Производство водорода в домашних условиях для отопления

Водородное отопление дома и генераторы Н2 — удачный выбор или путь в Страну дураков

Hydrogenium (Н2), «порождающий воду» — самый распространённый элемент мироздания. По утверждению учёных, на его долю приходится почти 90% всех атомов Вселенной. Водород, в ходе реакции термоядерного синтеза обеспечивающий энергией наше Солнце, может послужить прекрасным топливом и на Земле. Это единственное абсолютно безвредное, экологически чистое топливо: при сгорании газа он вступает в химическую реакцию с кислородом, а продуктом сгорания является дистиллированная вода. Hydrogenium — идеальное во всех отношениях топливо, которое прекрасно подходит в том числе для отопления дома. Причём под водородный котел отопления можно переоборудовать обычный газовый, внеся лишь небольшие изменения в его конструкцию. Одна беда: несмотря на распространённость водорода (мы сами наполовину из него состоим), на нашей планете в чистом виде он почти не встречается. В открытой продаже этого газа нет, где же его взять в достаточном количестве? Интернет даёт нам чёткий и ясный ответ: купить либо собрать самому генератор водорода для отопления дома.

Технологии получения чистого водорода

Существует множество технологий получения водорода. Упомянем лишь те из них, которые находят практическое применение вне стен лабораторий:

  • Химическая реакция воды с металлами. Топливом служит вода, реагентом — алюминиево-галлиевый сплав. 150 кг топливных элементов хватает, чтобы проехать 500 км на «водородомобиле», затем металл приходится извлекать и отправлять на восстановление, что требует воздействия высоких температур.
  • Конверсия природного газа, газификация угля, пиролиз древесины. Путём нагрева свыше 1000 ºС из углеводородов можно получить чистый водород для отопления дома.
  • Электролиз воды. Более эффективным является высокотемпературный электролиз.
  • Получение водорода из биомассы. Сырьём может служить навоз, сено, трава, водоросли и другие отходы сельскохозяйственного производства. Биогаз может содержать от 2 до 12% водорода.
  • «Мусорный» водород получают из бытовых отходов, подвергая их термическому разложению.

Домашние генераторы водорода

Как видно из предыдущего раздела, большинство технологических процессов по промышленному получению водорода связаны с воздействием высоких температур, что проблематично в домашних условиях. Рассмотрим водородные установки для отопления, доступные в частном хозяйстве:

Водород из навоза

Биогазовые установки, коих немало в Западной Европе, начинают появляться и у отечественных аграриев. Кустарные биогазовые реакторы, о которых рассказывают в интернете «мастера-очумелые ручки» не отличаются ни производительностью, ни стабильностью генерации. Эффективными являются лишь довольно сложные и недешёвые установки при условии стабильного поступления в них сырья. Это нереально осуществить на мелком частном подворье, но возможно в крепком фермерском хозяйстве. Водород является лишь побочным продуктом при производстве биогаза и, как правило, его не отделяют, сжигая вместе с метаном. Но при необходимости Н2 можно сепарировать.

Водород из воды

Электролизная водородная установка для отопления дома — единственное на сегодняшний день решение, доступное для частного дома. Электролизер компактен, прост в обслуживании, его можно установить в небольшом помещении. Сырьё для получения топлива — водопроводная вода. Есть ряд именитых производителей, которые предлагают подобные домашние генераторы водорода для отопления дома и заправки автомобиля. К примеру, с 2003 года компания Honda выпускает Home Energy Station, сегодня в продаже уже третье поколение. HES III снабжена солнечными панелями, может устанавливаться в гараже либо на улице.

Помимо «фирменного» оборудования, которое, кстати, официально в страны СНГ никто не поставляет, сегодня широко рекламируются генераторы Н2, произведенные нашими друзьями в Поднебесной либо таджикскими коллегами в отечественных гаражах. Уровень качества и производительность — разные, от никакого до условно приемлемого. Продавцы подобного оборудования, в отличие от более-менее честных японцев, не обещающих манны небесной, используют «грязные» рекламные технологии, откровенно обманывая потенциальных покупателей на предмет характеристик своего оборудования, продающегося по завышенным ценам.

