Водородный котел отопления, построение устройства в частном доме своими руками

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

Уникальные особенности котлов на водороде

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

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

Главное уникальное свойство элемента – его неисчерпаемость в недрах и окружающем мире.

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

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

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

Основные нюансы водородных котлов

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

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

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

Плюсы обогрева водородом

Котел, работающий на водороде, востребован по многим причинам:

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

Недостатки водородных котлов

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

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

Самостоятельное сооружение

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

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

Как устроен самодельный котел отопления на водороде?

Система водородного обогрева состоит из генератора, горелки и котла.

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

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

Принцип действия котла

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

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

Монтаж водородного котла

Для монтажа конструкции следует приобрести такие комплектующие:

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

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

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

Оправдана ли самостоятельная сборка водородного котла?

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

 

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

Использование водородного генератора для отопления частного дома

Современные методы отопления зданий и помещений предложены на отечественном рынке в виде множества вариантов. Вполне объяснимо, что потребители выбирают те, которые обещают максимальную эффективность при минимальных затратах.

Одним из альтернативных способов обогрева помещения считается применение водородного генератора.

Немного истории

Принцип действия водородной энергии был отмечен еще в древние времена. Известный врачеватель Парацельс при проведении своих научных экспериментов заметил, что при соединении некоторых элементов образуются пузырьки, которые он в то время принял за воздух. Позже выяснилось, что это был водород, представляющий собой газ без цвета, при определенных условиях проявляющий взрывные свойства.

В настоящее время водород научились использовать в разных целях, в том числе – для отопления жилого дома или любых других сооружений. Эти технологии активно развивают и внедряют во множестве отраслей. Являясь новшеством на рынке научных разработок, обогрев водородом уже заинтересовал многих потребителей и продолжает набирать популярность среди широких масс.

Доказано, что водород считается не только довольно распространенным, но и легкодоступным веществом. Единственная сложность – его приходится добывать из химических соединений, чаще всего – воды.

Особенности водородного генератора

Исходя из требований и квадратуры частного или муниципального сооружения, необходимо выбрать водородную горелку с оптимальным уровнем мощности, адаптированным под нужды конкретного помещения.

Следует заметить, что максимально возможный показатель мощности генераторов равняется 6.

Получение водорода, по праву признанного самым экономичным видом топлива, возможно в любом количестве. Обязательным условием для этого является наличие электрической энергии, а также воды.

Основная задача техники – полноценное самостоятельное отопление помещений. Однако установки, работающие на основе водорода, могут отлично дополнять уже работающие системы обогрева дома. Следует только следить за тем, чтобы все элементы теплосистемы функционировали на уровне низких температур.

Также эти агрегаты используются для обогрева помещения с помощью теплых полов, которые в настоящее время легко собрать своими руками.

Принцип действия устройства

Процесс выработки тепла основан на электролизе воды в среде, насыщенной катализатором. Главное условие нормальной работоспособности, а также безопасности генератора в том, что в таких условиях вода не распадается на кислород и водород, сочетание которых может быть взрывоопасным.

Современные генераторы работают на выработку газа Брауна. Это совершенно невзрывоопасное вещество коричневатого или зеленого оттенка, называемое также водяным газом. После выработки и нагревания до 40 градусов он сразу идет на камеры сгорания, а конкретнее – в теплообменник. Там происходит его смешивание с воздушно-топливными элементами.

Компоненты водородного генератора

Основными конструктивными составляющими простейшего водородного агрегата являются трубы и непосредственно котел. Часто никаких технических аксессуаров или дополнительных элементов и приспособлений больше не требуется.

Это касается и комплектующих, предназначенных для вывода продуктов горения. Ведь в результате функционирования генератора в атмосферу выделяется исключительно пар: водяной, чистый и совершенно безопасный.

Часто горелки такого типа имеют модульную конструкцию, в каждой части которой работает свой катализатор, что увеличивает общую эффективность работы системы.

Что касается труб для системы водородного отопления, то целесообразно применять те, диаметр которых находится в диапазоне от 1 до 1,25 дюймов. Допускаются некоторые отклонения, но чаще всего для обогрева дома используют конкретно эти. Важное правило, которым не следует пренебрегать при установке отопительных труб, – каждое предыдущее разветвление должно быть большим по диаметру, чем последующее.

Особенности электролитического генератора водорода

Водородный генератор, основанный на принципе электролиза, выпускают чаще всего в контейнерном исполнении. Обязательным условием приобретения такого устройства для отопления считается наличие следующих документов: разрешение от Ростехнадзора, сертификаты (соответствия ГОСТР и гигиенический).

Электролитический генератор состоит из следующих элементов:

• блока, включающего в себя трансформатор, выпрямитель, распределительные коробки и устройства, блок пополнения и деминерализации воды;
• устройства для раздельного получения водорода и кислорода – электролизера;
• системы анализа газа;
• системы охлаждения жидкости;
• системы, направленной на обнаружение возможной утечки водорода;
• панели управления и автоматической системы контроля.

