экзотермическая, протекающая при низкой температуре (120 ° C):

I 2 + SO 2 + 2H 2 O ⇌ 2HI + H 2 SO 4

HI затем диссоциирует на водород и йод при температуре около 350-450 ° C, эндотермически:

2HI H 2 + I 2

Может доставлять водород под высоким давлением.

В сумме получается чистая реакция:

2H 2 O ⇒ 2H 2 + O 2

Все реагенты, кроме воды, рециркулируются, сточных вод нет, поэтому его можно назвать серно-йодным циклом с нулевым содержанием углерода в водороде и побочных продуктах кислорода.

В феврале 2010 года Японское агентство по атомной энергии (JAEA) создало в Оараи Центр исследований водорода и тепла для HTGR с целью усовершенствования производственных технологий для установки I-S по термохимическому производству водорода. Он продемонстрировал лабораторное и стендовое производство водорода с технологией I-S со скоростью до 30 литров / час. Параллельно с разработкой высокотемпературного инженерного испытательного реактора (HTTR) JAEA в рамках проекта экспериментальной установки по производству водорода на 30 м 3 / ч из гелия, нагретого до 400 кВт, была проверена техническая осуществимость процесса I-S.Завод I-S, производящий 1000 м 3 3 / ч (90 кг / ч, 2 т / день) водорода, должен был быть подключен к HTTR, чтобы подтвердить производительность интегрированной производственной системы, предусмотренной на 2020-е годы. В 2014 году было продемонстрировано производство водорода до 20 л / ч. В январе 2019 года он использовал HTTR для производства водорода с использованием процесса йод-сера в течение более 150 часов непрерывной работы. JAEA стремится производить водород по цене менее 3 долларов за кг примерно к 2030 году с помощью очень высокотемпературных реакторов.

Инициатива США по исследованиям в области ядерной энергии (NERI), начатая в 1999 году, была переориентирована в 2004 году на Инициативу по ядерному водороду (NHI), связанную с программой атомных станций нового поколения (NGNP), учрежденной в 2005 году.NGNP предусматривал строительство и эксплуатацию прототипа высокотемпературного газоохлаждаемого реактора (HTR) и связанных с ним объектов по производству электроэнергии или водорода к 2021 году, но финансирование было сокращено при администрации Обамы, а предварительное лицензирование деятельности было приостановлено в 2013 году.

В соответствии с международным соглашением NERI, Sandia National Laboratories в США и французский CEA с General Atomics в США также разрабатывали процесс I-S с целью использования для него высокотемпературных реакторов.Они построили и эксплуатировали лабораторный контур для термохимического расщепления воды.

Южная Корея также продемонстрировала термохимическое расщепление воды в лабораторных условиях при поддержке General Atomics. В декабре 2008 года Комиссия по атомной энергии Кореи официально утвердила разработку атомного водорода в качестве национальной программы с разработкой ключевых и базовых технологий до 2017 года и целью демонстрации производства ядерного водорода с использованием процесса IS и очень высокотемпературного реактора (VHTR). ) к 2026 году.

Экономика производства водорода зависит от эффективности используемого метода. Ожидается, что цикл I-S, соединенный с модульным высокотемпературным реактором, будет производить водород по цене около 2,00 долл. США / кг. Побочный продукт кислорода также имеет ценность. General Atomics ранее прогнозировала 1,53 доллара за кг на основе HTR мощностью 2400 МВт, работающей при температуре 850 ° C с общим КПД 42%, и 1,42 доллара за кг при 950 ° C и эффективности 52% (обе ставки дисконтирования 10,5%). Такая установка могла производить 800 тонн водорода в сутки.

Требования производственного реактора к технологическому теплу

Для термохимического производства водорода требуется высокая температура - 750-1000 ° C, а при 1000 ° C эффективность преобразования в три раза выше, чем при 750 ° C.По соображениям безопасности химический завод необходимо изолировать от ближайшего реактора, возможно, используя промежуточный контур с гелием или расплавом фторидной соли.

Были определены три потенциально подходящие концепции ядерных реакторов, но только первая из них достаточно хорошо разработана для дальнейшего развития:

  • Высокотемпературный реактор с газовым охлаждением (HTR), с галечным слоем или с гексагональным топливным блоком. Модули мощностью до 600 МВт будут работать при температуре 950 ° C.
  • Усовершенствованный высокотемпературный реактор (AHTR), модульный реактор, использующий топливо с графитовой матрицей с частицами с покрытием и с расплавом фторидной соли в качестве теплоносителя первого контура.Он похож на HTR, но работает при низком давлении (менее 1 атмосферы) и более высокой температуре и обеспечивает лучшую теплопередачу. Предусмотрены мощности 1000 МВт / 2000 МВт.
  • Реактор на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем, хотя они работают при более низких температурах, чем HTR, наиболее развитым является российский реактор БРЕСТ, который работает при температуре всего 540 ° C и сейчас находится в стадии строительства. Американский проект - STAR-h3, который будет обеспечивать 780 ° C для производства водорода и более низкие температуры для опреснения.

Более подробно они описаны на информационной странице «Малые атомные энергетические реакторы» (с характеристиками теплоносителя) и на странице «Усовершенствованные ядерные энергетические реакторы».

При температурах выше 750 ºC расплавленные фторидные соли являются предпочтительной межфазной жидкостью между ядерным источником тепла и химическим заводом. В алюминиевой промышленности накоплен значительный опыт безопасного обращения с ними. Горячая расплавленная соль также может использоваться с вторичным гелиевым теплоносителем, генерирующим энергию по циклу Брайтона, с тепловым КПД от 48% при 750 ° C до 59% при 1000 ° C.Остаются серьезные проблемы в достижении устойчивых температур для промышленного производства водорода на установке, построенной для этих химических и термических условий.

Национальные и региональные планы и прогнозы по водороду

Спрос на чистый водород в 2019 году составил 39 млн тонн на нефтепереработку и 32 млн тонн на производство аммиака (80% от этого объема за счет удобрений). При производстве метанола 14 млн тонн из 45 млн тонн водорода в синтез-газе использовалось для химического производства или восстановления железа. Общее потребление водорода в 2020 году составило около 115 Мт.

В отчете Международного энергетического агентства «Чистый ноль к 2050 году», опубликованном в мае 2021 года, прогнозируется, что годовой спрос на водород составит чуть более 200 миллионов тонн в 2030 году и 530 Мт в 2050 году. Доля низкоуглеродных углеводородов возрастет до 70% в 2030 году и примерно 90% в 2050 году как за счет электролизеров, так и за счет газа с CCS. На транспорте водород обеспечивает одну треть топлива для грузовиков и 60% этого топлива в той или иной форме для судоходства.

В апрельском 2021 году отчете лондонского аналитического центра Energy Transitions Commission «Создание водородной экономики» излагается роль чистого водорода в достижении высокоэлектрифицированной нулевой экономики.В нем намечено увеличение потребления чистого водорода до 50 миллионов тонн к 2030 году и прогнозируется ежегодное потребление чистого водорода от 500 до 800 миллионов тонн к 2050 году. Около 85% этого объема, вероятно, будет зеленым водородом. Таким образом, на водород и полученное из него топливо будет приходиться около 17% от общего конечного спроса на энергию (68% приходится на электричество). Основное увеличение спроса будет со стороны тех секторов, которые сложно или дорого электрифицировать напрямую, таких как производство стали и транспортировка.

Весь этот водород должен быть безуглеродным путем электролиза с расходом до 30 000 ТВт-ч в год (сверх 90 000 ТВт-ч в год для прямой электрификации).В отчете говорится, что 50 ГВт электролизных мощностей во всем мире позволят стоить 2 доллара за кг зеленого водорода в «средних» местах.

«Перспективы энергетических технологий на 2020 год» Международного энергетического агентства (МЭА) в своем сценарии устойчивого развития прогнозирует быстрый рост мирового производства водорода примерно до 445 Мт для использования энергии плюс 75 Мт для технологического использования к 2070 году. 520 Мт водорода будут производиться на 58% путем электролиза. и 40% от ископаемого топлива с улавливанием и хранением углерода (CCS).60% потребности в энергии приходится на транспорт, 60% - на химическую промышленность и 40% - на производство стали.

Мировая годовая потребность в чистом водороде

«Зеленый водород» производится за счет электроэнергии из возобновляемых источников энергии.
«Серый водород» - это водород, произведенный из метана с соответствующими выбросами CO 2 .
«Коричневый водород» производится из газифицированного угля с выбросами CO 2 .
«Синий водород» - это серый или коричневый водород, но с улавливанием и хранением углерода (обычно с эффективностью 50-70%).
«Желтый водород» или «Розовый водород» использует ядерное электричество для электролиза.
«Бирюзовый водород» получают путем пиролиза расплавленного металла метана с твердым углеродным побочным продуктом.

Только зеленый и желтый водород надежно не содержат углерода. У будущего термохимического производства ядерной энергетики пока нет названия.Зеленый водород может быть получен из избыточной подачи в сети или с выделенной мощностью подачи, обеспечивающей более экономичное использование емкости электролизера (хотя она никогда не может быть больше, чем коэффициент емкости источника). Желтый водород, вероятно, будет работать через электросеть.

Стратегия Великобритании в отношении производства водорода не будет синей или зеленой, а будет просто рассматривать углеродоемкость как главный фактор в развитии рынка, стремясь быть низкоуглеродным, согласно стратегии Министерства бизнеса, энергетики и промышленности.

В отчете за апрель 2021 года (Les Mode de production de l'hydrogène), опубликованном Французским парламентским бюро по научной и технологической оценке (OPECST), говорится, что только атомная и гидроэнергетика может реально производить низкоуглеродный водород, поскольку стоимость зеленого водорода из возобновляемые источники энергии были бы в четыре раза больше. При высоких капитальных затратах «электролизеры должны быть рентабельными за счет увеличения продолжительности их использования (минимальный порог 5000 часов в год и оптимальный порог до 8000 часов в год), чего не позволяет прерывание возобновляемых источников энергии (2000 г.). -4000 ч / год).В этом отношении только атомная энергетика и гидроэлектроэнергия представляют двойное преимущество, заключающееся в том, что они управляемы и свободны от углерода », - говорится в отчете. Во всем мире 70 миллионов тонн водорода в год могут быть обеспечены за счет ядерной мощности в 400 ГВт (эл.).

База данных водородных проектов по всему миру предоставлена ​​Международным энергетическим агентством.

В Европе министры энергетики ЕС подписали Водородную инициативу, не имеющую обязательной силы политическую декларацию в поддержку развития водорода в сентябре 2018 года.ЕС запустил масштабную программу «зеленого водорода», основанную на избыточной энергии из периодически возобновляемых источников энергии для декарбонизации промышленности и авиации и развития экспортных возможностей. Зеленый водород считается ключом к достижению нулевых чистых выбросов, но пока что затраты высоки из-за дорогостоящего оборудования и количества необходимой электроэнергии.

Водородная стратегия ЕС для ЕС, опубликованная в июле 2020 года, предусматривает установку как минимум 6 ГВт электролизеров, работающих на возобновляемых источниках энергии, к 2024 году (по сравнению с 1 ГВт в 2020 году), производящих до одного миллиона тонн зеленого водорода в год за счет 2024 г.С 2025 года государства-члены ЕС должны рассматривать водород как неотъемлемую часть своей энергетической системы, «имея стратегическую цель установить к 2030 году не менее 40 ГВт возобновляемых водородных электролизеров и производить до десяти миллионов тонн возобновляемого водорода в ЕС. ” Использование водорода будет распространено на транспорт и сталеплавильное производство. С 2030 по 2050 годы «технологии возобновляемого водорода должны достичь зрелости и широко применяться». ЕС ожидает, что «совокупные инвестиции в возобновляемый водород в Европе [составят] до 180-470 миллиардов евро к 2050 году и в диапазоне от 3 до 18 миллиардов евро для низкоуглеродного водорода на основе ископаемого топлива» ( i.е. с CCS).

