Водороден генератор: икономическа обосновка

Германската стратегия за водорода

Курсът към водородна енергия беше окончателно определен от германската национална стратегия за водородна енергия, публикувана на 10 юни 2020 г. Дългосрочната цел на страната е да създаде неутрална по отношение на климата икономика с емисии на CO₂ до 95 % от нивото от 1990 г. А водородът, към който ще се насочат не само транспортът, но и металургията и нефтохимическата промишленост, играе централна роля в този процес.

До 2023 г. Германия ще похарчи повече от 10 млрд. евро за производство на енергия от водород: 7 млрд. евро за "стартиране на пазара" (създаване на рамкови условия и стимулиране на вътрешното търсене), 2 млрд. евро за международно сътрудничество и още 1 млрд. евро за промишлеността, която трябва да внедри водородна технология, за да стане в крайна сметка износител номер едно в света.

Въпреки това германското правителство признава, че само електроенергията от възобновяеми източници - слънце и вятър - е "зелен водород". За да произвежда повече енергия, Германия ще се нуждае от по-голям капацитет за производство на вятърна енергия по крайбрежието на Северно и Балтийско море. "Зеленият водород" е определен да замени "сивия", "синия" и "тюркоазения" водород, който се произвежда от CO₂ в атмосферата от изкопаеми източници като природен газ или метан.

Въпреки това в стратегията се признава, че Германия няма да може да задоволи нуждите си от водород сама и ще трябва да внася или електроенергия за производство на зелен водород, или суровини. А 2 млрд. евро, предназначени за международно сътрудничество, ще бъдат насочени предимно към пилотни проекти за слънчева енергия за производство на екологичен водород в Северна Африка и Мароко, където слънцето грее през цялата година.

Ролята на руските компании в областта на новата енергия

Северна Африка обаче не е единственото място, подходящо за пилотни проекти. Както показва проектът за водороден трамвай, стартирал в Санкт Петербург през ноември 2019 г., съвременните руски градове са напълно подходящи като "изложбени зали" за водородната технология. Подобни ярки примери за иновации ще имат положителен имиджов ефект не само за руската икономика, но и за дългосрочното сътрудничество с Европейския съюз.

Потенциалът за това сътрудничество е отчасти отразен в енергийната стратегия на Руската федерация, която е публикувана в един и същи ден с германската стратегия за водорода. В документа водородът е посочен като гориво с голям експортен потенциал. Руският износ на водород трябва да достигне 0,2 милиона тона до 2024 г. и да се увеличи до 2 милиона тона до 2035 г. Според плановете на Министерството на енергетиката Русия трябва да заеме до 16% от световния пазар на водород.

В една парадигма, в която нивото на развитие и просперитет на дадена страна пряко зависи от износа на енергия, залагането на водорода е напълно оправдано. Тази технология може да се превърне в допълнителен двигател на развитието на общия баланс на износа. Но за да реализират тези амбициозни планове, руските корпорации трябва да развият водородната енергетика още сега и незабавно да преразгледат своите бизнес модели, защото "енергийният преход", към който се стремят германците, неизбежно ще доведе до намаляване на търсенето на петролни продукти и природен газ в близко бъдеще.

Възможно ли е сами да създадете водороден генератор?

Най-добре е да не рискувате, тъй като подобен процес изисква не само инженерни и химически познания, но и спазване на правилата за безопасност. Но е възможно да инсталирате оборудването със собствените си ръце. Всичко, което трябва да направите, е да следвате инструкциите и да избягвате всякаква аматьорщина.

Отоплението на всяка къща трябва да осигурява не само комфортен престой на човека, но и екологична чистота на околната среда. Това се постига благодарение на факта, че след изгарянето на водорода не се образуват вредни съединения.

Отоплението с водородни генератори е широко признато и икономически оправдано в западните страни. Ако този метод се наложи и в Русия, той ще повиши значително ефективността на отоплението при минимални разходи на ресурси.

Перспективи на водорода като гориво за отоплителен котел

• Водородът е най-разпространеното "гориво" във Вселената и десетият най-разпространен химичен елемент на Земята. Просто казано - няма да имате проблеми с доставките на гориво.
• Този газ не може да навреди на хората, животните или растенията - той не е токсичен.
• "Изгорелите газове" на водородния котел са напълно безвредни - продуктът на горене на този газ е обикновена вода.
• Температурата на горене на водорода достига 6000 градуса по Целзий, което показва високия топлинен капацитет на това гориво.
• Водородът е 14 пъти по-лек от въздуха, което означава, че в случай на теч горивото ще "отлети" от котелното помещение само по себе си, и то за много кратко време.
• Цената на един килограм водород е 2-7 щатски долара. Плътността на газообразния водород е 0,008987 kg/m3.
• Топлинната стойност на един кубичен метър водород е 13 000 kJ. Енергийната интензивност на природния газ е три пъти по-висока, но цената на водорода като гориво е десетки пъти по-ниска. В резултат на това алтернативното отопление на частна къща с водород няма да струва по-скъпо, отколкото използването на природен газ. Собственикът на водороден котел не трябва да плаща за апетита на собствениците на газови компании и не трябва да изгражда скъп газопровод, нито да преминава през изключително бюрократичен процес на одобрение на всевъзможни "проекти" и "разрешителни".

Накратко, като гориво водородът има най-ярките перспективи, които вече са оценени от аерокосмическата индустрия, която използва водорода за "зареждане" на ракети.

Модерна разработка - водороден отоплителен котел

Как работи водородният отоплителен котел

Точно толкова, колкото и при конвенционален газов котел:

• Горивото се подава към горелката.
• Пламъкът на горелката нагрява топлообменника.
• Топлоносителят, който се излива в топлообменника, се транспортира до радиаторите.

Само че вместо магистрален газопровод или резервоари за втечнено гориво, за производството на гориво трябва да се използват специални инсталации - водородни генератори.

А най-разпространеният тип домашен генератор е електролитен агрегат, който разделя водата на водород и кислород. Себестойността на горивото, произвеждано от електрически генератори за отопление с водород, достига 6-7 долара на килограм. За производството на един кубичен метър горивен газ са необходими вода и 1,2 kW електроенергия.

И в този случай е възможно да се спестят средства за изхвърляне на продукти от горенето. В крайна сметка при изгарянето на смес от кислород и въздух се отделят само водни пари. Така че "истинският" комин не е необходим за такъв котел.

Предимства на водородните котли

• Водородът може да "отоплява" всякакви котли. Тоест абсолютно всички - дори старите "съветски" единици, закупени през 80-те години на миналия век. Ще ви е необходима нова горелка и гранит или шамот в горивната камера, за да се увеличи топлинната инерция и да се неутрализира ефектът от прегряването на котела.
• Водородните котли имат повишена топлинна мощност. Стандартен газов котел с мощност 10-12 kW на водород ще "произведе" до 30-40 kW топлинна мощност.
• За отоплението с водород е необходима само горелка. Следователно дори котел на твърдо гориво може да бъде преобразуван във водороден чрез инсталиране на горелка в пещта.
• Основата на горивото - водата - може да бъде извлечена от водопровода. Идеалният суров продукт за производство на водород е дестилирана вода, към която се добавя натриев хидроксид.

Недостатъци на водородните котли

• Малка гама водородни котли и газови генератори от промишлен тип. Повечето продавачи предлагат "домашни" със съмнително сертифициране.
• Висока цена на индустриалните модели.
• Взривоопасният характер на горивото - смесен с кислород (в съотношение 2:5), водородът се превръща в гърмящ газ.
• Високо ниво на шума на газовите генератори.
• Висока температура на пламъка - до 3200 градуса по Целзий, което затруднява използването на водорода като гориво за готварски печки (необходими са специални разпръсквачи на пламъка). Въпреки това H2ydroGEM - водороден отоплителен котел, произведен от италианската фирма giacomini - е оборудван с горелка с температура на пламъка до 300 градуса по Целзий.

Характеристики на водороден електролитен генератор

Водородният генератор, базиран на принципа на електролизата, се произвежда най-често в контейнерно изпълнение. Предпоставка за закупуването на такова устройство за отопление е наличието на следните документи: разрешение от Ростехнадзор, сертификати (за съответствие с GOSTR и хигиенни).

Електролитният генератор се състои от следните елементи:

• агрегат, включващ трансформатор, токоизправител, разпределителни кутии и устройства, агрегат за допълване и деминерализация на водата;
• устройство за разделно производство на водород и кислород - електролизатор;
• системи за газов анализ;
• системи за течно охлаждане;
• система за откриване на евентуално изтичане на водород;
• контролен панел и система за автоматично управление.

За да се постигне най-ефективен процес на проводимост, се използват капки течност. Резервоарът се зарежда при необходимост, но най-често веднъж годишно.
Всички електролитни генератори от промишлен тип се произвеждат в съответствие с европейските стандарти за опазване на околната среда и безопасност.

Опитът е доказал, че закупуването на водороден електролитен генератор е много по-изгодно от обикновеното закупуване на газ. Например за производството на 1 кубичен метър газ от водород и кислород са необходими само около 3,5 kW електрическа енергия и половин литър деминерализирана вода.

Характеристики на електролитния водороден генератор

Водородният генератор, базиран на принципа на електролизата, най-често се произвежда в контейнерна конструкция. Предпоставка за закупуването на такова устройство за отопление е наличието на следните документи: разрешение от Ростехнадзор, сертификати (за съответствие с GOSTR и хигиенни).

Електролитният генератор се състои от следните компоненти:

• устройство, включващо трансформатор, токоизправител, разпределителни кутии и устройства, устройство за пълнене и деминерализация на водата;
• устройство за разделно производство на водород и кислород - електролизер;
• системи за газов анализ;
• системи за течно охлаждане;
• система за откриване на евентуално изтичане на водород;
• контролен панел и система за автоматично управление.

За постигане на най-ефективен процес на проводимост се използват капки луга. Резервоарът за течност се зарежда при необходимост, но най-често веднъж годишно. Всички електролитни генератори от промишлен тип се произвеждат в съответствие с европейските стандарти за опазване на околната среда и безопасност.

Опитът е доказал, че закупуването на водороден електролитен генератор е много по-изгодно от обикновеното закупуване на газ. Например за производството на 1 кубичен метър газ от водород и кислород са необходими само около 3,5 kW електрическа енергия и половин литър деминерализирана вода.

Интегриране в съществуващи системи

Изграждането на нови отоплителни системи е скъп и продължителен процес. Закупуването на водородни генератори за малки сгради е свързано с дълъг период на възвръщаемост, така че тези устройства често се сглобяват самостоятелно.

Добавянето на генератор към съществуваща отоплителна система изисква разширяване на пространството. Предварително трябва да се обърне внимание на мястото за монтаж на устройството.

Старите котли могат да бъдат адаптирани за работа с водороден газ: в пещта се поставят нови горелки. Системата е допълнена с необходимите устройства за наблюдение на параметрите и за търсене на изтичане на газ.

При модернизираните системи е необходим и каталитичен конвертор. Модернизацията на стари системи е много по-евтина от цялостната им подмяна.

Модернизацията е възможна, ако основният агрегат - котелът - е подходящ за адаптиране към водородни генератори.

Самостоятелното изграждане на водороден генератор може да спести доста пари.

Всички самоделни устройства, както и тези, закупени от производителя, трябва да бъдат проверени от специалисти. Не трябва да се монтират дефектни устройства.

Мит, че водородният котел е най-икономичният начин за отопление на дома ви

Често се чува, че водородният котел е най-икономичният начин за отопление на частен дом. Обикновено в подкрепа на тази теза се споменава високата калоричност на водорода - над 3 пъти по-висока от тази на природния газ. От това се прави прост извод - по-изгодно е да се отоплява къщата с водород, отколкото с газ.

Понякога като аргумент за ефективността на водородния котел се посочва така нареченият "газ на Браун" или смес от водородни и кислородни атоми (HHO), който при изгаряне произвежда повече топлина и на който работят "усъвършенстваните котли". След това оправданията за ефективност просто свършват, оставяйки на въображението на обикновения човек да рисува прекрасни картини под общото заглавие "отопление почти без пари". Помислете само - водородът гори "по-топло" и се произвежда от практически безплатна вода, което е истинско предимство!

Въображението се подхранва и от новините за все по-нарастващия парк от автомобили, задвижвани с водород, като алтернатива на конвенционалните автомобили. Ако автомобилите "се движат" с водород, водородният котел наистина си заслужава.

Но в действителност нещата са малко по-сложни. Ако чистият водород беше лесно достъпен елемент в природата, това щеше да е така или почти така. Факт е обаче, че на Земята не се среща чист водород - само в свързана форма, например във водата. Затова на практика водородът трябва да се получава отнякъде чрез химични реакции, които отнемат много енергия.

Изработване със собствените си ръце

Първото нещо, което трябва да се вземе предвид при вземането на решение за изработване на нагревател на вода, е основната структура на нагревателя.

По този начин всеки отоплителен уред може да се превърне в икономичен вариант.

В много случаи бойлерът вече е монтиран и трябва да се модифицира. Тук е описана последователността на работата:

1. Намерете резервоар за вода и го прикрепете.
2. Направете парогенератор.
3. Помислете как да го прикрепите и как да го загреете, за да произведете пара.
4. Изработва се прегревателят на парата. Това обикновено е тънкостенна тръба от неръждаема стомана с равномерно изрязани отвори. Около тръбата се увива мрежа от неръждаема стомана, която служи като шумозаглушител.
5. Обмислете свързването и фиксирането на всички части. Прегревателят на парата трябва да се постави върху решетката на печката за сауна, така че да има добър достъп на кислород. Много хора правят допълнителни мерки, за да не се задръства с пепел и да има постоянен достъп до кислород.
6. Устройството е тествано за ефективност и пожарна безопасност. Липсата на дим от комина, когато печката гори, показва правилна работа. Всички гумени, дървени и пластмасови части на уреда трябва да се съхраняват на безопасно разстояние от огъня и горещите части на конструкцията.

Повече информация за водонагревателя в това видео:

Инсталирането на такава конструкция може да спести много пари. Освен това водата като гориво в готварската печка намалява замърсяването на въздуха с остатъци от горенето. Дори най-простият метод за промяна на печката може да доведе до чудесни резултати.

Например някои собственици на вили използват водна пепелник. Това означава, че под горивната камера се поставя метален съд с вода. В резултат на изпаряването и нагряването този прост начин превръща обикновената печка във водна и подобрява многократно нейната ефективност.

Основни компоненти

1. Котел. Тя се избира въз основа на вида на сградата, площта и необходимата ефективност на инсталацията.
2. Тръбна система. Най-рационално за отопление на къща е да се използват тръби с диаметър 1,25 инча. Необходимо е да се спазва правилото, че всеки следващ клон трябва да има по-малък диаметър от предходния. Затова изчисленията на изискванията за материали и ефективността на монтажа трябва да започнат с оглед на минималния допустим диаметър на тръбата.
3. Изход за отработените газове - водни пари, без примеси.
4. Горелка. За изгарянето на водорода е необходима температура от над 3000 градуса.

Вътрешна структура на водородния генератор

Генератор със собствено захранване

За да се повиши ефективността, трябва да се закупят модулни устройства с повече от една горелка - това увеличава скоростта на електролизата. Видът и мощността на горелката също трябва да бъдат избрани в зависимост от нуждите от топлина в помещението (площ, материал на стените, климатичен район и т.н.) и оптималната мощност на генератора.

Най-високата мощност на водороден генератор за жилище е 6 kW.

Водороден генератор за вашия дом

Как е конструирано устройството

Самият корпус е снабден с клеми за свързване на захранването и има втулка, през която се отвежда газът.

Действието на устройството може да се опише по следния начин: електрически ток преминава през дестилирана вода между плочи с различни полета (едната като анод, другата като катод) и я разделя на кислород и водород.

В зависимост от площта на плочите електрическият ток е с различна сила; ако площта е голяма, през водата протича голям ток и се отделя повече газ. Плочите се свързват последователно - първо плюс, после минус и т.н.

Препоръчително е електродите да се изработят от неръждаема стомана, която не реагира с водата по време на електролизата. Основното нещо е да се намери неръждаема стомана с високо качество. По-добре е разстоянието между електродите да е малко, но така че мехурчетата газ да могат лесно да се движат между тях. По-добре е крепежните елементи да се изработят от същия метал като електродите.

Моля, обърнете внимание:
тъй като производственият процес включва газ, между всички части трябва да има плътно прилепване, за да се избегне образуването на искри. В този пример устройството се състои от 16 пластини, разположени на разстояние 1 mm една от друга.

Поради факта, че плочите имат сравнително голяма повърхност и дебелина, през такова устройство ще могат да преминават големи токове, но няма да има нагряване на метала. Ако измервате във въздуха, капацитетът на електродите е 1nF, този комплект използва до 25A в обикновена чешмяна вода.

За да сглобите водороден генератор със собствените си ръце, можете да използвате контейнер за храна, тъй като пластмасата му е устойчива на топлина. След това в контейнера трябва да се спуснат електродите за събиране на газ с изолирани херметично съединения, капак и други връзки.

Ако се използва метален контейнер, електродите се закрепват към пластмасата, за да се избегне късо съединение. От двете страни на медните и месинговите фитинги за отвеждане на газ са монтирани два конектора (фитинг - монтаж, сглобяване). Съединителите и фитингите трябва да бъдат здраво закрепени със силиконов уплътнител.

Как да изградите собственоръчно водородна отоплителна система

Да направи водородно отопление със собствените си ръце може всеки занаятчия, който има умения за работа с метал.

За изработването на устройството са необходими следните материали:

• лист от неръждаема стомана с параметри 50x50 cm;
• Болтове 6x150, оборудвани с шайби и гайки;
• Филтърен елемент за почистване на потока - удобен от стара пералня;
• Прозрачна куха тръба с дължина 10 m, например от водно ниво;
• стандартен пластмасов контейнер от 1,5 литра с плътно прилепващ капак;
• комплект гнезда с диаметър на отвора 8 mm
• мелница за рязане;
• тренировка;
• силиконов уплътнител.

За направата на водороден нагревател е достатъчна стомана 03X16H1, а вместо вода може да се използва алкален разтвор, който ще създаде агресивна среда за протичане на тока, като същевременно ще удължи живота на стоманените листове.

Как да си направите водородно отопление у дома сами:

1. Поставете металния лист върху плоска маса и го нарежете на 16 равни парчета. Това са правоъгълниците за бъдещата горелка. Сега отрежете по един ъгъл от всички 16 правоъгълника - това е необходимо за по-нататъшното свързване на частите.
2. Пробийте отвор за болта на гърба на всяко парче. От всички 16 листа 8 ще бъдат аноди и 8 катоди. Анодите и катодите са необходими за протичане на електрически ток през частите с различна полярност, което гарантира, че алкалът или дестилатът се разлага на водород и кислород.
3. Сега поставете плочите в пластмасов контейнер, като се съобразявате с полярността, редувайки плюс и минус. Изолаторът за плочите ще бъде прозрачна тръба, която трябва да се нареже на пръстени и след това на ленти с дебелина 1 mm.

1. Металните плочи се закрепват една за друга с шайби - първо се поставя шайба върху основата на болта, след което се поставя плочата. След плочата върху болта трябва да се поставят 3 шайби и след това отново плочата. По този начин поставяте 8 пластини върху анода и 8 пластини върху катода.

Сега трябва да откриете точката на спиране на болта в контейнера за храна и да пробиете отвор в тази точка. Ако болтовете не се побират в контейнера, крачето на болта се отрязва до необходимата дължина. След това вкарайте болтовете в отворите, поставете шайби на краката и затегнете конструкцията с гайки за плътност. Оборудвайте капака на резервоара с отвор за фитинга, поставете елемента в отвора и уплътнете зоната на съединението с уплътнител, за да го направите херметично. Сега продухайте фитинга. Ако въздухът излиза през капака, той трябва да се запечата отвсякъде.

Генераторът се тества, като се свърже към всеки източник на захранване и се напълни съд с вода. Към връзката се свързва маркуч, чийто друг край се потапя в резервоара. Ако в течността се образуват въздушни мехурчета, веригата работи, а ако не, проверете изходния ток. Възможно е във водата да не се образуват въздушни мехурчета, но те със сигурност ще се появят в електролизера.

За да се осигури необходимото количество топлинна енергия, е необходимо да се увеличи производството и изходът на газ чрез увеличаване на напрежението в електролита. Изсипете във водата алкално вещество, напр. натриев хидроксид, който се предлага в почистващия препарат за тръби "Къртица". Включете отново захранването и проверете капацитета на електролизера.

Последната стъпка е свързването на горелката към тръбата на отоплителната мрежа. Това може да бъде подово отопление, первази. Фугите трябва да се запечатат със силикон и оборудването може да се пусне в експлоатация.

Изработване на генератора самостоятелно

В интернет има много инструкции как да си направите водороден генератор. Трябва да се отбележи, че е напълно възможно да се сглоби такава инсталация за къща със собствените си ръце - конструкцията е съвсем проста.

Компоненти на водороден генератор със собствените си ръце за отопление в частен дом

Но какво ще правите с получения водород? Отново обърнете внимание на температурата на изгаряне на това гориво във въздуха. Тя е 2800-3000 °С.

Ако вземете предвид, че горящият водород може да реже метали и други твърди материали, става ясно, че няма да можете да инсталирате горелката в конвенционален газов котел, котел на течно гориво или котел на твърдо гориво с водна риза - тя просто ще изгори.

Опитните търговци във форумите съветват да се постави пещта отвътре с шамотни тухли. Но температурата на топене дори на най-добрите материали от този тип не надвишава 1600 °С, за дълго време такава пещ няма да издържи. Вторият вариант е да се използва специална горелка, която може да понижи температурата на факела до приемливи стойности. Следователно, докато не бъде открита такава горелка, не е добра идея да се започва сглобяването на домашен водороден генератор.

Съвети за сглобяване и експлоатация на генератора

След като сте взели решение за котела, изберете подходяща верига и инструкции за това как да направите водороден генератор за отопление на частен дом.

Домашното устройство ще бъде ефективно само ако:

• достатъчна повърхност на пластинчатите електроди
• правилния избор на материал за електрода;
• високо качество на електролизната течност.

Размерът на устройството, което генерира достатъчно водород за отопление на една къща, трябва да се определи на око (въз основа на чужд опит) или като се сглоби малка инсталация за начало. Вторият вариант е по-практичен - той ще ви позволи да прецените дали си струва да похарчите пари и време за инсталиране на цялостен генератор.

В идеалния случай като електроди се използват редки метали, но това е твърде скъпо за домашно устройство. Препоръчително е да изберете плочи от неръждаема стомана, за предпочитане феромагнитни.

Изграждане на водороден генератор

Качеството на водата има определени изисквания. В него не трябва да има механични примеси и тежки метали. Най-ефективният генератор работи с дестилирана вода, но за да намалите цената на конструкцията, можете да ограничите използването му до филтри за пречистване на водата от ненужни примеси. За да протече електрическата реакция по-интензивно, към водата се добавя натриев хидроксид в съотношение 1 супена лъжица на 10 литра вода.