Для достижения максимально эффективного процесса электропроводности применяют капли щелока. Резервуар с ним пополняется по мере необходимости, но чаще всего это происходит примерно 1 раз в год.
Любые электролитические генераторы промышленного типа производятся на основании европейских норм экологии и безопасности.

Опытным путем доказано, что покупка водородного электролитического генератора намного выгоднее регулярного приобретения газа. Так, для производства 1 кубометра газа из водорода и кислорода требуется всего порядка 3,5 кВт электрической энергии, а также пол-литра деминерализованной воды.

Преимущества использования водородного агрегата

Устройство привлекает многих по следующим причинам:

• Коэффициент полезного действия составляет порядка 90%, техника конкурирует с самыми передовыми достижениями науки и техники, связанными с отоплением любого дома.
• Для достижения тепла нет необходимости в применении пламени. Весь процесс основан на химических реакциях с катализаторами.
• Абсолютная безвредность устройства.
• Генераторы из водорода представляют собой источники чистой энергии, которую нельзя исчерпать.
• Применение водорода как основного источника тепла минимизирует необходимость в постоянной эксплуатации ископаемых ресурсов, затраты на добычу которых во много раз превышают затраты на производство тепла из водорода.
• Совершенная беззвучность работы агрегата. Монтаж устройства не требует проведения отдельных дымоходов.

Негативные стороны водородного типа обогрева зданий

Справедливости ради стоит выделить некоторые минусы такого метода отопления:

• взрывоопасность, которая может быть спровоцирована некорректной эксплуатацией агрегата;
• недостаточная распространенность водородных устройств на российском рынке, что сопровождается проблемами с монтажом или покупкой оборудования;
• нехватка специалистов и сервисных мастеров, способных сертифицировать или обслуживать отопительные приборы такого класса.

Возможно ли самостоятельное создание водородного генератора?

Лучше не рисковать, т. к. подобный процесс связан не только с необходимостью знания тонкостей техники и химии, но также требует должного соблюдения правил безопасности. Зато монтаж оборудования своими руками возможен. Для этого достаточно соблюдать инструкцию и не допускать самодеятельности.

Обогрев любого дома должен обеспечивать не только комфортное проживание человека, но и экологическую чистоту окружающей среды. Это достигается за счет того, что после сгорания водорода не образуется никаких вредных соединений.

В западных странах отопление с помощью водородных генераторов получило широкое признание и экономическое обоснование. Если подобный метод приживется и в России – это значительно повысит эффективность обогрева с минимальными затратами на ресурсы.

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

водорода | Энергия

На водород приходится менее 2% нынешнего потребления энергии в Европе, и он в основном используется для производства химической продукции, такой как пластмассы и удобрения. 96% этого производства водорода производится за счет природного газа, при этом выделяется значительное количество CO2.

Однако водород можно производить и из возобновляемых источников энергии. Ожидается, что так называемый возобновляемый водород (также называемый зеленым водородом) будет играть ключевую роль в декарбонизации секторов, в которых другие альтернативы могут оказаться невозможными или более дорогими.Сюда входят перевозки тяжелых грузов и транспортных средств на большие расстояния, а также энергоемкие производственные процессы.

Возобновляемый водород и декарбонизация

Возобновляемый «зеленый» водород может быть произведен в электролизерах путем разделения воды на кислород и водород с использованием возобновляемой электроэнергии. Возобновляемый водород, в свою очередь, можно использовать для производства промышленных продуктов, таких как зеленые удобрения и зеленая сталь. Он также может использоваться в секторе мобильности, особенно в тяжелых и дальних транспортных приложениях.

Он также совместим с электроэнергетическим сектором, в котором все больше доминируют возобновляемые источники энергии, обеспечивая долгосрочное и крупномасштабное хранение и гибкость энергетической системы.

Возобновляемый водород также может помочь сбалансировать спрос и предложение на электроэнергию в изолированных или автономных регионах ЕС или для конкретных и местных целей, сосредоточенных в городе или ограниченной зоне.

Водородная стратегия ЕС

Стратегия ЕС по интеграции энергетической системы наметит видение создания более разумной, более интегрированной и оптимизированной энергетической системы, в которой все сектора могут в полной мере способствовать декарбонизации.Водород будет важным элементом этой стратегии, но его ключевая роль и более широкий охват требуют особого подхода.

В этом контексте Комиссия приняла 8 июля 2020 года новую специальную стратегию по водороду в Европе, параллельно со стратегией интеграции энергетической системы. Он объединит различные направления деятельности, от исследований и инноваций в сфере производства и инфраструктуры до международного измерения

Новая водородная стратегия будет исследовать потенциал чистого водорода, чтобы помочь процессу декарбонизации экономики ЕС экономически эффективным способом в соответствии с целью достижения климатической нейтральности на 2050 год, изложенной в Европейском зеленом соглашении.Это также должно способствовать избавлению от экономических последствий COVID-19.

В рамках стратегии будут изучены действия по поддержке производства и использования чистого водорода с упором, в частности, на внедрение возобновляемых источников водорода. Более подробная информация в информационном бюллетене «Водородная стратегия для климатически нейтральной Европы».