В июне 2020 года торговая организация Hydrogen Europe сообщила, что спрос на водород в ЕС к 2030 году составит около 16,9 млн тонн, из которых 7,4 млн тонн будет зеленым водородом, произведенным из возобновляемых источников энергии, некоторые из которых будут импортированы из Украины и Северной Африки. Чистый водород от электролиза с использованием другой низкоуглеродной электроэнергии, такой как ядерная, и природного газа с CCS, даст 8,2 млн тонн, а 1,3 млн тонн будут получены от газификации угля с помощью CCS. Согласно отчету, к 2030 году будет произведено 20 млн тонн зеленой стали с использованием 1 млн тонн водорода.Другие виды использования будут смешивание с природным газом, выработка электроэнергии и транспортное топливо.

Оператор энергосистемы ЕС Energas и еще десять предлагают к 2040 году построить европейскую водородную магистраль протяженностью 22 900 км. Между тем около 20% водорода будет добавлено в сети природного газа.

Hydrogen Europe отмечает, что планы ЕС будут иметь значительные производственные последствия, включая расширение производства электролизеров с 1 ГВт / год до 25 ГВт / год, увеличение производства топливных элементов до 10-100 ГВт / год, а также увеличение количества вспомогательного оборудования.

Национальная стратегия Германии по водороду , утвержденная в июне 2020 года, предлагает около 7 миллиардов евро, чтобы довести мощность электролизера до 5 ГВт к 2030 году для 14 ТВтч зеленого водорода, требующего 20 ТВтч возобновляемой электроэнергии. Стратегия также предоставила 2 миллиарда евро для проектов за рубежом, поскольку потребуется импорт водорода - только небольшая часть предполагаемого спроса на 2030 год будет производиться внутри страны. Хотя цель состоит в том, чтобы использовать зеленый водород, важную роль будут играть как синий, так и бирюзовый водород.

Франция предоставляет 7 миллиардов евро на зеленый водород из электролизеров мощностью 6,5 ГВт к 2030 году, из которых 2 миллиарда евро в течение двух лет до 2022 года в поддержку своей водородной стратегии 2018 года. Около 40% этой суммы будет профинансировано за счет программы ЕС по восстановлению коронавируса стоимостью 750 миллиардов евро.

Правительство Испании утвердило дорожную карту по водороду на 2030 год, нацеленную на установку 4 ГВт электролизных мощностей, экологические квоты на водород для промышленных потребителей и использование водорода на транспорте, среди других мер, согласованных с водородной стратегией ЕС.Сейчас Испания производит и использует 0,5 миллиона тонн водорода в год.

Водородная стратегия Нидерландов нацелена на производство электролизеров мощностью 500 МВт к 2025 году и 3-4 ГВт к 2030 году. Зеленый и синий водород, подаваемый в газовую сеть, на начальном этапе составляет 2%, а в конечном итоге - 10–20%. Согласно нескольким сценариям, расчетная потребность в водороде в 2050 году составит от 250 до 430 ПДж (от 70 до 120 ТВт-ч) в год.

UK нацелен на производство 5 ГВт низкоуглеродного водорода к 2030 году, в основном голубого водорода, для производства одной пятой от целевого показателя 2050 года.В феврале 2021 года Ассоциация ядерной промышленности Великобритании опубликовала «Дорожную карту водорода», показывающую, как страна может достичь 225 ТВтч (6,8 или 5,7 миллиона тонн) низкоуглеродного водорода к 2050 году. Она предлагает 12-13 ГВт ядерных реакторов всех типов с использованием высоких энергий. -температурный паровой электролиз и термохимическое расщепление воды для производства 75 ТВт-ч (2,3 или 1,9 Мт) водорода к середине века.

В Италия газотранспортная компания Snam в партнерстве с ITM установит к 2025 году электролизеры мощностью 100 МВт для зеленого водорода.

Китай не ставил таких агрессивных целей по экологически чистому водороду, как Европа, но в 2020 году политика и цели, связанные с водородом, заметно увеличились. Китайский водородный альянс, состоящий из компаний, университетов и исследовательских институтов, предсказал в 2019 году, что к середине века большая часть производства водорода перейдет с ископаемого топлива на возобновляемые источники энергии. Большая часть производства водорода в Китае, составляющая 22 миллиона тонн в год (одна треть мирового объема чистого водорода), производится из угля и только 3% - из возобновляемых источников энергии.По данным Cleantech Group, в компании работает почти 1000 газификаторов угля, что составляет 5% от общего потребления угля. Китай планирует к 2030 году иметь один миллион FCEV и 1000 водородных заправочных станций. Его цель на 2050 год заключается в том, чтобы водород, в основном серый водород, составлял 10% от общей энергии, что требовало около 60 Мт в год.

Министерство экономики, технологий и промышленности Японии (METI) разработало комплексную дорожную карту водородной стратегии в 2016 году и обновило ее в 2019 году. Это призвано заменить использование ископаемого топлива в Японии в основном голубым и серым водородом.К 2030 году ожидается быстрое расширение использования водородных топливных элементов как в зданиях, так и в мобильных приложениях, таких как грузовики и легковые автомобили. Оно направлено на снижение стоимости до 30 иен / Nm 3 к тому времени и до 20 иен позже. Япония планирует импортировать безуглеродный водород и аммиак. Ожидается, что к 2030 году годовой спрос составит 110 000 тонн, из которых менее 20% будет приходиться на чистые сорта для топливных элементов. Стратегия экологического роста METI в декабре 2020 года посредством достижения углеродной нейтральности к 2050 году направлена ​​на то, чтобы водород и аммиак использовались в качестве топлива для 10% выработки электроэнергии, а также для обеспечения энергией судоходства и сталеплавильного производства.

В марте 2020 года в новой международной стратегии METI по ​​ресурсам аммиак определен как многообещающее средство «импорта возобновляемой энергии, производимой в других странах». В октябре 2020 года METI учредила Аммиачный энергетический совет с крупными компаниями из частного сектора, стремясь позиционировать Японию как мирового лидера в области производства аммиака как источника энергии, особенно на электростанциях и на морском транспорте, путем распространения технологий и развития цепочек поставок. .

Южная Корея планирует увеличить использование FCEV, особенно автобусов и грузовиков, работающих на безуглеродном водороде, и ожидает, что к 2030 году спрос на водород удвоится.Его национальная дорожная карта по водороду гласит: «Общий потенциал водорода в Корее составляет 17 Мт (эквивалент 564 ТВт-ч) в 2050 году, что составляет более 20% от общего национального спроса на энергию». В основном это голубой водород.

Россия планирует создание новой водородной отрасли к 2024 году. «Газпром» должен испытать новую водородную турбину в 2021 году, а партнерство между Газпром энергохолдингом и Siemens, как сообщается, не завершено. «Газпром» стремится производить бирюзовый водород путем пиролиза метана (а не парового риформинга), чтобы оставить твердый углерод, а не CO 2 .Росатом производит водород путем электролиза и планирует с 2023 года установить 1 МВт мощности электролизера на Кольской АЭС, а затем увеличить ее до 10 МВт в качестве демонстрационного проекта для более широкого внедрения.

В апреле 2021 года Росатом объявил о планах производить от 30 000 до 100 000 т водорода в год на острове Сахалин с обеспечением поездов на водороде и возможным экспортом в Японию и Южную Корею.

В USA инициатива Министерства энергетики (DOE) h3 @ Scale поддерживает инновации в области производства, хранения, транспортировки и использования водорода во многих секторах.11 Мт / год производства водорода в США имеют тепловой потенциал 1,3 ЭДж и потребляют почти 5% потребления природного газа в США путем парового риформинга, выделяя 77 Мт CO 2 ежегодно. Использование водорода для всех транспортных средств США потребует около 200 Мт / год водорода, хотя этот сценарий еще далеко.

В ноябре 2020 года Министерство энергетики опубликовало План водородной программы, чтобы обеспечить стратегическую основу для его деятельности в области исследований, разработок и демонстрации водорода (НИОКР). Он включает в себя научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы нескольких офисов Министерства энергетики по развитию производства, транспортировки, хранения и использования водорода в различных секторах экономики.«В отличие от других видов топлива, водород требует большей интеграции систем ископаемого топлива, ядерной энергии и возобновляемых источников энергии, и для реализации всего потенциала и преимуществ водорода потребуется комплексный подход со стороны всех секторов энергетики». Ключевым аспектом стратегии является: позволяют производить водород из разнообразных низкоуглеродных внутренних источников энергии, включая возобновляемые источники энергии, ядерную энергию и ископаемое топливо с помощью CCS.

В октябре 2020 года Министерство энергетики выбрало два проекта по продвижению гибкой эксплуатации легководных реакторов с интегрированными системами производства водорода для получения совместного финансирования.Два других проекта уже реализуются. Один из четырех будет посвящен использованию твердооксидной электролизной ячейки при высокой температуре. Национальная лаборатория Айдахо будет сотрудничать с Xcel Energy, чтобы продемонстрировать технологию высокотемпературного парового электролиза (HTSE) с использованием тепла и электричества от одной из атомных станций Xcel Energy.

В Австралия газификация бурого угля в долине Латроб в Виктории запланирована в Национальной дорожной карте по водороду, в конечном итоге с CCS в близлежащем бассейне Гиппсленд.В рамках проекта цепочки поставок водородной энергии водород будет транспортироваться автомобильным транспортом из Лой-Янга в Гастингс, где он будет сжижаться для экспорта в Японию. Ожидается, что пилотный проект стоимостью 500 миллионов австралийских долларов с 2020 года позволит произвести только три тонны водорода. При коммерческом производстве к 2030-м годам предусматриваются затраты около 2 долларов США за кг. В дорожной карте Японии по водороду говорится об этом проекте, что «статус прогресса и вероятность успеха должны быть подтверждены к 2025 финансовому году». Австралийская дорожная карта предполагает, что тем временем можно использовать щелочной электролиз по цене менее 4 долларов США за кг.Ожидаются экспортные рынки для больших объемов сжиженного водорода.

Производство водорода

Почти весь водород сегодня производится из материалов на основе углерода со значительными выбросами CO 2 . Мировое производство составляет около 75 миллионов тонн * чистого водорода, плюс 45 миллионов тонн, смешанных с другими газами и используемых в таких отраслях, как производство стали и метанола, причем оба показателя стабильно растут. ** Небольшое количество производится путем электролиза воды.

* В термическом выражении: 9 ЭДж / год, примерно столько же, сколько тепловая мощность атомных станций США.
** Международное энергетическое агентство, Будущее водорода - использование сегодняшних возможностей, Отчет, подготовленный МЭА для G20, Япония (июнь 2019 г.)

Смета расходов на 2019-2021 годы (без калькуляции выбросов CO 2 ):

  • ING: около 1,50 евро / кг для серого водорода, 2,50 евро / кг для синего водорода и 5–6 евро / кг для зеленого водорода.
  • Bloomberg New Energy Finance: зеленый водород в диапазоне от 2,50 до 6,80 доллара за кг, но потенциально может снизиться до 1 доллара.40 / кг к 2030 г.
  • Aurora Energy Research в 2020 году установила нормированные затраты на производство (более высокая теплотворная способность, реальная, 2018) на уровне около 40 евро / МВтч (1,6 евро / кг) для обычного серого водорода, 50 евро / МВтч (2 евро / кг) для голубого водорода. и 80 евро / МВтч (3,2 евро / кг) для зеленого водорода.
  • S&P Global Platts в августе 2020 года: обычный серый водород по цене 1,24 евро / кг, синий водород по цене 1,31 евро / кг и зеленый водород (электролиз полимерной электролитной мембраны, включая капитальные затраты) по цене 3,43 евро / кг.
  • Цифры Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) в 2019 году составили: 4 доллара.15 долл. США / кг для обычного электролиза, 3,23 долл. США / кг для специализированного ядерного высокотемпературного парового электролиза (HTSE) и 2,50 долл. США / кг для внепикового HTSE, конкурентоспособного с крупномасштабным паровым риформингом метана (серого водорода).
  • LucidCatalyst в 2020 году: 2 доллара за килограмм желтого водорода от традиционной ядерной энергетики, что может упасть вдвое к 2030 году. В базовых энергетических терминах 2 доллара за килограмм равняются 16,7 доллара за ГДж (более низкая теплотворная способность), что намного выше большинства цен на природный газ. LucidCatalyst предполагает, что 1,50 доллара за килограмм чистого водорода в целом будет конкурентоспособным при высоких ценах на нефть, но при дешевой нефти потребуется менее 1 доллара за килограмм.
  • МЭА (2020): 0,7–1,6 долл. США / кг для серого водорода от парового риформинга природного газа (без ослабления), но 3,2–7,7 долл. США / кг для зеленого водорода от электролиза.
  • Platts : зеленый водород 4,05 евро / кг, март 2021 г., по сравнению с серым водородом 1,64 евро / кг.