Полукустарная установка для выработки водорода

На околостроительных интернет-форумах широко обсуждается отопление на водороде своими руками, предусматривающее самостоятельное изготовление электролизера. Это возможно и даже не очень сложно, если домашний мастер владеет азами электротехники и руки у него растут, откуда положено. Насколько эффективно и безопасно — отдельный вопрос.

Автор ролика подробно рассказывает об устройстве топливной ячейки для получения водорода, смонтированной в корпусе обычного фильтра для очистки воды. Установка реально действующая.

Другой вопрос, что получить топливо — это лишь часть задачи. Необходимо обеспечить его генерацию в нужных объёмах, отделить от кислорода и водяного пара, создать запас, обеспечить постоянное давление при подаче в теплогенератор.

Сколько стоит килограмм водорода

Средняя себестоимость 1 кг водорода, в зависимости от технологии его получения, по данным лаборатории INEEL, следующая:

  • Химическая реакция — 700 рублей при стандартном методе восстановления реагента и 320 — при использовании энергии АЭС.
  • Электролиз от промышленной сети — 420 рублей. Данные справедливы для «фирменных», сбалансированных электролизеров. У кустарного изделия показатели заведомо ниже.
  • Производство из биомассы — 350 рублей.
  • Конверсия углеводородов — 200 рублей.
  • Высокотемпературный электролиз на АЭС — 130 рублей.

Из этих цифр видно, что дешевле всего производить водород на атомных электростанциях, где важный ресурс — высокая температура, является побочным продуктом основного производства. Водородная энергетика от возобновляемых источников также себя не окупает в связи с высокой стоимостью оборудования. А что же водородное отопление дома на основе компактной установки? Нужно понимать, что закон сохранения энергии обойти невозможно. Для того, чтобы выделить Н2 в электролизере, придётся затратить определённое количество электрической энергии. Чтобы её получить, на ТЭЦ сожгли ископаемое топливо либо энергию выработала ГЭС. Затем электричество передали по проводам. На всех стадиях процесса происходят неизбежные потери и полученное в конце количество потенциальной тепловой энергии будет априори ниже, чем вначале.

Выгодно ли отапливать дом водородом

Продавцы компактных генераторов водорода убеждают покупателей в необычайной дешевизне отопления дома водородом. Якобы это даже выгоднее, чем топить газом. Мол, вода, которую заливают в установку, ничего не стоит, об остальных затратах умалчивают. Такие обещания оказывают магическое действие на некоторых наших сограждан, обожающих халяву. Но давайте не будем уподобляться Буратино и, прежде чем ступить в Страну дураков, выясним, почём на самом деле обходится водородное отопление дома.

Средняя отпускная цена природного газа для населения на нужды отопления и для выработки электроэнергии — 4,76 руб/м3. В 1 м3 содержится 0,712 кг. Соответственно, 1 кг природного газа стоит 6,68 рубля. Средняя теплотворная способность природного газа — 50 000 кДж/кг. У водорода — намного выше, 140 000 кДж/кг. То есть, для того чтобы получить количество тепловой энергии, равное той, что образуется при сгорании 1 кг водорода, потребуется 2,8 кг природного газа. Его стоимость — 13,32 рубля. Теперь сравним показатели стоимости тепловой энергии, полученной от сжигания 1 кг водорода, полученного в хорошем заводском электролизере и от 2,8 кг природного газа: 420 рублей против 13,32. Разница — поистине чудовищная, в 31,5 раз! Даже по сравнению с самым дорогим из традиционных видов отопления — электрическим, водород даже близко не может конкурировать, он обходится в 4 раза дороже! Ту электроэнергию, которая будет потрачена на работу электролизера, лучше использовать для работы нагревательных электроприборов, толку будет не в пример больше.