Перед принятием стратегии ее идеи были представлены в Дорожной карте водородной стратегии ЕС, которая была запущена 26 мая и открыта для отзывов заинтересованных сторон и общественности до 8 июня 2020 года.

Для поддержки водородной стратегии Комиссия провела исследование производства водорода в Европе. В исследовании собраны доказательства, основанные на последних общедоступных данных, для определения инвестиционных возможностей в цепочке создания стоимости водорода в период с 2020 по 2050 год и связанных с этим преимуществ с точки зрения рабочих мест.

Складской потенциал

Некоторые отрасли, вероятно, будут по-прежнему полагаться на горючее топливо для различных целей в будущем. Это означает, что стремление ЕС к достижению углеродно-нейтрального баланса вряд ли будет достигнуто в одиночку за счет более широкого использования электрификации.Одним из возможных решений является преобразование возобновляемых источников энергии в водород, поскольку обработанный водород обеспечивает высококачественное тепло, которое можно использовать на транспорте в качестве топлива, в промышленности в качестве материала и в сельском хозяйстве для удобрений.

Потенциал хранения водорода особенно полезен для электрических сетей, поскольку водород позволяет использовать возобновляемые источники энергии не только в больших количествах, но и в течение длительных периодов времени. Примечательно, что это означает, что водород может помочь повысить гибкость энергетических систем за счет уравновешивания спроса и предложения, когда вырабатывается слишком много или недостаточно энергии.Это также поможет повысить энергоэффективность по всей Европе.

Европейская комиссия опубликовала в апреле 2020 года исследование влияния использования биометана и водородного потенциала на трансъевропейскую инфраструктуру, показывающее, что биометан и водород будут играть более важную роль в энергетической системе ЕС, учитывая продолжающуюся декарбонизацию. Специальная нормативная база, включая Трансъевропейские энергетические сети (TEN-E) и механизм подключения к Европе (CEF), будет стимулировать их развитие.

Сеть водородной энергетики

Комиссия создала неофициальную группу экспертов, состоящую из представителей министерств, отвечающих за энергетическую политику в государствах-членах ЕС, под названием Сеть водородной энергетики (HyENet). Эта группа экспертов направлена ​​на поддержку национальных властей, отвечающих за энергетическую политику, в развитии возможностей, предоставляемых водородом в качестве энергоносителя.

HyENet будет выступать в качестве неформальной платформы для обмена информацией, обмена передовым опытом, опытом и последними разработками, а также совместной работы по конкретным вопросам.

Протоколы собрания доступны для общественности.

Европейский альянс по чистому водороду

Европейский альянс по чистому водороду был объявлен как часть новой промышленной стратегии для Европы в марте 2020 года и был запущен 8 июля 2020 года одновременно с водородной стратегией ЕС.

Альянс объединяет промышленность, национальные и местные органы власти, гражданское общество и другие заинтересованные стороны. Он нацелен на амбициозное внедрение водородных технологий к 2030 году, объединив производство возобновляемого и низкоуглеродного водорода, спрос в промышленности, мобильности и других секторах, а также передачу и распределение водорода.

На первом заседании Европейского водородного форума (ноябрь 2020 г.) альянс вступил в новую решающую фазу и согласился провести шесть тематических круглых столов в ключевых областях производства, транспортировки и использования водорода.

Исследовательские инициативы

ЕС продвигает несколько исследовательских и инновационных проектов по водороду в рамках Horizon 2020. Управление этими проектами осуществляется через совместное предприятие по топливным элементам и водороду (FCH JU) — совместное государственно-частное партнерство, которое поддерживается Европейской комиссией.

Европейская комиссия и FCH JU являются партнерами ассоциации Hydrogen Europe, Европейской ассоциации водорода и топливных элементов. Hydrogen Europe продвигает водород

Производство водорода | Водород

Метод: Электролиз
Вкратце: Процесс, при котором вода (h3O) расщепляется на водород (h3) и кислород (O2) с подводом энергии и тепла в случае высокотемпературного электролиза.
На практике: Электрический ток разделяет воду на составные части.Если используется возобновляемая энергия, газ имеет нулевой углеродный след и известен как зеленый водород.

Метод: Риформинг — прежде всего риформинг природного газа, но также и биогаза
Вкратце: Основные способы превращения природного газа, в основном метана, в водород включают реакцию либо с паром (паровой риформинг или паровой риформинг метана, когда используется метан), кислородом (частичное окисление), либо с обоими последовательно (автотермический риформинг)
На практике: Паровой риформинг: в качестве окислителя используется чистый водяной пар.Реакция требует введения тепла («эндотермический»).

Метод: Водород из других промышленных процессов, которые создают водород в качестве побочного продукта.
Вкратце: Электрохимические процессы, такие как промышленное производство каустической соды и хлора, производят водород как побочный продукт.
На практике: Производство хлора и каустической соды сводится к пропусканию электрического тока через рассол (раствор соли — хлорида натрия — в воде).Рассол диссоциирует и рекомбинирует посредством обмена электронов (доставляемых током) на газообразный хлор, растворенную каустическую соду1 и водород. По характеру химической реакции хлор, каустическая сода и водород всегда производятся в фиксированном соотношении: 1,1 тонны каустика и 0,03 тонны водорода на тонну хлора.

риформинг

Паровой риформинг метана (SMR):

Как уже было описано выше, в настоящее время большая часть производимого сегодня водорода производится с помощью процесса с интенсивным выбросом CO2, называемого паровым риформингом метана.

Высокотемпературный пар (700–1000 ° C) используется для производства водорода из источника метана, например природного газа. При паровом риформинге метана метан реагирует с паром под давлением 3–25 бар (1 бар = 14,5 фунтов на кв. Дюйм) в присутствии катализатора с образованием водорода, монооксида углерода и относительно небольшого количества диоксида углерода. Паровой риформинг эндотермический , то есть для протекания реакции в процесс необходимо подвести тепло.

Затем в так называемой «реакции конверсии водяного газа» монооксид углерода и водяной пар реагируют с использованием катализатора с образованием диоксида углерода и большего количества водорода.На заключительном этапе процесса, называемом «адсорбция при переменном давлении», диоксид углерода и другие примеси удаляются из газового потока, оставляя практически чистый водород. Паровой риформинг также можно использовать для производства водорода из других видов топлива, таких как этанол, пропан или даже бензин.

Для химиков:

Реакция парового риформинга метана
Ch5 + h3O (+ тепло) → CO + 3h3

Реакция конверсии водяного газа
CO + h3O → CO2 + h3 (+ небольшое количество тепла)

Частичное окисление

При частичном окислении метан и другие углеводороды в природном газе реагируют с ограниченным количеством кислорода (обычно из воздуха), которого недостаточно для полного окисления углеводородов до диоксида углерода и воды.При доступном количестве кислорода меньше стехиометрического, продукты реакции содержат в основном водород и монооксид углерода (и азот, если реакция проводится с воздухом, а не с чистым кислородом), а также относительно небольшое количество диоксида углерода и других соединений. Впоследствии в реакции конверсии водяного газа монооксид углерода реагирует с водой с образованием диоксида углерода и большего количества водорода.

Частичное окисление — это экзотермический процесс , при котором выделяется тепло.Этот процесс обычно намного быстрее, чем паровой риформинг, и требует меньшего размера реактора. Как видно из химических реакций частичного окисления, в этом процессе первоначально образуется меньше водорода на единицу входящего топлива, чем получается при паровом риформинге того же топлива.

Для химиков:

Реакция частичного окисления метана
Ch5 + ½O2 → CO + 2h3 (+ тепло)

Реакция конверсии водяного газа
CO + h3O → CO2 + h3 (+ небольшое количество тепла)

Источник: энергетика.gov

Паровой риформинг метана (ПМР) для биогаза
Процесс SMR также может быть использован для производства водорода из биогаза.

Электролиз

Несмотря на то, что водород можно производить разными способами, наиболее интересной, но и многообещающей частью является получение водорода путем электролиза воды.

В этом процессе электролиз расщепляет воду на водород и кислород с помощью электричества.Если используемое электричество происходит из возобновляемых источников энергии, таких как ветер или солнце, а произведенный водород используется в топливных элементах, то весь энергетический процесс не будет создавать чистых выбросов. В данном случае речь идет о «зеленом водороде».

Электролизер состоит из источника постоянного тока и двух электродов с покрытием из благородного металла, разделенных электролитом. Электролит или ионный проводник может быть жидкостью, например проводящим раствором едкого калия (гидроксид калия, КОН) для щелочного электролиза.
В щелочном электролизере катод (отрицательный полюс) теряет электроны в водном растворе.

Вода диссоциирует, что приводит к образованию водорода (h3) и гидроксид-ионов (OH —
Носители заряда движутся в электролите к аноду. На аноде (положительный полюс) электроны поглощаются отрицательными анионами OH -. Анионы ОН — окисляются с образованием воды и кислорода. Кислород поднимается на аноде. Мембрана предотвращает смешивание продуктовых газов h3 и O2, но пропускает ионы OH -.Электролизеры состоят из отдельных ячеек и узлов центральной системы (баланс завода). Комбинируя электролитические ячейки и батареи, производство водорода можно адаптировать к индивидуальным потребностям.

Электролизеры различаются по материалам электролита и температуре, при которой они работают: низкотемпературный электролиз (LTE), включая щелочной электролиз (AE) , электролиз с протонообменной мембраной (PEM ) и анионообменная мембрана ( AEM) электролиз (также известный как щелочной PEM) и высокотемпературный электролиз (HTE).Последняя группа, в первую очередь, включает электролиз твердого оксида (SOE ), но он все еще находится на продвинутой стадии исследований и разработок, и продукты еще не коммерчески доступны. Ожидается, что по достижении рыночной зрелости его преимущества будут включать повышенную эффективность преобразования и возможность производства синтез-газа непосредственно из пара и CO 2 для использования в различных приложениях, таких как синтетическое жидкое топливо (E4tech 2014, IEA 2015b).

Высокотемпературный электролиз особенно интересен, когда рядом с электролизером есть источник тепла (как это часто бывает на промышленных предприятиях или), более экономически эффективен, чем традиционный электролиз при комнатной температуре.Действительно, часть энергии поставляется в виде тепла, которое либо бесплатно, либо дешевле, чем электричество, а также потому, что реакция электролиза более эффективна при более высоких температурах.
Выбор той или иной технологии электролиза зависит от потребностей использования и местных условий.

Водород похож на электричество в том смысле, что его использование не вызывает никаких выбросов. Его углеродный след связан с его производственным режимом. В случае водорода, полученного путем электролиза, его углеродный след в виде водорода напрямую связан с источником электричества.Таким образом, водород, производимый из безуглеродных возобновляемых источников или атомной энергии, не содержит углерода. Водород, произведенный с помощью сетки, имеет ту же углеродную интенсивность, что и смесь сетки.

Водород как побочный продукт

Как объяснено выше, водород получают путем отделения от его соединения.

Если производство водорода может быть первой целью процесса разделения, то также может быть, что процесс разделения направлен в первую очередь на производство другой молекулы и получение водорода в качестве побочного продукта.

Производство хлора и каустической соды сводится к пропусканию электрического тока через рассол (раствор соли — хлорида натрия — в воде). Рассол диссоциирует и рекомбинирует посредством обмена электронов (доставляемых током) на газообразный хлор, растворенную каустическую соду и водород. По характеру химической реакции хлор, каустическая сода и водород всегда производятся в фиксированном соотношении: 1,1 тонны каустика и 0,03 тонны водорода на тонну хлора.

Ряд исследований был направлен на количественную оценку доступного промышленного остаточного водорода.В рамках проекта ЕС «Дороги 2 HyCom» (Maisonnier et al. 2007) среди прочих результатов была получена карта, показывающая места производства водорода в Европе. На этой карте источники водорода были разбиты на три категории: категория «коммерсант» поставляет водород другим промышленным потребителям, а категория «зависимая» сохраняет водород на месте для собственного использования. Только «побочный продукт» водород больше не используется в процессе или на месте; только эта категория может быть доступна для других приложений, таких как электромобили на топливных элементах.

Водород в качестве побочного продукта — интересный и дешевый источник водорода, который может инициировать развертывание водородных применений в области его производства. Неудивительно, что регионы с большим количеством водорода в качестве побочного продукта являются одними из самых продвинутых в своей стратегии использования водорода.

электростанций могут производить водород, отапливать дома и обезуглероживать промышленность.

Frédéric Paulussen / Unsplash, CC BY-SA

Bill Lee, Bangor University и Michael Rushton, Bangor University

Атомная энергия обеспечивает Великобританию электроэнергией с низким содержанием углерода на протяжении более 60 лет, и сегодня она производит 17% электроэнергии страны.До середины 2018 года 15 ядерных реакторов были крупнейшим источником низкоуглеродной энергии в стране. Планируется, что через 12 лет из них будет работать только Sizewell B. Единственная строящаяся новая электростанция — Hinkley Point C, общая генерирующая мощность которой составляет 3,26 гигаватт, что обеспечивает всего 8% текущего спроса Великобритании на электроэнергию.

Комитет по изменению климата консультирует правительство Великобритании относительно усилий по достижению нулевого уровня выбросов к 2050 году. В его предложениях странным образом ничего не говорится о ядерной энергетике, иногда смешивая ее с «другими низкоуглеродными источниками».Он способствует значительному увеличению производства возобновляемой энергии и продолжающемуся сжиганию природного газа, используя технологию улавливания и хранения углерода для уменьшения выбросов CO₂. В другом месте планируется электрифицировать транспорт, отопление и промышленные процессы, то есть аккумуляторы в автомобилях и тепловые насосы, работающие от электричества, в домах и на заводах.

При сокращении количества сжигаемого газа и нефти это, по крайней мере, удвоит количество электричества, которое потребуется национальной сети к 2050 году. Возможно, это можно будет удовлетворить с помощью возобновляемых источников энергии и аккумулирования электроэнергии в батареях, чтобы покрыть те моменты, когда Солнце не работает. t светит, и нет ветра для производства зеленой энергии.Но, к сожалению, аккумуляторная технология в настоящее время недостаточно мощна для хранения энергии в таком масштабе.

Даже самые крупные сегодня аккумуляторы могут обеспечить резервное электроснабжение только на несколько часов, чего не всегда достаточно для продолжительных периодов слабого ветра или более короткого светового дня зимой. Технология аккумуляторов постоянно совершенствуется, но, возможно, этого недостаточно, чтобы удовлетворить растущий спрос на электроэнергию. Выпуск большого количества электромобилей может еще больше сократить предложение батарей, потенциально даже увеличивая их стоимость.

Улавливание и хранение углерода — тоже не проверенная технология, поэтому было бы неразумно класть слишком много яиц в эту корзину. Помимо других технических проблем — хранение CO₂, образующегося при сжигании природного газа, представляет потенциальную угрозу безопасности — неожиданный выброс газа, хранящегося под землей, может задушить жизнь на поверхности. В то время как планы сделать «зеленый водород» новой кровью экономики, производство достаточного количества низкоуглеродного топлива потребует много электроэнергии. Могут ли возобновляемые источники энергии генерировать достаточно для этого, имея достаточно средств для резкого роста спроса на электроэнергию в других местах?

Проще говоря, нам нужно начать восстановление мощностей Великобритании по производству атомной энергии.

Реакторы нового поколения

Ядерные реакторы будущего будут не просто большими котлами, производящими пар для привода турбин, вырабатывающих электричество. Тепло, выделяемое во время ядерной реакции, можно направить на энергетические процессы, которые в настоящее время трудно обезуглерожить.

Возьмем, к примеру, отопление в зданиях. Тепло с температурой ниже 400 ° C может быть извлечено после турбины и закачано в системы централизованного теплоснабжения, заменив ископаемое топливо, такое как природный газ.Это процесс, который уже ежедневно осуществляется на заводах по сжиганию бытовых отходов по всей Европе.

Высокотемпературное тепло (от 400 до 900 ° C) можно отвести от реактора, прежде чем оно достигнет турбины на атомной станции. Его можно использовать в процессах производства низкоуглеродного водородного топлива, аммиака и синтетического топлива для кораблей и самолетов. Это тепло может также использоваться в таких отраслях, как сталелитейная, цементная, стекольная и химическая промышленность, которые часто используют горелки, работающие на ископаемом топливе.

Эта гибкость идеально сочетается с возобновляемыми источниками энергии. Пока светит солнце и дует ветер, ядерные реакторы могут продолжать вырабатывать водород или другое топливо, которое служит накопителем энергии — резервным источником, который можно сжигать для получения дополнительной энергии, когда это необходимо. Эта энергия может также обогревать дома или производить алюминий, сталь, кирпич, цемент и стекло. В пасмурную погоду реактор все еще может вырабатывать электроэнергию для сети.

Ядерные реакторы эволюционировали не только для производства электроэнергии.Королевское общество, автор предоставил

Реакторы меньшего размера, которые в настоящее время разрабатываются во всем мире, обычно вырабатывают около 300 мегаватт электроэнергии каждый. Их строительство намного дешевле, чем нынешний парк более крупных реакторов, вырабатывающих более 1000 мегаватт, таких как британский Hinkley Point C. Поскольку они сжигают топливо более эффективно, это новое поколение реакторов также производит гораздо меньше ядерных отходов.

Многие также содержат меры пассивной безопасности, которые могут затопить перегревающийся реактор холодной водой или удалить источник топлива, если возникнет проблема.Они предназначены для решения нескольких задач: либо для выработки электроэнергии для сети, когда возобновляемая генерация низкая, либо для производства водорода и других видов топлива, когда она высока. Поскольку они меньше по размеру, эти реакторы можно размещать даже в промышленных парках, обеспечивая гарантированное снабжение электроэнергией и теплом соседних заводов.

Мы не верим, что достичь нулевых выбросов в оставшееся время возможно без строительства новых ядерных реакторов. К счастью, новые модели, ожидающие строительства, могут гораздо больше, чем просто вырабатывать электричество.

Билл Ли, профессор Сер Симру по материалам в экстремальных условиях, Бангорский университет и Майкл Раштон, старший преподаватель ядерной энергетики, Бангорский университет

Эта статья переиздана из The Conversation по лицензии Creative Commons. Прочтите оригинальную статью.

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

фактов о водороде | Живая наука

Водород, самый распространенный элемент во Вселенной, также является многообещающим источником «чистого» топлива на Земле.

Названный в честь греческих слов hydro для «воды» и гена для «образования», водород составляет более 90 процентов всех атомов, что составляет три четверти массы Вселенной, согласно Лос-Аламосская национальная лаборатория. По данным Королевского химического общества, водород необходим для жизни, и он присутствует почти во всех молекулах живых существ. Этот элемент также встречается в звездах и питает Вселенную через протон-протонную реакцию и цикл углерод-азот.По словам Лос-Аламоса, процессы синтеза звездного водорода выделяют огромное количество энергии, поскольку они объединяют атомы водорода в гелий.

Чистый газообразный водород редко встречается в атмосфере Земли, и любой водород, который действительно попадает в атмосферу, быстро ускользает от земной гравитации, по данным Королевского общества. На нашей планете водород встречается в основном в сочетании с кислородом и водой, а также в органических веществах, таких как живые растения, нефть и уголь, сообщает Лос-Аламос.

Только факты

• Атомный номер (количество протонов в ядре): 1
• Атомный символ (в Периодической таблице элементов): H
• Атомный вес (средняя масса атома): 1.00794
• Плотность: 0,00008988 грамма на кубический сантиметр
• Фаза при комнатной температуре: газ
• Точка плавления: минус 434,7 градуса по Фаренгейту (минус 259,34 градуса Цельсия)
• Точка кипения: минус 423,2 F (минус 252,87 ° C) Число изотопы (атомы одного элемента с разным числом нейтронов): 3 общих изотопа, в том числе 2 стабильных
• Наиболее распространенный изотоп: 1H, естественное содержание 99,9885 процентов

Открытие водорода

Роберт Бойль произвел водородный газ в 1671 году, в то время как он экспериментировал с железом и кислотами, но, по данным лаборатории Джефферсона, только в 1766 году Генри Кавендиш распознал его как отдельный элемент.Элемент был назван водородом французским химиком Антуаном Лавуазье.

Водород имеет три общих изотопа: протий, который представляет собой обычный водород; дейтерий, стабильный изотоп, открытый в 1932 году Гарольдом К. Юри; и тритий, нестабильный изотоп, открытый в 1934 году, по данным лаборатории Джефферсона. Разница между тремя изотопами заключается в количестве нейтронов у каждого из них. У водорода вообще нет нейтронов; По данным Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, у дейтерия есть один, а у трития — два нейтрона.По данным Лос-Аламоса, дейтерий и тритий используются в качестве топлива в термоядерных реакторах.

Водород соединяется с другими элементами, образуя ряд соединений, включая обычные, такие как вода (H ₂ O), аммиак (NH ₃ ), метан (CH ₄ ), столовый сахар (C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ ), перекись водорода (H ₂ O ₂ ) и соляная кислота (HCl), согласно Jefferson Lab.

Водород обычно получают путем нагревания природного газа водяным паром с образованием смеси водорода и монооксида углерода, называемой синтез-газом, которая, согласно Королевскому обществу, затем разделяется для получения водорода.

Водород используется для производства аммиака для удобрений в процессе, называемом процессом Габера, при котором он реагирует с азотом. Согласно Jefferson Lab, этот элемент также добавляется в жиры и масла, такие как арахисовое масло, в процессе, называемом гидрогенизацией. Другие примеры использования водорода включают ракетное топливо, сварку, производство соляной кислоты, восстановление металлических руд и наполнение баллонов, согласно Лос-Аламосу. Исследователи работают над разработкой технологии водородных топливных элементов, которая позволяет получать значительные объемы электроэнергии с использованием газообразного водорода в качестве экологически чистого источника энергии, который можно использовать в качестве топлива для автомобилей и других транспортных средств.

По данным Королевского общества, водород также используется в стекольной промышленности в качестве защитной атмосферы для изготовления плоских стеклянных листов, а в электронной промышленности он используется в качестве промывочного газа в процессе производства кремниевых чипов.

Этот смоделированный вид Юпитера в истинных цветах состоит из 4 изображений, сделанных космическим кораблем НАСА «Кассини» 7 декабря 2000 года. Разрешение составляет около 89 миль (144 километра) на пиксель. (Изображение предоставлено НАСА / Лаборатория реактивного движения / Университет Аризоны)

Этот смоделированный в истинных цветах вид Юпитера состоит из 4 изображений, сделанных космическим кораблем НАСА Кассини 7 декабря 2000 года.Разрешение составляет около 144 километров на пиксель. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения / Университет Аризоны

Кто знал?

• Согласно Лос-Аламосу, водород является основным компонентом Юпитера и других газовых планет-гигантов.
• По данным Национального музея воздушных шаров, первый полет на воздушном шаре был запущен в Париже в 1783 году, и в нем использовался водород. По данным Королевского общества, его использование для заправки дирижаблей прекратилось, когда «Гинденбург» загорелся.
• НАСА использует водород в качестве ракетного топлива для доставки экипажа в космос.
• Сжиженный водород очень холодный и может вызвать сильное обморожение при контакте с кожей.
• Согласно «Принципам химии» водород примерно в 14 раз легче воздуха.
• Лавуазье, французский химик, давший название водороду, был финансистом и государственным администратором до Французской революции и был казнен во время революции, согласно Британской энциклопедии.
• По данным Лос-Аламоса, в США ежегодно производится около 3 миллиардов кубических футов водорода.
• По данным Королевского общества, водород имеет самую низкую плотность среди всех газов.
• Водород — единственный элемент, три общих изотопа которого — протий, дейтерий и тритий — получили разные названия, сообщает Лос-Аламос.

Текущие исследования

Исследователи уже много лет изучают водород с большим интересом из-за его потенциала в качестве экологически чистого топлива.«Водород — это энергоноситель, в котором нет углерода, поэтому, когда вы его сжигаете, вы производите только воду», что делает его чистым топливом без каких-либо выбросов, — сказал Ричард Шахин, директор Исследовательского института водорода при университете. Квебека в Труа-Ривьер в Канаде. Однако с водородным топливом есть большая проблема: оно дороже газа. Фактически, в прошлом году старший вице-президент Toyota Боб Картер объявил, что, по оценкам Министерства энергетики, полный бак сжатого водорода первоначально будет стоить около 50 долларов, Ecomento.com сообщил. В целом, затраты, связанные с технологией водородного топлива, являются «очень серьезным препятствием, потому что на данный момент люди предпочли бы иметь лучшие технологии по текущей цене», — сказал Шахин Live Science.

Еще одна проблема с водородным топливом заключается в том, что сам процесс производства водорода на самом деле не так уж чист и не загрязняет окружающую среду. «На сегодняшний день произведено больше всего водорода

% PDF-1.7. % 1421 0 объект > endobj xref 1421 84 0000000016 00000 н. 0000002979 00000 н. 0000003349 00000 п. 0000003395 00000 н. 0000003481 00000 н. 0000003898 00000 н. 0000004545 00000 н. 0000004597 00000 н. 0000004636 00000 н. 0000004887 00000 н. 0000005521 00000 н. 0000005636 00000 н. 0000007132 00000 н. 0000007715 00000 н. 0000007972 00000 н. 0000008578 00000 н. 0000040147 00000 п. 0000067760 00000 п. 0000068581 00000 п. 0000068938 00000 п. 0000080828 00000 п. 0000091723 00000 п. 0000172831 00000 н. 0000172882 00000 н. 0000172924 00000 н. 0000172965 00000 н. 0000173040 00000 н. 0000173382 00000 н. 0000173478 00000 н. 0000173523 00000 н. 0000173633 00000 н. 0000173678 00000 н. 0000173838 00000 н. 0000173883 00000 н. 0000174083 00000 н. 0000174128 00000 н. 0000174282 00000 н. 0000174327 00000 н. 0000174511 00000 н. 0000174556 00000 н. 0000174802 00000 н. 0000174847 00000 н. 0000175031 00000 н. 0000175076 00000 н. 0000175260 00000 н. 0000175305 00000 н. 0000175489 00000 н. 0000175534 00000 н. 0000175718 00000 н. 0000175763 00000 н. 0000176023 00000 н. 0000176068 00000 н. 0000176324 00000 н. 0000176369 00000 н. 0000176673 00000 н. 0000176718 00000 н. 0000176840 00000 н. 0000176884 00000 н. 0000177136 00000 н. 0000177180 00000 н. 0000177428 00000 н. 0000177472 00000 н. 0000177616 00000 н. 0000177660 00000 н. 0000177770 00000 н. 0000177814 00000 н. 0000177918 00000 н. 0000177962 00000 н. 0000178096 00000 н. 0000178140 00000 н. 0000178310 00000 н. 0000178354 00000 н. 0000178554 00000 н. 0000178598 00000 н. 0000178788 00000 н. 0000178831 00000 н. 0000179117 00000 н. 0000179160 00000 н. 0000179272 00000 н. 0000179315 00000 н. 0000179435 00000 н. 0000179478 00000 н. 0000002768 00000 н. 0000002020 00000 н. трейлер ] / Назад 2173149 / XRefStm 2768 >> startxref 0 %% EOF 1504 0 объект > поток h ެ SOA 3KMuVJL 졖 j0jh «h5MP / ø! 4 Ս & 5 = 1» bxnN7> ff

Водород в Китае | Cleantech Group

Стремление к инновациям

Автомобильные стартапы находятся на ранних стадиях реализации возможностей.Bloomberg сообщил, что автомобильная промышленность на топливных элементах получила более 1 миллиарда долларов инвестиций от китайских компаний.

Производство первого двигателя на топливных элементах Wuhan HydraV Fuel Cell Technologies в городе Датун. Компания планирует создать промышленный парк водородной энергетики стоимостью 380 миллионов долларов с годовой производственной мощностью 50 000 двигателей на водородных топливных элементах. Компания Beijing Shouhang IHW Resources Saving Technology также открыла филиал в Датуне и планирует построить три завода по производству водорода, от 10 до 20 заправочных станций и от трех до пяти распределенных водородных электростанций.По всей стране реализуются многочисленные подобные проекты, и большинство из них для достижения поставленных целей ориентируются на уголь вместо электролиза. В настоящее время Датун добывает более 100 миллионов тонн угля в год, поэтому производство водорода из угля является ключевым шагом на пути к превращению города в водородную столицу.

Основанная в этом году компания Grove Hydrogen Automotive — это полностью водородный автомобильный стартап, разрабатывающий три автомобиля на водородной основе, предназначенных для автопарков «мобильность как услуга». При поддержке CICC Capital, Everbright и Wuhan Donghu Guolong компания разрабатывает 3.5-метровый шеринг-автомобиль, автофургон и такси. Стартап видит возможности для бизнес-модели «точка-точка», основанной на услугах, учитывая, что такие гиганты, как Alibaba, отказались от владения услугами доставки и теперь проводят тендеры на доставку частных посылок. Водородный парк позволяет использовать автомобили с увеличенным запасом хода и сократить время зарядки по сравнению с существующими электромобилями.

В этом пространстве движутся большие деньги:

• Компания Great Wall Motor инвестировала более одного миллиарда юаней (149 миллионов долларов) в исследования и разработки в области водородной энергетики и транспортных средств на топливных элементах.
• China National Heavy Duty Truck Group Co Ltd планирует потратить более 7 миллиардов долларов на производство автомобилей на топливных элементах в Шаньдуне
• Стартап Mingtan Hydrogen планирует инвестировать 373 миллиона долларов в рынок водородной промышленности.

  No related posts.