Помимо финансовых затрат, значительны затраты на электроэнергию. Входная энергия превышает энергоемкость выхода водорода как минимум в 1,5 раза.

В середине 2020 года в стадии строительства находилось 14 новых проектов по производству водорода, в основном на основе возобновляемых источников энергии, некоторые из которых были ориентированы на международную торговлю.Институт экономики энергетики и финансового анализа (IEEFA) консервативно оценивает, что 2,9 миллиона тонн в год из таких источников, вероятно, будут доступны в сети в 2030 году. Международное энергетическое агентство (МЭА) оценивает, что мировое производство водорода в 2019 году привело к выбросу 830 миллионов тонн углерода. диоксида, что эквивалентно 2,2% выбросов, связанных с энергетикой.

Паровой риформинг метана, газификация угля

Большая часть водорода сегодня производится путем парового риформинга природного газа (метана, отсюда «SMR»).Около четверти поступает из угля в результате его реакции с водяным паром и кислородом при высокой температуре и давлении с образованием синтез-газа, содержащего водород с монооксидом углерода. Они производят так называемый серый водород, если выбросы CO 2 существенно не уменьшаются за счет улавливания и хранения углерода (CCS), и в этом случае это голубой водород.

При паровой конверсии метана метан реагирует с водяным паром под давлением 3-25 бар в присутствии катализатора с образованием водорода и монооксида углерода (с небольшим количеством диоксида углерода).Паровой риформинг является эндотермическим и использует пар при температуре от 700 ° C до 1000 ° C.

2CH 4 + 2H 2 O ⇌ 2CO + 3H 2 ∆H +206 кДж / моль
CO + H 2 O ⇌ CO 2 + H 2 ∆H -41 кДж / моль - реакция конверсии водяного газа (экзотермическая)

Газификация угля аналогична: углерод угля реагирует с кислородом и паром при высокой температуре и давлении:

3C + O 2 + H 2 O ⇌ 3CO + H 2
CO + H 2 O ⇌ CO 2 + H 2 ∆H -41 кДж / моль - реакция конверсии водяного газа (экзотермическая)

Около 76% чистого водорода производится из природного газа и 23% из газификации угля, это приводит к 830 Мт выбросов CO. 2 выбросов ежегодно - каждая тонна водорода, произведенная SMR, дает как минимум 11 тонн CO. 2 .

Завод Great Plains Synfuel в США производит 1300 тонн водорода в день в виде обогащенного водородом синтетического газа в результате газификации бурого угля с использованием технологии CCS. Около половины CO 2 улавливается и продается на два месторождения для увеличения нефтеотдачи.

Компания

Air Products в Порт-Артуре, штат Техас, с 2013 года применяет SMR с использованием технологии вакуумно-качающегося адсорбционного разделения газа (а не абсорбции амином) для улавливания углерода. 2 улавливает около 90% CO. рядом повышенная нефтеотдача.Министерство энергетики США (DOE) профинансировало две трети стоимости проекта.

На проекте Quest в Альберте, Канада, водород производится SMR, а неизвестная часть CO 2 - до 1 Мт / год - хранится на 2 км под землей.

Австралийские планы по газификации бурого угля предусматривают, что заводы производительностью более 500 т / день будут экономичными, следовательно, для достижения масштаба полагаться на экспорт.

Пиролиз

Так называемый бирюзовый водород может быть получен путем пиролизного разложения метана с использованием реактора с расплавленным металлом с каталитически активным сплавом Ni-Bi, в результате чего остается твердый углеродный остаток.Тепло процесса может быть получено от сжигания водородного продукта или метана, или от электрической дуги. В качестве альтернативы можно использовать плазменный реактор.

CH 4 -> C + 2H 2 (эндотермический)

Электроилсис

Электролиз воды при температуре окружающей среды требует 50-55 кВтч на килограмм произведенного водорода * (следовательно, эффективность 60% и потенциально 70% с улучшенными катализаторами). Также требуется 9 литров воды на каждый произведенный килограмм. Электролиз сегодня проводится в довольно небольших масштабах, на него приходится всего около 2% мировых поставок (IEA, 2019).Электролизеры мощностью 1 МВт сегодня являются типичными, крупнейшим из них является установка с протонообменной мембраной (PEM) мощностью 20 МВт в Беканкуре, Канада, которая может производить 8,2 т водорода в день. Мировая мощность в 2019 году составила 25 МВт, планируемая мощность - более 100 ГВт.

Основная рассматриваемая технология - электролиз с протонообменной мембраной (PEM) - требует воды высокой чистоты, поэтому электролизеры нуждаются в интегрированном деионизаторе, позволяющем использовать достаточно низкокачественную питьевую воду.

* Предел термодинамической эффективности составляет 40 кВтч / кг, и 45 кВтч / кг считается наиболее вероятным наиболее достижимым.Тем не менее Rolls-Royce предполагает выход 87 000 т водорода в год при электролизе с использованием своего британского SMR, производящего 3,5 ТВт-ч / год.

Существует три основных типа электролизеров: щелочные (AE), полимерные электролитные мембраны, также известные как протонообменные мембраны (PEM), и твердые оксиды.

  • Щелочная технология с использованием гидроксида калия является наиболее зрелой технологией и широко используется в производстве удобрений и хлора, но имеет некоторые ограничения. Наиболее крупномасштабное производство водорода путем электролиза осуществляется с использованием щелочных электролизеров (АЭ).Требуется 50 кВтч / кг водорода.
  • Блоки
  • PEM используют чистую воду и относительно малы, но могут быть гибкими в эксплуатации. Они также могут генерировать водород при высоком давлении (30-60 бар по сравнению с щелочным 1-30 бар). Однако в них используются дорогие электродные катализаторы (платина, иридий) и мембранные материалы, и они имеют короткий срок службы. Требуется 55 кВтч / кг водорода.
  • Твердооксидные электролизеры изготовлены из керамических материалов и работают при высоких температурах. Очень медленное время разгона, менее прочное, чем у других типов.Требуется 40 кВтч / кг водорода.

Недавние планы в нескольких странах были сосредоточены на производстве экологически чистого водорода путем электролиза. На этом основаны планы по массовому расширению использования электролизеров, подпитываемых излишками электроэнергии из возобновляемых источников. Это будет означать, что более широкое использование периодически возобновляемых источников энергии приведет к меньшему сокращению и, таким образом, оправдает такой избыток мощностей с низким уровнем использования (из-за непостоянства ветра и солнца). Однако низкие коэффициенты емкости электролизеров могут привести к более высоким затратам на водород.

Высокотемпературный паровой электролиз на основе твердооксидных электролизных ячеек (SOEC) требует примерно на треть меньше энергии, но еще не является коммерческим. * SOEC работают при температуре выше 600 ° C (и по существу представляют собой твердооксидные топливные элементы, работающие в регенеративном режиме). Твердый оксидный электролит обычно представляет собой диоксид циркония (диоксид циркония, ZrO 2 ). Такой источник тепла, как ядерный, поможет коммерциализировать SOEC.

* Bloom Energy в 2021 году начнет коммерческое развертывание своих твердооксидных электролизеров в Южной Корее, где вместе с SK E&C у нее имеется 120 МВт топливных элементов.

Поскольку водород может храниться намного легче, чем электричество, это важное потенциальное применение избыточной энергии от периодически возобновляемых источников, а также для ядерной энергетики, особенно в непиковые периоды. Две атомные станции в США устанавливают небольшие электролизеры для пилотного производства водорода в непиковые периоды с целью возможного перехода на высокотемпературный паровой электролиз. Однако изготовление из электролизеров стоит дорого.

Стоимость электролизера

Hydrogen Europe в 2020 году составила 600 евро / кВт для AE и 900 евро / кВт для PEM.Ожидается, что к 2030 году они сократятся до 400 евро и 500 евро (к 2030 году ITM ожидает около 420 евро / кВт для PEM). Стоимость твердооксидных электролизеров за тот же период снизилась с 2130 евро / кВт до 520 евро. С другой стороны, электролизеры PEM производят водород по цене 4,9 доллара за кг, а электролизеры AE - по 3,8 доллара за кг.

* Установки AE используют гидроксид калия для образования H 2 и O 2 на электродах, установки PEM каталитически разделяют воду.

The Future of Hydrogen МЭА предполагает, что самые низкие затраты на водород будут при использовании электролизера 2500 или более часов полной нагрузки в год.При меньшем значении капитальные затраты составляют значительную часть стоимости.

Согласно прогнозам МЭА «Перспективы энергетических технологий на 2020 год» в сценарии устойчивого развития, глобальная мощность электролизеров увеличится с примерно 170 МВт в 2019 году (с добавлением 25,4 МВт в этом году) до примерно 500 ГВт к 2040 году, примерно 1400 ГВт к 2050 году и более 3300 ГВт к 2070 году. при коэффициенте мощности 46% - около 4000 часов полной нагрузки в год. Это потребует сегодня примерно половины мирового производства электроэнергии.

Германия планирует увеличить установленную мощность электролизеров на 5 ГВт к 2030 году.

BP ведет исследование по производству до 45 000 тонн водорода в год на электролизной установке мощностью 250 МВт в Роттердаме, подключенной к морским ветряным электростанциям. Если две трети этой продукции заменить водород из природного газа парового риформинга, это приведет к устранению 350 000 тонн выбросов CO 2 в год на нефтеперерабатывающем заводе BP.

В Германия , Ørsted и EdF Germany планируют к 2023 году экспериментальную установку электролизеров мощностью 30 МВт в Хайде на побережье Северного моря, где соединяются несколько ветряных электростанций.Проект стоимостью 89 миллионов евро имеет государственную субсидию в размере 30 миллионов евро. Самый большой в Германии электролизер из ПЭМ - 10 МВт - был введен в эксплуатацию в конце 2020 года на нефтеперерабатывающем заводе Shell Rhineland. Расширение на 300 МВт является частью проекта HyScale 100. Из некоторого количества водорода будет производиться метанол для реактивного топлива (экологически чистое авиационное топливо, SAF).

Ørsted и BP владеют проектом электролизера мощностью 50 МВт в Лингене. RWE также планирует установить здесь масштабируемый электролизер в рамках проекта GETh3 мощностью 300 МВт.

Siemens Smart Infrastructure и WUN h3 заключили контракт на строительство завода по производству водорода в Вунзиделе на севере Баварии к концу 2021 года рядом с существующим аккумуляторным блоком мощностью 8 МВт.На заводе будет использоваться электролизер PEM «Silyzer 300» от Siemens Energy, работающий на 6 МВт исключительно за счет возобновляемых источников энергии, производящий 900 т / год на первом этапе с возможностью расширения до 2000 т / год. Сименс рассматривает это как демонстрационный завод.

Linde заказала у ITM Power электролизер PEM мощностью 24 МВт для своего нефтехимического завода Leuna в Саксонии-Анхальт. Он должен быть запущен в 2022 году.

В Эмсхафене, , Нидерланды. В рамках проекта Shell Northh3 планируется производить 800 000 тонн зеленого водорода в год за счет 10 ГВт энергии морской ветровой энергии.К 2027 году он нацелен на 1 ГВт электролизных мощностей с увеличением до 4 ГВт к 2030 году (производство 0,4 Мт / год водорода) и более 10 ГВт к 2040 году. Equinor и RWE присоединились к проекту в 2020 году.

Ørsted планирует разработать к 2030 году электролизер мощностью 1 ГВт для удовлетворения промышленного спроса на возобновляемый водород в Нидерландах и Бельгии. Проект Seah3Land будет связан с новой голландской ветряной электростанцией мощностью 2 ГВт (эл.) На шельфе и обеспечит около 20% местного спроса.