Именно такие рекламные технологии и методы убеждения используют продавцы установок для отопления дома водородом, чтобы втридорога сбыть свой бесполезный товар

Что касается перспектив водородной энергетики, то они есть, но успех связан с перспективными промышленными технологиями, которых ещё не придумали. Бытовые генераторы водорода и водородомобили однозначно убыточны как минимум на ближайшие десятилетия. Их весьма ограниченное использование в некоторых странах возможно лишь благодаря серьёзным государственным дотациям в рамках экспериментальных экологических программ.

Memento mori — пару слов о технике безопасности

Водород — горючий взрывоопасный газ. При этом не обладающий запахом, определить его утечку без специального оборудования невозможно. Обращение со столь опасным видом топлива требует особых мер безопасности. Необходимо периодически осуществлять проверку герметичности трубопроводов, накопительных резервуаров, исправность запорной арматуры. Генератор H2 — не такой простой прибор, как может показаться из коротких видеороликов. Это потенциальная бомба, которая может разнести ваш дом. Переоборудовать газовый под водородный котел отопления своими руками — также опасно.

Самодельный водородный котел отопления, кое-как переделанный из старого дровяного и генератор водорода для отопления дома, собранный на коленке и небезопасный. Авторы ролика говорят о необычайной эффективности установки, не называя никаких цифр и предлагая заказать у них аналогичную по сходной цене

Развенчиваем мифы о экономичности водородных котлов

Если экономические выкладки вас не убедили, и вы всё же решите поэкспериментировать с темой водородного отопления себе в убыток, настоятельно рекомендуем не заниматься самодеятельностью, а пригласить специалистов, имеющих опыт в данной сфере деятельности. Таких, кстати, в нашей стране очень немного.

Опишите свой вопрос максимально подробно и наш эксперт ответит на него

Использование водородного генератора для отопления

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

Водородный генератор своими руками

Принцип работы устройства

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

Получение водорода

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

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

Конструкция генератора

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

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

Принцип работы водородного генератора

Водородное отопление

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

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

Читайте также  Производство садовой мебели из металла

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

Радужные перспективы

Водород — крайне перспективный энергоноситель по целому ряду причин:

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

Преимущества водородного отопления

Водород как энергоноситель — сфера применения

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

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

Водородные отопительные котлы

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

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

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

Водородный котел на твердом топливе

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

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

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

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

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

Изготовление генератора собственными силами

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

Компоненты водородного генератора своими руками для отопления в частном доме

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

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

Советы по сборке и эксплуатации генератора

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

Самодельное устройство будет эффективным только при условии:

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

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

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

Конструкция водородного генератора

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

Экономический вопрос

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

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

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

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

Как сделать водородный генератор своими руками?

Водород практически идеальный вид топлива, но проблема заключается в том, что он на нашей планете встречается только в виде соединений с другими химическими элементами. Доля «чистого» вещества в атмосфере составляет не более 0,00005%. Учитывая такие реалии, становится актуальным вопрос о водородном генераторе. Рассмотрим принцип работы такого устройства, его конструктивные особенности, сферу применения и возможность самостоятельного изготовления.

Описание и принцип работы водородного генератора

Есть несколько методик выделения водорода и из других веществ, перечислим наиболее распространенные:

  1. Электролиз, данная методика наиболее простая и может быть реализована в домашних условиях. Через водный раствор, содержащий соль, пропускается постоянный электрический ток, под его воздействием происходит реакция, которую можно описать следующим уравнением: 2NaCl + 2H2O→2NaOH + Cl2 + H2↑. В данном случае пример приведен для раствора обычной кухонной соли, что не лучший вариант, поскольку выделяющийся хлор является ядовитым веществом. Заметим, что полученный данным способом водород наиболее чистый (порядка 99,9%).
  2. Путем пропускания водяного пара над каменноугольным коксом, нагретым до температуры 1000°С, при таких условиях протекает следующая реакция: Н2О + С ⇔ СО↑ + H2↑.
  3. Добыча из метана путем конверсии с водяным паром (необходимое условие для реакции – температура 1000°С): СН4 + Н2О ⇔ СО + 3Н2. Второй вариант – окисление метана: 2СН4 + О2 ⇔ 2СО + 4Н2.
  4. В процессе крекинга (переработки нефти) водород выделяется в качестве побочного продукта. Заметим, что в нашей стране все еще практикуется сжигание этого вещества на некоторых нефтеперерабатывающих заводах ввиду отсутствия необходимого оборудования или достаточного спроса.

Из перечисленных вариантов последний наименее затратный, а первый наиболее доступный, именно он положен в основу большинства генераторов водорода, в том числе и бытовых. Их принцип действия заключается в том, что в процессе пропускания тока через раствор, положительный электрод притягивает отрицательные ионы, а электрод с противоположным зарядом – положительные, в результате происходит расщепление вещества.

Пример электролиза на растворе хлорида натрия

Конструктивные особенности и устройство генератора водорода

Если с получением водорода проблем сейчас практически нет, то его транспортировка и хранение до сих пор остается актуальной задачей. Молекулы этого вещества настолько малы, что могут проникать даже сквозь металл, что несет определенную угрозу безопасности. Хранение в абсорбированном виде пока не отличается высокой рентабельностью. Поэтому наиболее оптимальный вариант – генерация водорода непосредственно перед его использованием в производственном цикле.

Для этой цели изготавливаются промышленные установки для генерации водорода. Как правило, это электролизеры мембранного типа. Упрощенная конструкция такого устройства и принцип работы приведен ниже.

Упрощенная схема водородного генератора мембранного типа

Обозначения:

  • А – трубка для отвода хлора (Cl2).
  • B – отвод водорода (Н2).
  • С – анод, на котором происходит следующая реакция: 2CL — →CL2 + 2е — .
  • D – катод, реакцию на нем можно описать следующим уравнением: 2Н2О + 2е — →Н2 + ОН — .
  • Е – раствор воды и хлористого натрия (Н2О & NaCl).
  • F – мембрана;
  • G – насыщенный раствор хлористого натрия и образование каустической соды (NaОН).
  • H – отвод рассола и разбавленной каустической соды.
  • I – ввод насыщенного рассола.
  • J – крышка.

Конструкция бытовых генераторов значительно проще, поскольку в большинстве своем они не вырабатывают чистый водород, а производят газ Брауна. Так принято называть смесь кислорода и водорода. Этот вариант наиболее практичен, не требуется разделять водород и кислород, то можно значительно упростить конструкцию, а значит и сделать ее дешевле. Помимо этого полученный газ сжигается по мере его выработки. Хранить и накапливать его в домашних условиях не только проблематично, но и небезопасно.

Обозначения:

  • а – трубка для отвода газа Брауна;
  • b – впускной коллектор подачи воды;
  • с – герметичный корпус;
  • d – блок пластин электродов (анодов и катодов), с установленными между ними изоляторами;
  • e – вода;
  • f – датчик уровня воды (подключается к блоку управления);
  • g – фильтр водоотделения;
  • h – подвод питания, подаваемого на электроды;
  • i – датчик давления (подает сигнал блоку управления при достижении порогового уровня);
  • j – предохранительный клапан;
  • k – отвод газа с предохранительного клапана.
Читайте также  Станок для производства топливных брикетов своими руками

Характерная особенность таких устройств – использование блоков электродов, поскольку не требуется сепарирование водорода и кислорода. Это позволяет сделать генераторы довольно компактными.

Блоки электродов для установки, которая производит газ Брауна

Сферы применения водородного генератора

Ввиду проблем, связанных с транспортировкой и хранением водорода, такие устройства востребованы в производствах, где наличие этого газа требует технологический цикл. Перечислим основные направления:

  1. Производства, связанные с синтезом хлороводорода.
  2. Изготовление топлива для ракетных двигателей.
  3. Создание удобрений.
  4. Производство нитрида водорода (аммиака).
  5. Синтез азотной кислоты.
  6. В пищевой промышленности (для получения твердых жиров из растительных масел).
  7. Обработка металла (сварка и резка).
  8. Восстановление металлов.
  9. Синтез метилового спирта
  10. Изготовление соляной кислоты.

Основные сферы применения генераторов водорода в промышленности

Несмотря на то, что производство водорода в процессе переработки нефти дешевле, чем его получение путем электролиза, как уже указывалось выше, возникают сложности с транспортировкой газа. Строить опасные химические производства, непосредственно, рядом с перерабатывающими нефть заводами не всегда позволяет экологическая обстановка. Помимо этого водород, полученный путем электролиза, значительно чище, чем при крекинге нефти. В связи с этим на промышленные водородные генераторы всегда высокий спрос.

Бытовое применение

В быту также есть применение водороду. В первую очередь это автономные отопительные системы. Но здесь некоторые особенности. Установки по производству чистого водорода стоят значительно дороже, чем генераторы газа Брауна, последние даже можно собрать самостоятельно. Но при организации отопления дома необходимо учитывать, что температура горения газа Брауна значительно выше, чем у метана, поэтому потребуется специальный котел, который несколько дороже обычного.

Топливный котел должен иметь соответствующую метку

В интернете можно встретить немало статей, в которых написано, что для гремучего газа можно использовать обычные котлы, это делать категорически нельзя. В лучшем случае они быстро выйдут из строя, а в худшем могут стать причиной печальных или даже трагических последствий. Для смеси Брауна предусмотрены специальные конструкции с более термостойким соплом.

Необходимо заметить, что рентабельность отопительных систем на основе водородных генераторов вызывает большое сомнение ввиду низкого КПД. В таких системах имеются двойные потери, во-первых, в процессе генерации газа, во-вторых, при нагреве воды в котле. Дешевле для отопления сразу нагревать воду в электрическом бойлере.

Не менее спорная реализация для бытового использования, при которой газом Брауна обогащают бензин в топливной системе двигателя автомобиля с целью экономии.

Применение генератора ННО в авто

Обозначения:

  • а – генератор ННО (принятое обозначение для газа Брауна);
  • b – отвод газа в камеру сушки;
  • с – отсек для удаления водяных паров;
  • d – возвращение конденсата в генератор;
  • е – подача осушенного газа в воздушный фильтр топливной системы;
  • f – автомобильный двигатель;
  • g – подключение к аккумулятору и электрогенератору.

Нужно заметить, что в некоторых случаях такая система даже работает (если ее собрать правильно). Но точные параметры, коэффициент прироста мощности, процент экономии вы не найдете. Эти данные сильно размыты, и достоверность их вызывает сомнения. Опять же не ясен вопрос, насколько уменьшится ресурс двигателя.

Но спрос порождает предложения, в интернетах можно найти подробные чертежи таких приспособлений и инструкцию по их подключению. Есть и готовые модели, сделанные в стране Восходящего Солнца.

Делаем простейший генератор водорода своими руками пошагово

Расскажем, как можно сделать самодельный генератор для получения смеси водорода и кислорода (ННО). Его мощности на отопления дома не хватит, но для газовой горелки для резки металла количество полученного газа будет достаточным.

Рис. 8. Схема газовой горелки

Обозначения:

  • а – сопло горелки;
  • b – трубки;
  • c – водные затворы;
  • d – вода;
  • е – электроды;
  • f – герметичный корпус.

В первую очередь делаем электролизер, для этого нам понадобится герметичная емкость и электроды. В качестве последних используем стальные пластины (их размер выбираем произвольно, в зависимости от желаемой производительности), прикрепленные к диэлектрическому основанию. Соединяем между собой все пластины каждого из электродов.

Когда электроды готовы их надо укрепить в емкости таким образом, чтобы места подключения проводов питания были выше предполагаемого уровня воды. Провода от электродов идут к блоку питания на 12 вольт или автомобильному аккумулятору.

В крышке емкости делаем отверстие под трубку для выхода газа. В качестве водных затворов можно использовать обычные стеклянные банки емкостью 1 литр. Заполняем их на 2/3 водой и подключаем к электролизеру и горелке, как показано на рисунке 8.

Горелку лучше взять готовую, поскольку не каждый материал может выдержать температуру горения газа Брауна. Подключаем ее к выходу последнего водного затвора.

Наполняем электролизер водой, в которую добавлена обычная кухонная соль.

Подаем напряжение на электроды и проверяем работу устройства.

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.

Выберем водородный генератор для отопления частного дома

С учетом удорожания энергоресурсов обогрев жилой площади требует больших материальных затрат. Если брать во внимание квартиру с небольшой жилой площадью, то стоимость отопления в холодную пору года посильна для оплаты. Однако учитывать отопительную систему коттеджа или частного дома с большой квадратурой, встает вопрос о поиске альтернативных источников отопления. Одним из таких вариантов является водородное отопление. Учеными доказано, что теплоемкость водорода в несколько раз превышает теплоемкость природного газа, что позволяет значительно экономить бюджетные средства. Какие преимущества имеет водородное отопление, его особенности и способы самодельного создания такого вида отопления, разберем далее.

Читайте также  Станки для производства из отходов резины

Что представляет собой водород?

Главным его преимуществом при использовании в отопительной системе является относительно небольшая температура горения (всего 300°С). Это позволяет использовать газ в котле, выполненном из традиционных недорогих видов металла.

Сам по себе газ не имеет цвета и запаха, а при соединении с другими химическими компонентами он не образует опасных токсинов, вредных для здоровья человека. Поэтому его использование в быту крайне безопасно. Единственной опасностью является его повышенный уровень взрывоопасности.

Рассказ про отопление дома водородом

При неправильном использовании газа или контакте его с открытым источником огня, может произойти взрыв.

Водород в отопительной системе

Несмотря на наличие таких благоприятных качеств как экологичность и высокий уровень теплоемкости, водород не встречается в природе в свободном виде. Его синтезирует специально собранный котел, в котором при помощи электролиза обычная вода распадается на водород и кислород. Соответственно система отопления должна включать в себя два незаменимых компонента: воду и электричество. Получаемая в результате электролиза газовая смесь получила название «гремучая смесь». Такое название полностью оправдано, ведь при небольшой искре газ способен спровоцировать взрыв.

Рассмотрим более детально, как преобразовать водород в энергоресурс. Как было сказано выше, этот газ получают путем электролиза воды, поэтому для его синтеза потребуется специальное оборудование, представляющее собой контейнер, в который погружены металлические пластины с водой. По пластинам подается ток определенной частоты, после воздействия которого выделяется водород и кислород, но не в чистом виде, а смешанные с водяным паром (он образуется в качестве побочного продукта электролиза). Чтобы отделить пар и вычленить водород, газовую смесь пропускают через химический сепаратор, способный отделить водород от других примесей.

Полученный водород подается в горелку, оснащенную клапаном, что не позволяет его перемещение в обратную сторону, предотвращая взрыв. Пар и кислород отводятся через специальный контейнер. Сам прибор оснащен датчиками давления и показателями уровня воды. Современные модели работают в автоматическом режиме, предотвращая побочные реакции, путем прекращения процесса электролиза и подачи тока при отсутствии должного уровня воды.

Подробный материал про отопление дома водородом

Единственно, что нужно делать собственноручно – это периодически подливать воду в систему. На этом особенности эксплуатации водородного отопления завершаются.

Технические компоненты установки для отопления

Конструкция отопительной системы на водороде крайне проста и состоит из двух конструктивных элементов:

Котел – это самый главный элемент, в котором происходит процесс выработки водорода. В котел входят такие конструктивные единицы, как:

  • Электролизер – прибор, где собственно и происходит реакция электролиза, в результате которой вода распадается на кислород и водород. Его полость заполняется водой, в которую помещены металлические пластины, обладающие наивысшей проводимостью тока. К ним подсоединены специальные проводки, по которым подается ток.
  • Клапан горелки – располагается вверху устройства, чтобы полученному газу было легче преодолевать барьер и поступать непосредственно в горелку.
  • Горелка – элемент, в который подается искра и полученный газ начинает гореть, выделяя тепло.

Трубы – обеспечивают подачу тепла через нагрев воды, которое позволяет обогреть весь дом.

Плюсы и минусы отопления

Среди преимуществ, позволяющих использовать этот вид отопления в быту, служат следующие показатели:

  1. Абсолютная экологичность – продукты распада воды (водород, кислород и пар) не влияют на состояние здоровья даже в процессе горения.
  2. Максимальный уровень КПД, достигающий 96%, это гораздо выше того же угля, дизеля или природного газа.
  3. Использование водорода как альтернативного источника энергоресурсов позволяет значительно экономить запасы исчерпаемых природных ресурсов, снижая их добычу в несколько раз.
  4. Невысокая стоимость – для отопления жилых домов стоимость системы незначительна, а простота работы, основанная на примитивной химической реакции электролиза, позволяет собрать систему своими руками.

Из недостатков можно выделить всего три показателя:

  1. Необходимость ежегодной замены металлических пластин – это необходимо для того, чтобы электролиз происходил с максимально высоким уровнем выработки водорода.
  2. Дорогостоящее оборудование – покупка заводской установки обойдется в среднем около 35-40 тыс рублей.

Заводские и самодельные установки

По смыслу водородные генераторы отопления, созданные своими руками, мало чем отличаются от аналогов, которые были произведены на заводе. Их принцип работы идентичен, единственным отличием является подбор материала, а также других комплектующих. Множество пользователей и сторонников водородного отопления сходятся в едином мнении, что создание системы своими руками это:

  • выгодно – подбор материалов производится на свой выбор;
  • удобно – можно сэкономить на незначительных элементах;
  • просто – не нужно прибегать к помощи специалистов;
  • надежно – ты сам отвечаешь за качество, что дает право выбора таких материалов, которые бы удовлетворяли все потребности.

Некоторые пользователи жалуются, что китайские агрегаты, которые более доступны в цене, ломаются уже после отопительного сезона. Причем их ремонт в большинстве случаев требует больших капиталовложений. В то время, как самодельная установка дает гарантию, что ее продуктивность будет на высшем уровне, а любые поломки устранятся также легко и быстро, как собиралась сама система.

Производители заводских отопительных систем на водороде

Среди наиболее популярных моделей заводских установок водородных генераторов можно выделить следующие:

  1. МегаТанк100 – электрический генератор водорода, работающий от сети. Имеет несколько уровней систем защиты от замыкания и перегрева, что делает его работу более продуктивной и менее опасной. Его стоимость 55000 рублей, в зависимости от комплектации.
  2. STAR-2000 – способен отапливать площадь около 250-300 квадратов, обладает экономичным потреблением энергии, однако имеет высокую цену – 230 000 рублей.
  3. Kingkar – имеет высокие показатели, работает от сети, однако его стоимость превышает 100 000 рублей.
  4. H2-2 – итальянский производитель, предоставляющий хороший генератор водорода, способный отапливать от 300 квадратных метров площади, минимизируя при этом расход энергии. Его цена около 250 000 рублей.
  5. Free Energy – обладает многоуровневым датчиком регулирования давления и напряжения, но большинство процессов полностью автоматизированы. Стоит от 15 000 рублей до 35 000, в зависимости от предполагаемой обогреваемой площади и мощности.

Водородные котлы имеют одну отличительную особенность – тип питания. