Генератор водоника: економска изводљивост

Немачка стратегија водоника

Курс ка енергији водоника коначно је фиксиран Националном стратегијом развоја водоничне енергије Немачке, објављеном 10. јуна 2020. године. Дугорочни циљ земље је стварање климатски неутралне економије са смањењем емисије ЦО2₂ 95% од нивоа из 1990. године. А централну улогу у овом процесу имаће водоник, на који ће бити пребачен не само транспорт, већ и металургија са петрохемијском индустријом.

Немачка ће издвојити више од 10 милијарди евра за развој енергије водоника до 2023. године: 7 милијарди евра за „лансирање на тржиште” (тј. за стварање оквирних услова и стимулисање домаће потражње), 2 милијарде евра за међународну сарадњу и још милијарду евра за потребе индустрије, која би требало да уведе водоничне технологије како би у будућности постала њихов извозник број један у свету.

Истовремено, немачка влада признаје само „зелени водоник” као еколошки прихватљив, произведен коришћењем електричне енергије добијене из обновљивих извора - сунца и ветра. Да би повећала своје количине, Немачкој ће бити потребни додатни капацитети за производњу ветра на северној и балтичкој обали. Временом би „зелени водоник” требало да замени „сиво”, „плаво” и „тиркизно”, односно добијено ослобађањем ЦО.₂ у атмосферу из фосилних извора као што су природни гас или метан.

Истина, стратегија препознаје да Немачка неће моћи сама да задовољи своје потребе за водоником и мораће да увози или електричну енергију за производњу „зеленог водоника“ или сировину. А две милијарде евра издвојене за развој међународне сарадње ићи ће пре свега на пилот пројекте соларне енергије за производњу „зеленог водоника” у Северној Африци и Мароку, где сунце сија током целе године.

Улога руских компанија у новој енергетској индустрији

Међутим, није само северна Африка погодна за пилот пројекте. Као што показује пројекат водоничног трамваја који је покренут у Санкт Петербургу у новембру 2019. године, савремени руски градови су савршени као изложбени простори за водоничну технологију.Овако живописни примери иновација ће имати позитиван имиџ ефекат не само за руску економију, већ и за дугорочну сарадњу са Европском унијом.

Потенцијал за ову сарадњу делимично се огледа у енергетској стратегији Руске Федерације, објављеној истог дана са немачком стратегијом за водоник. У документу је водоник означен као гориво са високим извозним потенцијалом. До 2024. године руски извоз водоника требало би да износи 0,2 милиона тона, а до 2035. да порасте на 2 милиона тона.Према плановима Министарства енергетике, Русија би требало да заузме до 16% светског тржишта водоника.

У парадигми где ниво развоја и просперитета земље директно зависе од извоза енергената, опклада на водоник је потпуно оправдана. Ова технологија може постати додатни покретач развоја у укупном билансу извоза. Али да би оствариле ове амбициозне планове, руске корпорације морају сада да развију енергију водоника и брзо преиспитају своје пословне моделе, јер ће „енергетска транзиција“, којој Немци теже, неминовно довести до смањења потражње за нафтним дериватима и природни гас у блиској будућности.

Да ли је могуће самостално креирати генератор водоника?

Боље је не ризиковати, јер је такав процес повезан не само са потребом за познавањем замршености технологије и хемије, већ захтева и правилно поштовање сигурносних правила. Али могућа је инсталација опреме "уради сам". Да бисте то урадили, довољно је пратити упутства и не дозволити аматерски наступ.

Грејање било које куће треба да обезбеди не само удобан живот за особу, већ и еколошку чистоћу животне средине.Ово се постиже чињеницом да се након сагоревања водоника не формирају штетна једињења.

У западним земљама, грејање водоничним генераторима је добило широко прихваћеност и економско оправдање. Ако се сличан метод укорени у Русији, то ће значајно повећати ефикасност грејања уз минималне трошкове ресурса.

Изгледи за водоник као гориво за котао за грејање

• Водоник је најчешће "гориво" у свемиру и десети најчешћи хемијски елемент на Земљи. Једноставно речено - нећете имати проблема са резервама горива.
• Овај гас не може штетити људима, животињама или биљкама - није токсичан.
• "Издувни гас" водоничног котла је апсолутно безопасан - производ сагоревања овог гаса је обична вода.
• Температура сагоревања водоника достиже 6000 степени Целзијуса, што указује на висок топлотни капацитет ове врсте горива.
• Водоник је 14 пута лакши од ваздуха, односно, у случају цурења, „емисија“ горива ће сама испарити из котларнице и то за врло кратко време.
• Цена једног килограма водоника је 2-7 америчких долара. У овом случају, густина гасовитог водоника је 0,008987 кг/м3.
• Калорична вредност кубног метра водоника је 13.000 кЈ. Енергетски интензитет природног гаса је три пута већи, али је цена водоника као горива десет пута мања. Као резултат тога, алтернативно грејање приватне куће водоником неће коштати више од праксе коришћења природног гаса. Истовремено, власник водоничног котла не мора да плаћа апетите власника гасовода и да гради скупи гасовод, као и да пролази кроз крајње бирократску процедуру усклађивања свих врста „пројеката“ и „дозволе“.

Укратко, као гориво, водоник има најсветлију перспективу, што је већ ценила ваздухопловна индустрија, која користи водоник за „допуну“ ракета.

Савремени развој - котао за грејање на водоник

Како ради котао за грејање на водоник

На исти начин као и конвенционални гасни котао:

• Гориво се доводи до горионика.
• Горионик загрева измењивач топлоте.
• Расхладна течност која се сипа у измењивач топлоте се транспортује до батерија.

Само уместо магистралног гасовода или резервоара са течним горивом за производњу горива потребно је користити посебне инсталације - генераторе водоника.

Штавише, најчешћи тип кућног генератора је електролитичко постројење које раздваја воду на водоник и кисеоник. Трошкови горива које производе електрични генератори за грејање водоником достижу 6-7 долара по килограму. Истовремено, за производњу кубног метра запаљивог гаса потребна је вода и 1,2 кВ струје.

Али у овом случају можете уштедети новац на уклањању производа сагоревања. На крају крајева, у процесу сагоревања мешавине кисеоника и ваздуха, ослобађа се само водена пара. Дакле, таквом котлу није потребан "прави" димњак.

Предности водоничних котлова

• Водоник може да "запали" било које котлове. Односно, апсолутно било које - чак и старе "совјетске" јединице купљене 80-их година прошлог века. Да бисте то урадили, биће вам потребан нови горионик и гранитни или шамотни камен у пећи, што повећава топлотну инерцију и нивелише ефекат прегревања котла.
• Котлови на водоник имају повећану топлотну снагу.Стандардни гасни котао за 10-12 кВ на водоник ће "одати" до 30-40 киловата топлотне снаге.
• За грејање водоником, углавном, потребан је само горионик. Због тога се чак и котао на чврсто гориво може претворити "под водоник" уградњом горионика у пећ.
• Основа за добијање горива - вода - може се уклонити из славине за воду. Иако је идеалан полупроизвод за производњу водоника дестилована вода, која се меша са натријум хидроксидом.

Недостаци водоничних котлова

• Мали асортиман водоничних котлова и гасних генератора индустријског типа. Већина продаваца нуди "домаће" производе са сумњивим сертификатом.
• Висока цена индустријских модела.
• Експлозивни "карактер" горива - у смеши са кисеоником (у односу 2: 5), водоник се претвара у експлозивни гас.
• Висок ниво буке инсталација за производњу гаса.
• Висока температура пламена - до 3200 степени Целзијуса, што отежава коришћење водоника као горива за кухињски шпорет (потребни су посебни разделници). Међутим, Х2идроГЕМ, котао за грејање на водоник произведен у Италији од стране гиацоминиа, опремљен је гориоником са температуром пламена до 300 степени Целзијуса.

Карактеристике електролитичког генератора водоника

Генератор водоника на принципу електролизе најчешће се производи у контејнерској верзији. Предуслов за куповину таквог уређаја за грејање је присуство следећих докумената: дозвола Ростекхнадзора, сертификата (усаглашеност са ГОСТР-ом и хигијенским).

Електролитички генератор се састоји од следећих елемената:

• блок који укључује трансформатор, исправљач, разводне кутије и уређаје, блок за допуњавање и деминерализацију воде;
• уређаји за одвојену производњу водоника и кисеоника - електролизер;
• системи за анализу гаса;
• системи за течно хлађење;
• систем који има за циљ откривање могућег цурења водоника;
• контролне табле и системи аутоматског управљања.

Да би се постигао најефикаснији процес електричне проводљивости, користе се лужне капи. Резервоар се са њим допуњује по потреби, али најчешће се то дешава око 1 пут годишње.
Сви електролитски генератори индустријског типа производе се на основу европских еколошких и безбедносних стандарда.

Експериментално је доказано да је куповина водоничног електролитског генератора много исплативија од редовне куповине гаса. Дакле, за производњу 1 кубног метра гаса из водоника и кисеоника потребно је само око 3,5 кВ електричне енергије, као и пола литра деминерализоване воде.

Карактеристике електролитичког генератора водоника

Генератор водоника на принципу електролизе најчешће се производи у контејнерској верзији. Предуслов за куповину таквог уређаја за грејање је присуство следећих докумената: дозвола Ростекхнадзора, сертификата (усаглашеност са ГОСТР-ом и хигијенским).

Електролитички генератор се састоји од следећих елемената:

• блок који укључује трансформатор, исправљач, разводне кутије и уређаје, блок за допуњавање и деминерализацију воде;
• уређаји за одвојену производњу водоника и кисеоника - електролизер;
• системи за анализу гаса;
• системи за течно хлађење;
• систем који има за циљ откривање могућег цурења водоника;
• контролне табле и системи аутоматског управљања.

Да би се постигао најефикаснији процес електричне проводљивости, користе се лужне капи. Резервоар се са њим допуњује по потреби, али најчешће се то дешава око 1 пут годишње. Сви електролитски генератори индустријског типа производе се на основу европских еколошких и безбедносних стандарда.

Експериментално је доказано да је куповина водоничног електролитског генератора много исплативија од редовне куповине гаса. Дакле, за производњу 1 кубног метра гаса из водоника и кисеоника потребно је само око 3,5 кВ електричне енергије, као и пола литра деминерализоване воде.

Имплементација у постојеће системе

Изградња нових система грејања је скуп и дуготрајан процес. Куповина генератора водоника за мале зграде има дуг период отплате, па се често такви уређаји склапају независно.

Додавање постојећег круга грејања са генератором захтева проширење простора. Неопходно је унапред водити рачуна о месту уградње уређаја.

Стари котлови се могу прилагодити за рад на гас водоник: нови горионици се постављају у пећ. Систем је допуњен неопходним инструментима за контролу параметара и тражење цурења гаса.

Надограђени системи такође захтевају употребу катализатора. Реновирање старих система је много јефтиније од потпуне замене опреме.

Модернизација је препоручљива ако је главна јединица - котао погодан за адаптацију за рад са генераторима водоника.

Изградња генератора водоника самостално омогућава вам да уштедите прилично велику количину.

Све домаће уређаје, као и оне купљене од произвођача, морају проверити стручњаци.Уградња неисправних уређаја није дозвољена.

Мит да је котао на водоник најекономичнији начин загревања куће

Често можете чути да је котао на водоник најекономичнији начин загревања приватне куће. Обично, да би се оправдала ова теза, наводи се висока калоријска вредност водоника - више од 3 пута већа од оне природног гаса. Из овога се изводи једноставан закључак - профитабилније је загревати кућу водоником него гасом.

Понекад се као аргумент ефикасности водоничног котла наводи такозвани „браон гас“ или мешавина атома водоника и кисеоника (ХХО), која при сагоревању ослобађа још више топлоте, а на којој „напредни котлови“ оперисати. Након овога оправдања ефикасности једноставно престају, остављајући машти лаика прилику да црта прелепе слике под општим називом „грејање за готово ништа“. Замислите само - водоник гори "топлије" и добија се из практично бесплатне воде, права корист!

Машту такође подстичу вести о стално растућој флоти возила на водоник као алтернативи традиционалним. Рецимо, ако аутомобили „возе“ на водоник, онда је котао на водоник заиста вредна ствар.

Али у стварности, ствари су мало компликованије. Да је чисти водоник елемент који је лако доступан у природи, све би било тако, или скоро тако, било би. Али чињеница је да се чисти водоник не појављује на Земљи - само у везаном облику, на пример, у облику воде. Стога се у пракси водоник прво мора однекуд добити, штавише, уз помоћ хемијских реакција које троше енергију.

ДИИ производња

Дакле, одлучивши да направите пећ на воду, прва ствар коју треба да урадите је да одредите главни дизајн будућег грејача.

Користећи ову методу, свака пећница се може претворити у економичну опцију.

Најчешће је такав грејач већ доступан и само га треба модификовати. Ево дијаграма тока посла:

1. Пронађите посуду за воду и поправите је.
2. Направите пароброд.
3. Размишљају о његовом причвршћивању и начину загревања како би добили пару.
4. Направите прегрејач. Ово је обично танкозидна цев од нерђајућег челика са равномерно исеченим рупама. Обмотан је мрежицом од нерђајућег челика - овај уређај ће служити као пригушивач буке.
5. Размислите о шеми повезивања и причвршћивања свих делова. Прегрејач мора бити смештен на решетки пећи да би имао добар приступ кисеонику. Многи долазе са додатним уређајима тако да се не зачепљује пепелом и да је снабдевање кисеоником константно.
6. Проверите ефикасност уређаја и сигурност од пожара. Одсуство дима из димњака када је пећ врућа указује на правилан рад. Сви гумени, дрвени и пластични делови уређаја морају бити на ватроотпорној удаљености од ватре и врућих делова конструкције.

Више детаља о пећи на води у овом видеу:

Инсталирањем овог дизајна можете уштедети много новца. Поред тога, као гориво, вода у пећи смањује загађење ваздуха од отпада од сагоревања. Чак и најједноставнији начин модификације пећи може довести до дивног резултата.

На пример, неки летњи становници користе вентилатор за воду. То јест, испод ложишта убацују металну посуду са водом.Као резултат испаравања и загревања, таква једноставна метода претвара обичну пећ у пећ на воду и вишеструко побољшава њене перформансе.

Главни чворови

1. Боилер. Одабире се на основу врсте зграде, површине и потребне ефикасности инсталације.
2. Систем цеви. Најрационалније за грејање куће је употреба цеви пречника 1,25 инча. Неопходно је поштовати правило - свака следећа грана мора имати мањи пречник од претходне. Према томе, прорачуни захтева за материјалом и ефикасности инсталације треба да почну са минималним дозвољеним пречником цеви.
3. Излаз отпадних производа - водена пара, без нечистоћа.
4. Бурнер. За сагоревање водоника потребна је температура већа од 3000 степени.

Унутрашња структура генератора водоника

Генератор са сопственим напајањем

Да би се повећала ефикасност, треба купити модуларне јединице са неколико горионика - ово је повећање брзине електролизе. Тип и снага горионика се такође бирају узимајући у обзир потребе просторија за снабдевање топлотом (подручје, материјал зида, климатски регион итд.) И оптималну снагу генератора.

За стамбену зграду, највећа снага генератора водоника је 6 кВ.

Генератор водоника за дом

Како уређај ради

Само кућиште има терминале за повезивање извора напајања и ту је чаура кроз коју се гас испушта.

Рад уређаја се може описати на следећи начин: електрична струја пролази кроз дестиловану воду између плоча са различитим пољима (једна има аноду, друга има катоду), дели је на кисеоник и водоник.

У зависности од површине плоча, електрична струја има своју снагу, ако је површина велика, онда много струје пролази кроз воду и ослобађа се више гаса. Шема повезивања плоча је алтернативна, прво плус, затим минус, итд.

Препоручује се да електроде буду од нерђајућег челика, који не реагује са водом током електролизе. Главна ствар је пронаћи висококвалитетни нерђајући челик. Боље је да растојање између електрода буде мало, али тако да се мехурићи гаса лако крећу између њих. Причвршћивачи су најбоље направљени од одговарајућег метала као електроде.

Узети у обзир:
због чињенице да је технологија производње повезана са гасом, како би се избегло стварање варнице, потребно је да се сви делови добро прилегну. У разматраној варијанти, уређај укључује 16 плоча, које се налазе једна од друге унутар 1 мм

Због чињенице да плоче имају прилично велику површину и дебљину, кроз такав уређај ће бити могуће проћи велике струје, али се метал неће загрејати. Ако мерите капацитивност електрода у ваздуху, онда ће бити 1нФ, овај комплет користи до 25А у обичној води из славине.

Да бисте сакупили генератор водоника сопственим рукама, можете користити посуду за храну, јер је његова пластика отпорна на топлоту. Затим морате спустити електроде за прикупљање гаса у посуду са херметички изолованим конекторима, поклопцем и другим прикључцима.

Ако користите метални контејнер, онда да бисте избегли кратки спој, електроде су причвршћене за пластику. Са обе стране бакарних и месинганих фитинга постављена су по два конектора (фитинг - монтирати, монтирати) за извлачење гаса.Контактни конектори и спојеви морају бити чврсто причвршћени силиконским заптивачем.

Како направити грејање водоником својим рукама

Сваки мајстор који има способност да ради са металом може својим рукама направити грејање на водоник.

Да бисте формирали уређај, биће вам потребан следећи сет материјала:

• лим од нерђајућег челика са параметрима 50к50 цм;
• вијци 6к150, опремљени подлошкама и матицама;
• проточни филтерски елемент - користан из старе машине за прање веша;
• провидна шупља цев дужине 10 м, на пример, од нивоа воде;
• обичан пластични контејнер за храну од 1,5 литара са јаким затвореним поклопцем;
• сет арматура рибље кости са пречником рупе од 8 мм;
• брусилица за сечење;
• бушилица;
• силиконски заптивач.

Да бисте направили пећ на водоник, погодан је челик 03Кс16Х1, а уместо воде можете узети алкални раствор, који ће створити агресивно окружење за пролаз струје, а истовремено продужавати животни век челичних лимова.

Како сами направити грејање куће водоником:

1. Положите метални лим на раван сто, исеците на 16 једнаких делова. За будући горионик се добијају правоугаоници. Сада одрежите један угао од свих 16 правоугаоника - ово је неопходно за накнадно повезивање делова.
2. На полеђини сваког елемента избушите рупу за вијак. Од свих 16 листова, 8 ће бити аноде, а 8 катоде. Аноде и катоде су потребне за пролаз електричне струје кроз делове различитог поларитета, чиме се обезбеђује разлагање алкалија или дестилата на водоник и кисеоник.
3. Сада ставите плоче у пластичну посуду, узимајући у обзир поларитет, наизменично плус и минус. Као изолатор плоча служиће провидна цев, која се мора исећи на прстенове, а затим на траке дебљине 1 мм.

1. Металне плоче су причвршћене једна на другу помоћу подложака на овај начин - прво се подлошка ставља на ногу вијка, а затим се поставља плоча. Након плоче, потребно је да ставите 3 подлошке на вијак, а затим поново плочу. На овај начин је 8 плоча окачено на аноду и 8 плоча на катоду.

Сада морате да схватите тачку заустављања за вијак у посуди за храну, избушите рупу на овом месту. Ако вијци нису укључени у контејнер, онда се нога вијка исече на жељену дужину. Након тога, увијте вијке у рупе, ставите подлошке на ноге и стегните структуру матицама за затегнутост. Поклопац контејнера опремите отвором за причвршћивање, убаците елемент у отвор и, ради затегнутости, премажите место споја заптивачем. Сада издувајте арматуру. А ако ваздух излази кроз поклопац, онда ћете морати да затворите поклопац по целом периметру.

Генератор се тестира повезивањем било ког извора струје са пуњењем посуде водом. На спојницу се ставља црево, чији је други крај уроњен у контејнер. Ако се у течности формирају мехурићи ваздуха, онда коло ради, ако не, потребно је да проверите тренутну снагу напајања. Дешава се да се мехурићи ваздуха не формирају у води, али се свакако појављују у електролизеру.

Да би се обезбедила потребна количина топлотне енергије, потребно је повећати производњу и излаз гаса повећањем напона у електролиту. Сипајте алкалије у воду, на пример, натријум хидроксид, који се налази у Крот чистачу цеви. Поново прикључите напајање и проверите капацитет електролизера.

Последња фаза је повезивање горионика на цевовод топловода. То може бити топли под, ожичење постоља. Спојеве треба запечатити силиконом и опрема се може пустити у рад.

Направите генератор сами

На Интернету можете пронаћи пуно упутстава о томе како направити генератор водоника. Треба напоменути да је такву инсталацију за кућу сасвим могуће саставити сопственим рукама - дизајн је прилично једноставан.

Компоненте генератора водоника за грејање у приватној кући урадите сами

Али шта ћете учинити са насталим водоником? Још једном обратите пажњу на температуру сагоревања овог горива у ваздуху. То је 2800-3000°С

С обзиром да се метали и други чврсти материјали секу сагоревањем водоника, постаје јасно да уградња горионика у конвенционални котао на гас, течно гориво или чврсто гориво са воденим омотачем неће радити - једноставно ће изгорети.

Занатлије на форумима саветују постављање ложишта изнутра шамотном циглом. Али температура топљења чак и најбољих материјала ове врсте не прелази 1600 ° Ц, таква пећ неће дуго трајати. Друга опција је употреба специјалног горионика, који је у стању да снизи температуру бакље на прихватљиве вредности. Дакле, док не пронађете такав горионик, не би требало да почнете да монтирате домаћи генератор водоника.

Савети за састављање и рад генератора

Након што сте решили проблем са котлом, изаберите одговарајућу шему и упутства о томе како направити генератор водоника за грејање приватне куће.

Домаћи уређај ће бити ефикасан само ако:

• довољна површина плочастих електрода;
• правилан избор материјала за производњу електрода;
• висококвалитетна течност за електролизу.

Које величине треба да буде јединица која производи водоник у довољним количинама да загреје кућу, мораћете да одредите „на око“ (на основу туђег искуства), или за почетак склапањем мале инсталације. Друга опција је практичнија - омогућиће вам да разумете да ли је вредно трошити новац и време на инсталирање пуноправног генератора.

Ретки метали се идеално користе као електроде, али ово је прескупо за кућну јединицу. Препоручљиво је одабрати плоче од нерђајућег челика, пожељно феромагнетне.

Дизајн генератора водоника

Постоје одређени захтеви за квалитет воде. Не би требало да садржи механичке нечистоће и тешке метале. Генератор ради што ефикасније на дестилованој води, али да бисте смањили трошкове изградње, можете се ограничити на филтере за пречишћавање воде од непотребних нечистоћа. Да би се електрична реакција одвијала интензивније, у воду се додаје натријум хидроксид у односу 1 кашика на 10 литара воде.