В Бельгия проект Hyport Ostend нацелен на использование ограниченного количества электроэнергии от ветряной генерации страны, первоначально с 2.26 ГВт и увеличивается до 4 ГВт. Он начнется с электролизера мощностью 50 МВт, который будет производить 100 000 т зеленого водорода в год.

В , Норвегия. , Nel собирается производить 500 МВт электролизеров в год на Херойе с конца 2021 года, как типа AE, так и типа PEM, по цене около 500 долларов за кВт. При расширении до 2 ГВт / год он нацелен на 300 долларов за киловатт. Nel также поставила более 100 водородных заправочных станций в 13 странах. Согласно прогнозам, стоимость зеленого водорода составит 1,5 доллара за килограмм, а стоимость возобновляемой энергии - 20 долларов за мегаватт-час.

В Дания Эрстед связывает два 3.Прибрежные ветряные турбины мощностью 6 МВт (эл.) На электролизер мощностью 2 МВт в качестве демонстрационного проекта с государственной поддержкой в ​​размере 5 миллионов евро. Также в Дании компания по производству экологически чистого водорода Everfuel заключила контракт с норвежской Nel на поставку к 2022 году щелочного электролизера мощностью 20 МВт для производства 8 тонн водорода в день за счет энергии ветра.

В Франция , запланированный Engie проект Masshylia в Мартиге, к западу от Марселя, будет питаться от солнечной фермы мощностью 100 МВт с электролизером 40 МВт, настроенным на производство 5 т / день зеленого водорода примерно с 2024 года для удовлетворения потребностей Total. производство биотоплива рядом.

В Провансе, Франция, в рамках проекта HyGreen планируется производить 12 000 тонн зеленого водорода в год за счет 900 МВт солнечной энергии с использованием 760 МВт электролизеров с хранением в соляных пещерах. Фаза 1 запланирована на 2022 год, а полный проект - на 2027 год.

В Великобритании проект National Grid's Project Union, запущенный в марте 2021 года, направлен на создание водородной магистрали Великобритании, соединяющей несколько крупных промышленных кластеров с сетью 2000 км, состоящей из 100% водородных трубопроводов, к 2030 году. Возможно, он может быть связан с водородной магистралью ЕС .

Проект EDF Energy Hydrogen to Heysham (h3H) в Великобритании продемонстрировал техническую и коммерческую осуществимость производства водорода путем электролиза с использованием электричества непосредственно из атомной электростанции с сильно уменьшенным углеродным следом. В отчете об испытании говорилось, что будущая мощность электролизера мощностью около 550 МВт через ядерный флот EDF в Великобритании может производить около 220 тонн водорода в день к 2035 году, при нормированной стоимости водорода до 1,89 фунтов стерлингов / кг (2,44 доллара США / кг) в зависимости от о цене на электроэнергию и снижении затрат на технологии в течение 20-летнего проектного цикла.

Также в Великобритании ITM Power вводит в эксплуатацию новый завод по производству электролизеров PEM в Шеффилде, с увеличением мощности со 100 МВт / год до 1 ГВт / год примерно к 2024 году.

Также в Великобритании в рамках проекта Equinor h3H Saltend планируется производить 125 000 тонн голубого водорода в год для промышленного парка на установке автоматического термического риформинга мощностью 600 МВт с CCS.

В , Испания, , Iberdrola строит в Пуэртоллано энергоблок с зеленым водородом мощностью 20 МВт, соединенный с солнечной фотоэлектрической батареей мощностью 100 МВт и аккумуляторной системой на 20 МВт-ч, стоимостью 150 миллионов евро для производства аммиака.

В Италия газотранспортная компания Snam в партнерстве с ITM установит к 2025 году электролизеры PEM мощностью 100 МВт для зеленого водорода.

В Япония электролизер мощностью 10 МВт в паре с солнечными фотоэлектрическими батареями мощностью 20 МВт начал работу в 2020 году.

В Саудовская Аравия , проект стоимостью 5 миллиардов долларов возле Неома планируется использовать 4 ГВт возобновляемых источников энергии для производства 237 000 тонн зеленого водорода в год с использованием электролизеров Thyssenkrupp, а затем зеленого аммиака к 2025 году.Производство 1,2 млн т аммиака в год на экспорт будет осуществляться по технологии Haldor Topsoe (по сути, Haber-Bosch). Аммиак будет диссоциирован для производства водорода для грузовиков и автобусов FCEV в Европе или где-либо еще. Он может появиться в сети в 2025 году.

В Оман Intercontinental Energy планирует проект, направленный на экспорт экологически чистого аммиака. Он должен производить 1,75 Мт / год водорода путем электролиза от ветровой энергии мощностью 16 ГВт и солнечной энергии 10 ГВт с питанием 14 ГВт электролизеров для производства 9,9 Мт / год аммиака.Первая добыча ожидается в 2028 году, а мощность будет увеличена до 2038 года. Предварительное опреснение может потребоваться, а может и не потребоваться.

На северо-западе Австралии, к востоку от Порт-Хедленда и к югу от Брума планируется создание Азиатского центра возобновляемых источников энергии с мощностью возобновляемых источников энергии 26 ГВт на 65000 кв. Км земли, при этом большая часть его продукции будет использоваться для производства экологически чистых водородных продуктов для внутреннего и внешнего рынков, аммиака в частности на экспорт. Около 12 ГВт выработки, производящей 500 000 тонн зеленого водорода в год, в основном на экспорт, с использованием около 1 ГВт электролизеров.В октябре 2020 года первая очередь мощностью 15 ГВт (эл. Окончательное инвестиционное решение Intercontinental Energy, CWP Energy Asia и Vestas ожидается в 2025 году, а начало строительства - в 2026 году. Общие капитальные затраты составляют 36 миллиардов австралийских долларов.

В Южной Австралии, в Порт-Линкольне, Hydrogen Utility (h3U) разрабатывает электролизер мощностью 30 МВт для производства зеленого водорода и аммиака.Продукт будет состоять из 18 000 т аммиака для местного сельского хозяйства, а также 32 МВт газовых турбин открытого цикла, работающих на водороде для обеспечения пиковой нагрузки. В Crystal Brook Neoen рассматривает планы строительства Hydrogen Superhub с электролизером мощностью 50 МВт, питаемым мощностью 300 МВт энергии ветра и солнца, для производства зеленого водорода с производительностью 20 тонн в день.

В Донгаре в Западной Австралии Infinite Blue Energy планирует запустить свой проект Arrowsmith стоимостью 300 миллионов австралийских долларов в 2022 году. Он будет использовать 160 МВт энергии ветра и солнечной энергии и производить около 900 тонн зеленого водорода в год.

В Тасмании дочерняя компания Fortescue Metals Group планирует построить в Белл-Бэй завод по производству зеленого водорода мощностью 250 МВт с использованием гидроэлектроэнергии. Он будет производить 250 000 тонн зеленого аммиака в год.

В Канада Hydro-Quebec заказала у ThyssenKrupp электролизер мощностью 88 МВт для Варенн в Квебеке. Ожидается, что после ввода в эксплуатацию в конце 2023 года на завод биопереработки транспортного топлива будет поставляться 11000 т / год водорода.

В Eqianqi, Внутренняя Монголия , китайское государственное предприятие Jingneng Power планирует потратить 23 миллиарда юаней (3 миллиарда долларов) на гибридную солнечную, ветровую, водородную электростанцию ​​мощностью 5 ГВт, которая будет запущена в 2021 году.Производство зеленого водорода составит более 400 000 тонн в год.

База данных S&P Global Platts Analytics по мировому производству водорода в 2020 году выявила 1 ГВт заявленных производственных мощностей по производству электролизеров, которые будут введены в эксплуатацию в течение следующих пяти лет, половина из которых ожидается к концу 2022 года. мировой рынок электролизеров, за которым следуют Япония и Китай.

Согласно прогнозам МЭА «Перспективы энергетических технологий на 2020 год» в сценарии устойчивого развития, производство электролизеров увеличится примерно с 1.5 ГВт / год в 2019 году до примерно 60 ГВт / год к 2070 году, а стоимость (очевидно, для PEM) упадет с 850-1100 долларов / кВтэ сегодня до ниже 300 долларов / кВтэ примерно к 2070 году.

Водород непосредственно из ядерного тепла

См. Раздел выше в разделе «Роль ядерной энергетики».

Водород использует

Дополнение к сетчатому природному газу

В большинстве трубопроводов к природному газу может быть добавлено 15-20% водорода, но с новыми магистральными трубопроводами, такими как Nord Stream в Европе, доля водорода может достигать 70% для транспортировки водорода на международные рынки.Одним из ограничений является то, что водород имеет только одну треть теплотворной способности метана по объему, следовательно, котлы нуждаются в модификации для работы на более высоких смесях водорода, чем примерно 20%.

В США Институт газовых технологий в настоящее время тестирует все компоненты инфраструктуры транспортировки и распределения природного газа в США для различных смесей фракций водорода с природным газом, чтобы определить, какое количество водорода может быть добавлено в существующие системы природного газа.

В рамках стратегии преобразования энергии в газ Uniper имеет пилотную установку мощностью 2 МВт для производства до 360 м3 3 / ч водорода в Фалькенхагене, Германия, для подачи в газовую сеть Ontras, которая может работать с 5% водорода .Компания Vattenfall в Пренцлау в Германии также экспериментирует с производством и хранением водорода с помощью энергии ветра с помощью электролиза. Также в Германии, недалеко от Нойбранденбурга на северо-востоке, компания WIND-projekt использует излишки электроэнергии от ветряной электростанции мощностью 140 МВт для производства водорода, хранения его, а затем сжигания в теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) для производства электроэнергии, когда потребность в нем высока. высокий. Однако в этом демонстрационном процессе Rh3-WKA (возобновляемый водород - Werder, Kessin, Altentreptow) потери составляют 84%.

Самая большая действующая установка по производству электроэнергии из газа в Германии - это блок мощностью 6 МВт в Energiepark Mainz. RWE и Siemens планируют пилотный проект GET h3 по производству газа мощностью 105 МВт в Лингене с использованием энергии ветра; также запланированы два других подобных проекта: Element Eins и Hybridge. В Нидерландах Gasunie планирует построить блок мощностью 20 МВт. По прогнозам BNetzA, к 2030 году мощность производства газа составит 3 ГВт.

Во Франции в рамках проекта h3V59 планируется производить 28 000 т водорода в год с использованием электролизера мощностью около 100 МВт для закачки в сеть природного газа.

В Великобритании Project Union, запущенный в марте 2021 года, направлен на перепрофилирование около 25% существующих газопроводов для обеспечения «не менее четверти» текущего спроса на газ в Великобритании, согласно National Grid.

Нефтепереработка

Водород является ключевым технологическим агентом в нефтепереработке, для обессеривания и каталитического крекинга длинноцепочечных углеводородов. * Около четверти мировой добычи используется для преобразования низкосортной сырой нефти (особенно из битуминозных песков) в жидкость и энергию. -плотное транспортное топливо, такое как бензин и дизельное топливо.Тяжелое ароматическое сырье превращается в более легкие алкановые углеводородные продукты в широком диапазоне очень высоких давлений (7000-14000 кПа) и высоких температур (400-800 ° C) с использованием водорода и специальных катализаторов. Это также важно для удаления загрязняющих веществ, таких как сера, из этого топлива.

* например (CH) n битуминозные пески или (CH 1,5 ) n тяжелая нефть до (CH 2 ) n транспортное топливо около 42-45 МДж / кг (32-39 МДж / л).Для обогащения тяжелой сырой нефти и битуминозных песков требуется от 3 до 4 кг водорода на баррель (159 литров) продукта.

Производство аммиака

На синтез водорода и азота для производства аммиака - около 180 Мт / год или 1 ПВтч * - приходится более половины мировой потребности в чистом водороде. При этом используется процесс Габера-Боша.

* Исходя из 5,18 кВтч / кг аммиака, количества могут быть указаны в ГВтч, PWh, и т. Д.

Большая часть аммиака сегодня используется для сельскохозяйственных удобрений.Некоторые из них используются (в виде аммиачной селитры, с дизельным топливом) при добыче взрывчатых веществ. Его также можно сжигать в качестве транспортного топлива или подвергать крекингу для получения водорода в качестве топлива.

По словам Нормана Борлоуга, лауреата Нобелевской премии 1970 года и «дедушки зеленой революции», органического азота в почвах мира достаточно только для того, чтобы прокормить одну треть сегодняшнего населения. Остальное должно поступать из неорганических добавок. Большинство азотных удобрений в мире производится с использованием процесса Габера (см. Ниже), в котором водород сочетается с обильным атмосферным азотом.Затем полученный аммиак окисляется до нитратов.

Процесс Хабера

Процесс Haber (процесс Haber-Bosch) объединяет азот из воздуха с водородом, полученным в основном из природного газа (метана), в аммиак. Реакция обратима, и образование аммиака является экзотермическим.

Немецкий ученый Фриц Хабер изобрел процесс соединения атмосферного азота с водородом в 1909 году и получил Нобелевскую премию по химии в 1918 году за создание «чрезвычайно важного средства повышения стандартов сельского хозяйства и благосостояния человечества», которое сейчас выглядит вроде существенное преуменьшение.Он был расширен инженером-химиком Карлом Бошем, поэтому его часто называют процессом Габера-Боша. В 1931 году Bosch получил Нобелевскую премию.

N 2 + 3H 2 ⇌ 2NH 3 ∆H -92 кДж / моль (экзотермический, с использованием металлического катализатора при высокой температуре и давлении)

Процесс Хабера производит около 180 миллионов тонн безводного аммиака в год для азотных удобрений и потребляет около 3-5% мирового производства природного газа для производства водорода.Азот получают криогенным способом из воздуха.

Заглядывая в будущее, аммиак может сыграть ключевую роль в хранении и транспортировке водорода - см. Следующий раздел. Его также можно использовать в качестве топлива. В Японии в рамках проектов изучается совместное сжигание аммиака с углем в котлах и аммиака с природным газом в турбинах внутреннего сгорания. Аммиак также потенциально может использоваться в качестве морского топлива, поскольку его можно использовать в судовых двигателях только с незначительными модификациями. Также его можно использовать в некоторых топливных элементах.

Производство метанола и топлива ДМЭ

Принимая во внимание проблемы хранения и переносимости самого водорода, а также радикальные изменения в автомобилях с топливными элементами, существует некоторое использование метанола в качестве добавки к бензину / бензину.Любое будущее жидкое топливо для автомобилей должно конкурировать с бензином с концентрацией 32 МДж / л или дизельным топливом с концентрацией 39 МДж / л, и его не сложнее хранить и заправлять, чем сжиженный нефтяной газ. Метанол (CH 3 OH) имеет 16 МДж / л. Его можно использовать в топливных элементах.

СПГ имеет те же проблемы, что и водород, этанол обычно получают из биомассы, но метанол можно получить из CO 2 и водорода. Используя водород с нулевым содержанием углерода и обильное количество CO 2 , можно производить автомобильное топливо навсегда, используя современные технологии двигателей.

Для дизельных двигателей лучше использовать диметиловый эфир (CH 3 -O-CH 3 , DME), который получают путем дегидратации пары молекул метанола. Это газ, но его можно хранить под низким давлением в виде жидкости, например, сжиженного нефтяного газа. DME имеет плотность энергии 18-19 МДж / л, что меньше, чем у топлива на нефтяной основе, но его можно использовать и легко хранить. Любое постнефтяное будущее может быть основано на метаноле.

Метанол сегодня производится различными способами, но в идеале он будет производиться из атмосферного CO 2 с водородом, произведенным ядерной энергией, и с использованием большего количества ядерной энергии в процессе преобразования.

CO 2 + 3H 2 ⇒ CH 3 OH + H 2 O ∆H -49,5 кДж / моль при 25 ° C, -58 при 225 ° C, экзотермический

(Эндотермическая реакция обратного сдвига воды CO 2 + H 2 ⇒ CO + H 2 O будет происходить одновременно с: CO + 2H 2 ⇒ CH 3 OH ∆H -91 до -98 кДж / моль, экзотермический)

Диметиловый эфир образуется в результате реакции дегидратации:

2CH 3 OH ⇒ CH 3 OCH 3 + H 2 O ∆H -23 кДж / моль

Производство метанола и ДМЭ происходит при относительно низкой температуре (по сравнению с термохимическим производством водорода) - 230-350 ° C.

DME уже используется в качестве замены пропана, а мировые производственные мощности составляют более 10 миллионов тонн в год. Только Китай нацелился на производство 20 миллионов тонн ДМЭ в год к 2020 году. Швеция производит БиоДМЭ из черного щелока. Ford выпустил автомобиль с двигателем DME - 1,6-литровый Mondeo в рамках трехлетнего проекта xME, возглавляемого Ford с членами FVV, международной исследовательской сети Германии по технологиям двигателей внутреннего сгорания.

Большая часть метанола сегодня производится из синтез-газа (оксид углерода и водород), полученного из биомассы или ископаемого топлива, или из водорода путем парового риформинга природного газа.Чаще всего метанол используется для производства пластмасс. Около 14% его используется в качестве присадки к бензину и 7% для производства ДМЭ. На производство метанола приходится около 13% мирового спроса на водород.

Производство этанола описано на информационной странице «Тепло ядерных процессов для промышленности».

Метанол вместе с производным ДМЭ можно использовать как:

  • Удобный накопитель энергии.
  • Легко транспортируемое и заменяемое топливо для двигателей внутреннего сгорания и дизельных двигателей (с воспламенением от сжатия) с небольшими инженерными изменениями.
  • В качестве экологически чистого авиационного топлива (SAF) для реактивных двигателей.
  • Топливо для топливных элементов.
  • Сырье для синтетических углеводородов и продуктов их переработки, включая топливо, полимеры и даже одноклеточные белки (для корма для животных и / или потребления человеком).

В Исландии производство метанола уже осуществляется с использованием CO 2 , улавливаемого из дымовых газов, и водорода при электролизе с использованием возобновляемых источников энергии. Компания Carbon Recycling International была основана в 2006 году для производства возобновляемого метанола для автомобилей, а также биодизеля.

В Китае Шанхайский научно-исследовательский институт разработал процесс преобразования CO 2 и водорода в длинноцепочечные углеводороды, такие как бензин. Многофункциональный катализатор, содержащий оксид индия, смешанный с цеолитом, сначала производит метанол, который затем взаимодействует с цеолитом с образованием длинноцепочечных углеводородов. Другая исследовательская группа Даляньского института химической физики использует магнетит и цеолитный катализатор для производства длинноцепочечных углеводородов из CO 2 и водорода, но с другими промежуточными продуктами.Хотя существует ряд процессов, которые могут преобразовать CO 2 в одноуглеродные углеводороды, такие как метанол, синтез углеводородов с более длинной цепью ранее был труднодостижим.

В 2018 году мировые мощности по производству метанола достигли около 140 млн тонн и, как ожидается, к 2030 году достигнут 280 млн тонн, по данным Statista. Институт метанола указывает мировую мощность в 110 млн тонн (без даты, на своем веб-сайте), но публикует цифры, указывающие на мощность около 150 млн тонн и спрос на 100 млн тонн в 2020 году.

Водород также может реагировать с диоксидом углерода при 300-400 ° C с образованием метана с использованием экзотермического процесса Сабатье.*

* CO 2 + 4H 2 ⇒ CH 4 + 2H 2 O. Это кажется более актуальным для космических путешествий, чем транспорт на Земле, хотя в небольших масштабах он будет очищать CO 2 и CO из водородных потоков для топливных элементов.

Используется непосредственно в качестве топлива для транспорта - топливные элементы

При сжигании водорода образуется только водяной пар, без углекислого газа или окиси углерода. Однако, если оно не является жидким, оно далеко не является энергоемким топливом по объему, и это ограничивает его потенциальное использование, особенно для легких автомобилей.У грузовиков больше возможностей. Аммиак более энергоемкий и горит до водяного пара и NO x или азота.

Водород можно сжигать в обычном двигателе внутреннего сгорания, и некоторые тестовые автомобили были оборудованы таким образом. Также были проведены испытания на самолетах. Примерно до 2010 года двигатель внутреннего сгорания был основной доступной технологией, доступной для использования водорода. *

* Было построено сто автомобилей BMW Hydrogen 7, и автомобили преодолели более 2 миллионов километров в рамках программ испытаний по всему миру.BMW - единственный производитель автомобилей, который использовал водород в жидком состоянии. BMW отказалась от этой разработки и сотрудничает с Toyota в области автомобилей на топливных элементах.

Для транспорта водород в основном используется в электромобилях на топливных элементах (FCEV). Топливный элемент концептуально представляет собой перезаряжаемую батарею, вырабатывающую электричество как прямой продукт химической реакции. Но там, где в обычную батарею все активные ингредиенты встроены на заводе, топливные элементы снабжаются топливом из внешнего источника и кислородом из воздуха.Они катализируют окисление водорода непосредственно до электричества, в идеале при относительно низких температурах.

Топливные элементы с протонообменной мембраной или мембраной с полимерным электролитом (PEM) являются основным типом, используемым в автомобилях и тяжелых транспортных средствах. Они работают при температуре около 80-90 ° C с высокой объемной плотностью мощности и кислотным электролитом. Они обладают высокой объемной плотностью мощности и длительным сроком службы, но требуют использования водорода высокой чистоты и катализатора из благородного металла - обычно платины, что увеличивает стоимость. У них есть около 60% эффективности преобразования химической энергии в электрическую для привода колес электромобиля, хотя на практике было достигнуто около половины этого.

Щелочные топливные элементы (AFC) работают при температуре около 200 ° C, относительно хорошо разработаны и имеют КПД более 60%. НАСА использовало AFC с 1960-х годов в миссиях Аполлона и на космических кораблях (они также производят питьевую воду). Их производство является наименее дорогостоящим с использованием катализаторов из неблагородных металлов, и они могут использовать менее чистый водород от крекинга аммиака, но отравление CO 2 , приводящее к образованию нерастворимого карбоната, ограничивает их коммерческое использование.

Другие технологии топливных элементов, в основном работающих на водороде, включают:

  • Топливный элемент с высокотемпературной протонообменной мембраной (PEMFC), работающий при температуре до 200 ° C, который менее уязвим для отравления катализатора CO.
  • Топливный элемент на основе фосфорной кислоты (PAFC) - хорошо разработанный, но высокотемпературный и дорогой, с КПД около 40%, используется только для стационарной выработки электроэнергии.
  • Твердооксидный топливный элемент (ТОТЭ) - работает при 800-1000 ° C и КПД 60%. Они работают на природном газе или водороде, но имеют относительно низкую устойчивость к включению и выключению и низкую объемную плотность мощности, поэтому в основном используются для стационарной выработки электроэнергии (хотя разрабатываются более низкотемпературные версии).
  • Топливный элемент с расплавленным карбонатом (MCFC) - высокотемпературный (около 650 ° C) с неблагородным катализатором и допускающий различные виды топлива, для стационарного производства электроэнергии из-за низкой объемной плотности мощности.
  • Технология прямых метанольных топливных элементов (DMFC), работающих на метаноле, а не на водороде, практична для портативных электронных устройств, но в настоящее время не является предпочтительной для использования в автомобилях.

Сравнение топливных элементов и описание топливных элементов опубликовано Министерством энергетики США.

В настоящее время производство топливных элементов намного дороже, чем производство двигателей внутреннего сгорания (работающих на бензине / бензине или природном газе). В начале 2000-х годов блоки PEM стоили более 1000 долларов за киловатт по сравнению со 100 долларами за киловатт для обычного двигателя внутреннего сгорания. Целевая стоимость батареи топливных элементов PEM для FCEV ниже 100 евро / кВт, что потребует уменьшения количества палладиевого катализатора.

Высокая стоимость транспортировки водорода означает, что производство идеально близко к месту его использования.

Технология прямых метанольных топливных элементов (DMFC) практична для портативных электронных устройств, но в настоящее время не является предпочтительной для использования в автомобилях. Другие технологии топливных элементов включают: топливный элемент с высокотемпературной протонообменной мембраной (PEMFC), работающий при температуре до 200 ° C, который менее уязвим для отравления катализатора CO; топливный элемент на основе фосфорной кислоты (PAFC) - хорошо разработанный, но высокотемпературный и используемый только для стационарной выработки электроэнергии; твердооксидный топливный элемент (ТОТЭ) - работающий при температуре выше 800 ° C, поэтому в основном используется для стационарной выработки электроэнергии; и топливный элемент с расплавом карбоната (MCFC) - высокотемпературный (около 650 ° C) и позволяющий использовать различные виды топлива для стационарной выработки электроэнергии.

Для автобусов и грузовиков дальнего следования силовые агрегаты FCEV более перспективны, чем аккумуляторные системы для электромобилей. Первоначально водород для транспорта использовался в городских автобусных и грузовых парках, которые уже используются на дорогах во многих частях мира. Они заправляются централизованно, поэтому вам не нужна розничная сеть, а хранение водорода на борту представляет меньшую проблему, чем в автомобилях. В автобусах обычно используются две батареи топливных элементов мощностью около 100 кВт плюс небольшая тяговая батарея, пополняемая за счет рекуперативного торможения. Они несут от 30 до 50 кг сжатого водорода, хранящегося в резервуарах с полимерным покрытием и волоконной обмоткой под давлением 350 бар (35 МПа).Более новые автобусы на топливных элементах расходуют от 8 до 9 кг водорода на 100 км, что сравнимо по энергоэффективности с дизельными автобусами.

FCEV меньшего размера дальше от широкого коммерческого использования, чем электромобили и PHEV, хотя в Японии в 2019 году на дороге было 3400 FCEV. Значительное увеличение количества ожидается в 2020-х годах. Китай планировал выпустить 5000 FCEV к 2020 году и один миллион к 2030 году. Кампания EV30 @ 30 предусматривает, что 30% продаж новых автомобилей будут составлять электромобили к 2030 году.

На рынке представлены гибридные автомобили на топливных элементах (FCHV) с электродвигателем, приводимым в действие аккумулятором, и топливным элементом, поддерживающим заряд аккумулятора и увеличивающим срок его службы (за счет более полного заряда).Емкость аккумулятора меньше, чем у обычных аккумуляторных электромобилей и PHEV, но вся батарея топливных элементов плюс водородный бак намного легче, чем у сопоставимых аккумуляторных блоков электромобилей. Возможны подключаемые FCEV с большей емкостью аккумулятора. Основная проблема FCEV, помимо стоимости, - это пока еще очень мало заправочных станций.

Силовой агрегат на топливных элементах представляет собой модульную сборку. Он включает батарею топливных элементов, системный модуль, водородные баки, аккумулятор и электродвигатель. К августу 2020 года Баллард из США поставил более 670 МВт блоков топливных элементов PEM, которые - в средних и тяжелых транспортных средствах, автобусах и грузовиках - прошли более 50 миллионов километров.Около 70% этого было в Китае.

Proton Motor Power Systems в 2020 году расширяет производственную линию недалеко от Мюнхена до 10 000 модулей топливных элементов в год. Модульные конструкции с одним стеком охватывают диапазон мощности от 2 до 16 кВт в нижнем классе мощности (PM200) и от 15 до 75 кВт в верхнем классе мощности (PM400). Компания также разработала многостековую систему для удовлетворения требований к мощности более 100 кВт для более крупных грузовиков, поездов, судов и стационарных устройств резервного питания. Его первый заказ на установку топливных элементов на систему мощностью 180 кВт должен быть доставлен в начале 2021 года.Он предусматривает использование своих топливных элементов в сочетании с аккумуляторами для гибридных электромобилей малой грузоподъемности, городских автобусов или для промышленного электроснабжения. Он поставляет в Китай системы топливных элементов мощностью 37 кВт и 67 кВт.

В 2019 году компания Nikola Corporation из Аризоны создала совместное предприятие с IVECO в Европе для разработки и продажи как электромобилей, так и тяжелых грузовиков на топливных элементах. Основная цель Nikola - продвигать грузовики FCEV, и грузовик Nikola Two FCEV ожидается на рынке в 2023 году, с дальностью 800-1200 км, мощностью до 750 кВт от электродвигателей переменного тока 800 В, с пиковым крутящим моментом до 2700 Нм за счет односкоростная трансмиссия и литий-ионный аккумулятор 250 кВтч.

Никола также планирует продавать пикап 4x4 FCHV, Badger, со стеком топливных элементов мощностью 120 кВт и дальностью действия 960 км (половина каждого из топливных элементов и аккумуляторов). В 2020 году GM купила 11% компании и будет производить Badger в версиях BEV (аккумуляторный электромобиль) и FCEV. Компания заказала щелочные электролизеры мощностью 85 МВт для поддержки водородных заправочных станций.

В апреле 2020 года Daimler Truck и Volvo Group подписали необязательное соглашение о разработке, производстве и коммерциализации систем водородных топливных элементов для большегрузных и особенно дальнемагистральных автомобилей.Daimler намерен объединить свою деятельность по производству топливных элементов и систем хранения водорода в совместном предприятии.

Аккумуляторы топливных элементов в автомобилях имеют мощность около 100 кВт или более. По сравнению с электромобилями на аккумуляторных батареях у них обычно больший запас хода, чем у электромобилей - от 400 до 500 км - с меньшим весом автомобиля и гораздо более коротким временем дозаправки - от трех до пяти минут. Обычно они несут от 4 до 7 кг водорода, хранящегося в резервуарах из углеродного волокна под давлением 700 бар (70 МПа).

Honda, Toyota и Hyundai - основные производители автомобилей, разрабатывающие FCEV.Ford, Nissan, Renault и Mercedes отказались от разработки FCEV. См. Страницу с информацией об электромобилях.

Проблема использования водорода в топливных элементах заключается в общей энергоэффективности. Если ядерный реактор вырабатывает электричество, которое используется для электролиза воды, а водород сжимается и используется в транспортных средствах, работающих на топливных элементах (при условии, что топливный элемент эффективен на 60%), эффективность намного ниже, чем если бы электричество использовалось непосредственно в электромобилях и PHEV. . * Однако, если водород может быть получен термохимическим способом, эффективность удваивается, и они сравнимы с EV / PHEV.

* Скажите: 35% x 75% x 60% x 90% = 14% оптимистично (реактор, электролиз, топливный элемент, двигатель) на:
50% x 60% x 90% = 27% для будущего термохимического водорода
cf 35% x 90% = 31% для EV.

Помимо безуглеродного производства и последующего распределения среди пользователей, хранение на борту является основной проблемой для водорода в качестве автомобильного топлива - его невозможно хранить так просто и компактно, как бензин или СПГ. Варианты - хранить его при очень низкой температуре (криогенно), при высоком давлении или химически в виде гидридов.Считается, что последнее имеет значительный потенциал, хотя заправить автомобиль не так просто.

Хранение под давлением является основной доступной сейчас технологией, а это означает, что при давлении, в 700 раз превышающем атмосферное (70 МПа), требуется в пять раз больший объем, чем для эквивалентного количества бензина / бензина. Уменьшение веса стального бака за счет использования углеродного волокна. Раньше резервуар был примерно в 50 раз тяжелее хранимого в нем водорода, теперь он примерно в 20 раз тяжелее, а новая цель в десять раз тяжелее.Хранение автобусов может быть при 35 МПа, а для автомобилей должно быть вдвое больше.

Одна многообещающая система хранения гидрида использует борогидрид натрия в качестве энергоносителя с высокой плотностью энергии. NaBH 4 катализируется с образованием водорода, оставляя борат (NaBO 2 ) для повторной обработки.

Топливные элементы в настоящее время используются в электрических вилочных погрузчиках, и ожидается, что их использование будет неуклонно расти. Очевидно, они стоят намного дороже, чем батареи, но служат в два раза дольше (10 000 часов) и имеют меньшее время простоя.

Проект Hydrogen Mobility Europe (h3ME), объявленный в 2015 году, рассчитан на шесть лет при поддержке Совместного предприятия по топливным элементам и водороду (FCH JU) при финансовой поддержке исследовательской программы ЕС Horizon 2020. Инициатива направлена ​​на значительное расширение европейского парка водородных транспортных средств и, тем самым, на подтверждение технической и коммерческой готовности транспортных средств, заправочных станций и технологий производства водорода. Он включает в себя развертывание FCEV и водородных заправочных станций (HRS), первоначально в основном в Германии, а также испытание способности электролизерно-водородных заправочных станций помочь сбалансировать электрическую сеть.Заправочные станции водородом спроектированы таким образом, чтобы заправить автомобили менее чем за пять минут.

В Германии есть поезд с водородным топливным элементом Alstom Coradia iLint с дальностью полета 1600 км, находящийся в эксплуатации с сентября 2018 года. Siemens строит прототип вагона на водородном топливном элементе для Deutsche Bahn (DB) на базе Mireo. Плюс гибридный аккумуляторно-электропоезд. В нем используются низкотемпературные топливные элементы Ballard с более высокой удельной мощностью и более длительным сроком службы, чем для автобусов и грузовиков.Он будет иметь тяговую мощность 1,7 МВт, запас хода до 600 км, скорость до 160 км / ч и время дозаправки 15 минут. DB намерена заменить все свои дизельные поезда электропоездами на водородных топливных элементах.

В 2019 году в мире насчитывалось около 370 водородных заправочных станций, 270 из которых являются общедоступными. Их было 152 в Европе, 136 в Азии и 78 в Северной Америке (большинство в Калифорнии).

Морское использование

В апреле 2020 года швейцарская электротехническая компания ABB подписала соглашение с Hydrogène de France (HDF) об оптимизации производства топливных элементов для производства мегаваттной электростанции для морских судов, которая будет построена на заводе HDF в Бордо, Франция.Схема будет основана на технологии топливных элементов с протонообменной мембраной (PEM) Ballard Power Systems. ABB заявила, что водород - не единственный рассматриваемый энергоноситель. «Хотя водород обычно предпочтительнее из-за его большей эффективности, аммиак и метанол с более высокой объемной плотностью энергии делают его хорошим выбором для глубоководного судоходства. [Вероятно] мы увидим компании, использующие различные энергоносители в зависимости от их потребностей ».

В сентябре 2019 года Japan Engine Corporation объявила о партнерстве с Национальным институтом морских исследований (NMRI) для начала разработки двигателей, работающих на водороде и аммиаке.Баллард разработал модуль топливных элементов FCwave для морских применений. Это основано на разработках NMRI двигателей, работающих на аммиаке.

МЭА Перспективы энергетических технологий на 2020 год в своем сценарии устойчивого развития прогнозирует, что к 2070 году около 12% морского транспорта будет работать на водороде, а 55% - на аммиаке, в основном в двигателях внутреннего сгорания, а не в топливных элементах, при этом с 2030 года объем этих видов топлива будет медленно расти. и более быстро, начиная с 2050 года. Топливные элементы с водородом, вероятно, будут ограничены перевозками на короткие расстояния из-за затрат на хранение.(Ядерная энергия в качестве двигателя вообще не рассматривается.)

Международная морская организация (ИМО) стремится снизить углеродоемкость выбросов от судоходства как минимум на 40% к 2030 году и на 70% к 2050 году по сравнению с уровнями 2008 года. Годовая потребность в энергии для судоходства составляет около 12 ЭДж (3300 ТВтч). На основе широких консультаций отчет Shell показал, что криогенный водород и аммиак являются двумя наиболее перспективными видами топлива для судоходства, при этом внутреннее сгорание является основной технологией, доступной в краткосрочной перспективе, но топливные элементы более привлекательны в долгосрочной перспективе.

Samsung Heavy Industries проводит передовые исследования и разработки судов, работающих на аммиаке и водороде, а также разрабатывает для этой цели реакторы на расплаве солей (см. Страницу с информацией о судах с ядерными двигателями).

Стационарные энергетические приложения

Топливные элементы могут использоваться для получения тепла или электричества или для комбинированного производства тепла и электроэнергии.

Топливные элементы, использующие водород, также могут использоваться для автономных малых стационарных электростанций для электроснабжения удаленных районов в автономных районах.Это особенно важно в тех случаях, когда работа при более высоких температурах (, например, твердооксидных топливных элементов) и хранение водорода могут быть меньшими проблемами, чем в транспортных средствах, или когда водород имеет сетчатую структуру, как природный газ. Блоки когенерационных топливных элементов для бытовой электроэнергии и тепла были развернуты в Японии в рамках схемы субсидирования до 2012 года.

Рынок приложений резервного питания становится все более важным. Приложения резервного копирования включают в себя как аварийный источник питания, так и источник бесперебойного питания (ИБП), а также резервное питание от периодически возобновляемых источников энергии.

Уголь и биомасса в жидкое углеводородное топливо

Уголь и биомасса могут быть основой жидкого углеводородного топлива, и так было уже почти столетие, с некоторой зависимостью от водорода.

Процесс Фишера-Тропша был первоначально разработан в Германии в 1920-х годах и основывался на угле, который служил топливом для Германии во время Второй мировой войны. Затем он стал основой для значительной добычи нефти в Южной Африке компанией Sasol, которая в настоящее время поставляет около 30% бензина и дизельного топлива этой страны из угля и природного газа.Однако он активно использует водород, катализируя реакцию с монооксидом углерода с образованием жидких углеводородов. Теперь водород получают из монооксида углерода путем газификации угля, при этом часть газового потока подвергается реакции конверсии воды (CO + H 2 O CO 2 + H 2 ). Используя простой черный уголь, из 14 600 тонн угля получается 25 000 баррелей синтетического топлива «нефть» (вместе с 25 000 тонн CO 2 ).

Всего: (2n + 1) H 2 + nCO ⇒ C n H 2n + 2 + nH 2 O (где n обычно 10-20)

Атомная энергетика может быть задействована двумя способами.Ядерный источник водорода в сочетании с теплом ядерных процессов более чем удвоит количество жидких углеводородов из угля и устранит большую часть выбросов CO 2 в процессе.

В качестве альтернативы, гибридная система использует ядерное электричество для электролиза воды для получения водорода и кислорода. В этом случае около 4400 тонн угля газифицируется с использованием кислорода из электролиза для получения монооксида углерода, который подается на завод Фишера-Тропша с водородом для производства 25000 баррелей синтетического топлива.В результате образуется очень мало CO 2 , который возвращается в газификатор.

Аналогично из биомассы жидкое биотопливо может быть получено путем взаимодействия материала с водородом при повышенных температурах и давлениях в присутствии катализатора. Эта технология гидроочистки используется на некоторых коммерческих предприятиях. Точно так же процесс Фишера-Тропша можно использовать при гидрообработке древесных остатков для получения жидкого топлива.

Восстановитель для металлургии, особенно сталеплавильного производства

Металлургический кокс - в основном углерод - используется в основном в металлургии, особенно в сталеплавильном производстве в качестве восстановителя.Природный газ в настоящее время также хорошо зарекомендовал себя в этой роли, что позволяет рассматривать водород, который выполняет эту роль, и позволяет избежать выбросов CO 2 .

На мировую сталелитейную промышленность приходится 7-9% прямых выбросов CO 2 . В настоящее время около 75% мирового производства приходится на доменные печи, в которых кокс является одновременно источником энергии и восстановителем. Полученный чугун содержит некоторое количество углерода, который удаляют путем вдувания кислорода для производства стали. Около 20% стали производится в дуговых электропечах, и ожидается, что эта доля будет расти.Около 7% производства стали производится за счет железа прямого восстановления (DRI), где восстановительные газы пропускаются через окомкованную железную руду при высокой температуре (800-1200 ° C) для получения пористой металлической губки, которая затем обрабатывается в электродуговой печи. Ожидается также рост использования DRI.

Половина энергии для дуговых печей вырабатывается за счет электроэнергии, которая используется для ввода ядерной энергии. Ядерное тепло от высокотемпературных реакторов имеет очевидное применение для DRI. В обоих случаях восстановителем может быть водород.

Сегодня на сектор черной металлургии приходится 4 млн. Тн 2 / год специального производства водорода. Из 14 MtH 2 / год, которые он производит в качестве побочного продукта в водородсодержащих газах, он потребляет около 9 MtH 2 / год, а оставшаяся часть экспортируется для использования в других секторах (IEA, 2019).

Зеленая сталь - это крупное направление развития, запланированное на 2020-е годы. Hydrogen Europe планирует к 2030 году произвести 20 млн тонн зеленой стали с использованием 1 млн тонн водорода. В Южной Австралии, в Уайалле, Infrabuild планирует производство зеленой стали с использованием водорода из солнечной фермы мощностью 280 МВт.Предположительно, это могло бы производить около 9000 тонн стали в год (из общего количества 1,2 миллиона тонн в год).

На севере Швеции проект HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology) был запущен в 2016 году совместным предприятием Vattenfall, LKAB (производитель железной руды) и SSAB (производитель стали). В 2020 году LKAB объявила о начале производства «губчатого железа» прямого восстановления с использованием водорода. Он планирует увеличить это количество на демонстрационной установке к 2025 году, для чего потребуется 0,25 ГВт мощности электролизера.К 2040 году для полномасштабного производства с использованием HYBRIT потребуется 10 ГВт электролизеров. (Производство LKAB составляет 18 млн т стали, что составляет 28 млн т CO 2 при использовании доменных печей.)

В Лулео, недалеко от Кируны на севере Швеции, компания h3 Green Steel, начиная с 2024 года, планирует производить 2,5 миллиона тонн зеленой стали в год к 2026 году и 5 миллионов тонн с 2030 года. Водород будет поступать из электролизера мощностью 800 МВт. Около 25 ТВтч / год электроэнергии для этого будет поступать из гидро- и ветровых источников.Электродуговая печь завершит процесс.

В июне 2021 года Росатом подписал соглашение с Металлоинвестом, крупным российским производителем стали, и Air Liquide на оценку технических и коммерческих аспектов производства водорода на металлургических заводах компании в Белгородской и Курской областях. Следует рассматривать как электролиз, так и паровой риформинг метана с улавливанием углерода. Металлоинвест ожидает, что его заводы будут потреблять до 150 000 тонн водорода в год. Он стремится модернизировать свою установку, чтобы водород первоначально составлял 30% восстановительных газов.

Сырье химическое

Помимо синтеза аммиака и производства метанола, водород используется в некоторых химических процессах.

Хранение и транспортировка водорода

Как водород газообразный или жидкий

Низкая объемная плотность энергии газообразного водорода создает проблемы для транспортировки и хранения - 90 г водорода занимает один кубический метр при стандартной температуре и давлении (STP), поэтому один килограмм водорода занимает 11,1 м. 3 в STP. Кроме того, из-за своего небольшого молекулярного размера утечки легче, чем у природного газа.Он также легко воспламеняется.

Для стационарного или переносного хранения в транспортных средствах водород сжимается, что незначительно увеличивает его стоимость. Для сжатия до 35 МПа требуется около 4,4 кВт · ч / кг · ч 2 , что дает 23 кг / м 3 H 2 . Крупномасштабное хранилище должно быть криогенным.

По оценкам Hydrogen Europe, в Европе с 1,7 миллионами километров газопроводов и газопроводов 50 000 км газопроводов можно преобразовать в водородные трубопроводы за 25 миллиардов евро.Инициатива European Hydrogen Backbone (EHB) была запущена в середине 2020 года, и к апрелю 2021 года к проекту присоединились 23 системных оператора из 21 страны, чтобы создать сеть протяженностью почти 40 000 км к 2040 году, 69% которой будут основаны на существующих газопроводы.

В Германии операторы газотранспортных сетей предложили реализовать магистраль водородного трубопровода протяженностью 5900 км путем модернизации существующих газопроводов и подключения производства водорода к промышленным потребностям с помощью хранилища соляной каверны.

В Нидерландах была предложена аналогичная программа, которая обошлась бы в 5-6 миллиардов евро, что составляет четверть стоимости строительства нового выделенного водородного трубопровода.

Для хранения или транспортировки на большие расстояния водород можно сжижать криогенным способом, но температура кипения очень низкая: минус 253 ° C. Это сопоставимо с СПГ при минус 163 ° C и аммиаком при минус 33 ° C, поэтому требуется лучшая изоляция. Плотность жидкого водорода составляет около 71 кг / м3. 3 (8,52 МДж / л) и до 13 кВтч / кгч 2 (около 47 МДж / кгч 2 ) требуется для его сжижения.Дополнительная стоимость, вероятно, составит более 2 долларов за кг.

Для импорта и экспорта морские порты рассматривают необходимые объекты для водорода, а Роттердам с дистрибьютором Gasunie планируют совместно построить и эксплуатировать водородный трубопровод, соединяющий порт Роттердам в качестве водородного узла с национальной водородной сетью, разрабатываемой Gasunie.

Япония построила танкер с жидким водородом Lh3 для морской торговли. Он базируется в Кобе.

В качестве производного водорода: аммиак

Аммиак (NH 3 ) является хорошим переносчиком водорода или средством длительного хранения.Это ключевая часть водородной картины, поскольку его можно хранить или перемещать на большие расстояния с гораздо меньшими затратами, чем сам водород.

Аммиак будет производиться путем некоторой доработки процесса Хабера-Боша, требующего 2–3 кВтч / кгч 2 или 14 кВтч / кг аммиака, а затем диссоциировать с выделением водорода, что требует около 8 кВтч / кгч 2 . Конверсия на аммиак и обратно, вероятно, увеличит стоимость производства водорода примерно на 1 доллар США / кг.

Аммиак имеет термические свойства, аналогичные пропану, его легко охладить и сжимать в жидкую форму для транспортировки и хранения (точка кипения минус 33 ° C), а также плотность энергии, которая может конкурировать с ископаемым топливом на основе углерода.Он содержит 17,7% водорода по весу. Плотность энергии аммиака 18,6 МДж / кг * сопоставима с удельной энергией сжатого природного газа и метанола, но примерно вдвое меньше, чем у бензина / бензина, дизельного топлива и сжиженного нефтяного газа (СНГ).

* 4,32 кВтч / л или 5,18 кВтч / кг. Исходя из этого количества аммиака могут быть указаны в ГВтч, PWh, и т.д. , как и с водородом.

Аммиак рассматривается как крупномасштабное решение проблем хранения и перемещения водорода за пределы трубопроводов.В зависимости от источника водорода аммиак может быть «зеленым», «синим» или «серым». Уже сейчас ежегодно транспортируется более 100 миллионов тонн аммиака, поэтому перевалка налажена. Его можно хранить и перемещать при давлении 800-1000 кПа, как и пропан, или в охлаждаемых резервуарах.

После хранения или транспортировки аммиак можно диссоциировать или «расщепить» обратно на водород и азот путем термокаталитического разложения или электроокисления, хотя получение водорода высокой чистоты не доказано в масштабе.В щелочных топливных элементах используется неочищенный водород (около 90%), крекированный из аммиака, но для топливных элементов PEM требуется продукт высокой чистоты (99,9%). Аммиак также может использоваться непосредственно в топливных элементах или морских двигателях внутреннего сгорания или в смеси с бензином / бензином.

Как металлогидрид

Хранение гидридов имеет потенциал, и одна многообещающая система хранения гидридов использует борогидрид натрия (NaBH 4 ) в качестве энергоносителя с высокой плотностью энергии. NaBH 4 катализируется с образованием водорода, оставляя борат (NaBO 2 ) для повторной обработки.

Жидкие носители органического водорода (LOHC)

Водород может быть объединен с толуолом с образованием метилциклогексана (MCH), который можно хранить и транспортировать при температуре и давлении окружающей среды. Японские компании во главе с Chiyoda и Mitsubishi изучают экономическую целесообразность этого. LOHC кажется наиболее подходящим для транспортировки водорода на большие расстояния.


Примечания и ссылки

Список литературы

1. Будущее водорода - использование сегодняшних возможностей, отчет, подготовленный МЭА для G20, Япония (июнь 2019 г.) [Назад]
2.Совет по водороду, McKinsey & Company, Hydrogen Insights - Перспективы инвестиций в водород, развития рынка и ценовой конкурентоспособности, (февраль 2021 г.) [Назад]

Общие источники

Центр данных по альтернативным видам топлива, Министерство энергетики США, веб-страница о возобновляемом углеводородном биотопливе
Веб-сайт Ammonia Energy Association
Веб-сайт
Департамента энергетики США по водородным технологиям и технологиям топливных элементов (HFTO) Том Коппел и Джей Рейнольдс, Учебник по топливным элементам: обещание и подводные камни (2000),
Бенджамин Расс и Боб Бэкингем, Краткое изложение процесса получения серы и йода для понижающего выбора водородной технологии: пакет производительности процесса, General Atomics (июнь 2009 г.)
Международное агентство по атомной энергии, Производство водорода с использованием ядерной энергии, Серия ядерной энергии МАГАТЭ No.NP-T-4.2 (март 2013 г.)
Подвижность водорода в Европе возрастает, Энгерати (июль 2016 г.)
Григорий Соловейчик, Агентство перспективных исследовательских проектов - Энергетика (ARPA-E), Министерство энергетики США, Аммиак как виртуальный переносчик водорода, представил на семинаре h3 @ Scale, состоявшемся 16-17 ноября 2016 г. в Голдене, Колорадо, США. Национальная дорожная карта по водороду
. - Пути к экономически устойчивой водородной промышленности в Австралии, Организация научных и промышленных исследований Содружества (2018)
Международное энергетическое агентство, Будущее водорода: использование сегодняшних возможностей, Отчет, подготовленный МЭА для G20, Япония (июнь 2019 г.)
Веб-страница Международного энергетического агентства по водороду
Водород с нулевым содержанием углерода: важный вариант смягчения последствий изменения климата - потенциальная роль ядерной энергии, Сеть вариантов энергоснабжения (июль 2020 г.)
Юн-Лян По, Большие надежды - Азия, Австралия и Европа - лидеры формирующейся экологически чистой водородной экономики, но вероятность задержки проекта, Институт экономики энергетики и финансового анализа (август 2020 г.)
Себастьян Тиммерберг и др., Водород и топливо, полученное из водорода путем разложения метана в природном газе - выбросы парниковых газов и затраты, Преобразование энергии и управление: X, Том 7, 100043 (сентябрь 2020 г.)
Международное энергетическое агентство, Перспективы энергетических технологий 2020
Эрик Ингерсолл и Кирсти Гоган, Недостающее звено в благоприятном для жизни климате - как синтетическое топливо на основе водорода может помочь в достижении парижских целей, LucidCatalyst (сентябрь 2020 г.) Апрель 2021 г.)
Роксана Пинки и др., Сравнительный обзор технологий производства водорода для ядерных гибридных энергетических систем, Progress in Nuclear Energy , Volume 123 (май 2020 г.)

Рынок водородных котлов

По оценкам МЭА, доля выбросов CO2 в строительном секторе растет и достигла почти 10 ГтCO2, что составляет около 28% от общих мировых выбросов CO2, связанных с энергетикой. Этот показатель может даже увеличиться до 38%, если добавить выбросы от строительной отрасли.Есть огромные возможности для сокращения выбросов в строительном секторе, который является третьим по величине загрязнителем после промышленности и транспорта.

Отопление помещений и нагрев воды являются двумя основными виновниками энергопотребления и выбросов CO2 в строительном секторе. Неэффективные котлы и энергоемкая энергия, потребляющая углерод, могут еще больше усугубить выбросы.

В системах отопления происходят некоторые усовершенствования, и водородные котлы - одно из них.Однако эта технология еще не получила полного коммерческого внедрения. Водородные котлы считаются идеальной заменой котлам, работающим на природном газе.

Водородные котлы - это гибридные газовые отопительные котлы, работающие на природном газе или 100% водороде. Преимущество использования водорода заключается в том, что это безуглеродный газ, который выделяет только воду при сгорании, тогда как природный газ выделяет CO2 при сгорании.

Типы котлов

Котлы используются для горячей воды или пара.Существует три типа систем котлов: обычные, системные и комбинированные (также известные как комби).

Обычные котлы - это традиционные котлы, которые зависят от резервуара холодной воды для подпитки накопителя горячей воды для поддержания уровня воды в системе центрального отопления. С другой стороны, системные котлы не полагаются на резервуар для холодной воды, а нуждаются в резервуаре для горячей воды для хранения нагретой воды. Комбинированные котлы не нуждаются в баке или цилиндре и производят горячую воду по запросу. Это также водонагреватель и котел центрального отопления в одном компактном блоке.Существует также комбинированный теплоэнергетический котел (ТЭЦ), который вырабатывает тепло и электроэнергию в рамках единого процесса.

Большинство котлов во всем мире предназначены для работы на природном газе, но другие типы котлов работают на электричестве, угле, масле, паре и древесине.

  • Водородные котлы могут работать на 100% водороде или природном газе.
  • Газовые котлы используют в качестве топлива природный газ.
  • Электрические котлы используют электричество для нагрева воды.
  • Масляные котлы работают на масле.
  • В котлах, работающих на сжиженном нефтяном газе, в качестве источника используется сжиженный углеводородный газ.
  • Котлы на биомассе сжигают древесные гранулы или щепу для нагрева воды, которая затем используется для обогрева помещений и обеспечения горячей водой.

Технология водородных котлов

Одним из разрабатываемых типов технологий является интегрированный котел. Другими словами, котел может удовлетворить свою потребность в энергии, производя водород. В идеальном мире котлы должны работать именно так и способствовать сокращению выбросов. Однако особого успеха технология не получила.Стоимость может быть одним из препятствий, поскольку развертывание таких технологий требует финансирования.

Итальянская Giacomini была первой компанией, которая представила технологию котлов с интегрированной системой еще в 2010 году после усовершенствования технологии водородных котлов, работающих на сжигании водорода. С тех пор его котел H₂ydroGEM доступен на рынке. Котел может производить водород через встроенный электролизер, используя электроэнергию через солнечные батареи. Он выделяет кислород в качестве побочного продукта в атмосферу и хранит водород в резервуаре, который поставляется вместе с котлом.Котел работает на водороде с катализаторами, обеспечивающими беспламенное горение. Он также отправляет водород в дополнительную систему топливных элементов для производства электроэнергии. Операционные расходы на эксплуатацию H₂ydroGEM практически отсутствуют.

Технология водородных котлов Giacomini (H₂ydroGEM)

Помимо технологии интегрированных котлов, технология котлов ТЭЦ (комбинированного производства тепла и электроэнергии) использует топливные элементы с природным газом в качестве входа. Топливные элементы выполняют электрохимическую реакцию с выделением тепла и электричества.В настоящее время только две компании предлагают эту технологию в Великобритании. Одним из них является Bluegen, дочерняя компания итальянской компании Solid Power Spa Group. Другой - немецкая Viessmann, разработавшая технологию в партнерстве с японской Panasonic.

Помимо этих двух технологий, существует быстро развивающаяся технология, которая, вероятно, заменит природный газ водородом. Технология предлагает водородные котлы, которые повторяют тот же рабочий процесс, что и котлы, работающие на природном газе.

Некоторые критики заявили бюллетеню h3, что водородные котлы не приносят большой технической революции. Единственное изменение, которое это приносит, - это сжигание другого топлива, в данном случае водорода. Один из основных вопросов будет заключаться в том, откуда в этих котлах будет поступать водород? Будут ли они использовать зеленый водород или водород на основе ископаемого топлива?

Водородные котлы также называют «гибридными котлами», поскольку они совместимы с природным газом и 100% чистым водородом. Британская компания Worcester Bosch, входящая в состав Robert Bosch GmbH, и BDR Thermea Group находятся в авангарде разработки таких котлов.Они уже разработали и испытали котлы, которые могут работать на 100% водороде. В пилотных проектах уже установили водородные котлы в разных местах.

Теоретически котлы, которые разрабатывают Worcester Bosch и BDR Thermea, также физически похожи на существующие газовые котлы. Поэтому водородные котлы можно устанавливать в домах без дополнительных ремонтных работ. Worcester Bosch тестирует свою котельную технологию в нежилых домах в Великобритании. Это часть немецкой транснациональной инженерной и технологической компании Robert Bosch GmbH.

BDR Thermea Group заявила, что ввела в эксплуатацию первый в мире бытовой водородный котел в реальных условиях в Розенбурге, Нидерланды. Компания разработала технологию в своем центре исследований и разработок (R&D) BDR Thermea Group в Италии. Он планирует больше полевых испытаний и нацелен на установку сотен водородных котлов в ближайшие годы. BDR Thermea Group со штаб-квартирой в Апелдорне, Нидерланды, управляет некоторыми ведущими брендами, включая De Dietrich, Baxi, Remeha, Brotje, Chappee, Utica, Dunkirk и Baymak.

Worcester Bosch и BDR Thermea разрабатывают водородные котлы

Сходства, различия и проблемы

  • Водородные котлы устанавливаются и работают так же, как котлы, работающие на природном газе. Никаких дополнительных изменений при установке не требуется.
  • Как и природный газ, водород также можно распределять по трубопроводам. Однако, в отличие от природного газа, водород менее плотный, и его необходимо сжимать и хранить под высоким давлением.Водород также может реагировать на некоторые металлы и даже может повредить определенные трубопроводы.
  • Подобно водороду, природный газ также не имеет запаха в нормальном состоянии. Искусственный запах добавляется к природному газу с помощью химического вещества, называемого меркаптан, для придания ему характерного запаха, помогающего обнаруживать утечки. Для решения проблемы утечки к водороду также можно добавить искусственный запах.
  • В настоящее время производство водорода рентабельным способом в больших масштабах является сложной задачей. Производство зеленого водорода с использованием метода электролиза в настоящее время не является рентабельным.Кроме того, инфраструктура для производства водорода в больших количествах еще не создана. В настоящее время единственный подход, который кажется жизнеспособным, - это производство голубого водорода методом парового риформинга метана (SMR) с технологией хранения углерода (CSS), чтобы сделать его экологически безопасным.
  • Водород может быть немного более подвержен риску возгорания по сравнению с природным газом, поскольку он быстрее рассеивается. Поскольку водород имеет более низкую плотность, в случае утечки он может легко растекаться. Однако быстрое распространение также является преимуществом, так как может быстро потерять концентрацию.
  • Природный газ горит типичным синим пламенем, тогда как водород горит бледно-голубым пламенем, которое почти не видно в темноте. Однако технология водородных котлов решит такие проблемы, особенно обнаружение пламени.
  • Потребуются структурные изменения существующей трубопроводной инфраструктуры, чтобы сделать ее совместимой с транспортировкой водорода. Однако это потребовалось бы, когда через сеть начнет течь 100% водород.
  • При переходе на 100% водород не будет никакого углеродного элемента, обеспечивающего ток ионизации.Следовательно, производителям котлов придется искать альтернативные методы.

Перспективы

Будущее водородных котлов выглядит многообещающим и может стать лучшей альтернативой газовым котлам для сокращения выбросов углерода. Однако стоимость производства зеленого водорода должна снизиться.

Килский университет в Великобритании реализует проект под названием HyDeploy по оценке жизнеспособности смешивания 20% водорода с природным газом в национальной энергосистеме.Считается, что при смеси 20:80 нет необходимости менять котлы или установку в большинстве домов Великобритании. Великобритания планирует начать использовать смесь водорода и природного газа 20:80 к 2025 году. Это означает, что большинство современных котлов готовы к использованию природного газа с содержанием водорода не менее 20%.

В конце первого квартала 2021 года около 650 домов в небольшой британской деревушке под Ливерпулем под названием Винлатон будут частично отапливаться водородом с использованием смесей 20:80 в течение 10 месяцев.Законодательство Великобритании никогда не допускает, чтобы доля водорода в национальной энергосистеме составляла более 0,1%. HyDeploy утверждает, что 20% газовой смеси в настоящее время является самой высокой долей, тестируемой в Европе.

По оценкам, во всем мире установлено около 150 миллионов бытовых котлов. Итак, с появлением технологии водородных котлов возникла огромная потребность в замене. Крупные котельные компании стараются воспользоваться этой возможностью как можно быстрее; хотя законодательство и отсутствие инфраструктуры являются основными препятствиями для развертывания водородных котлов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *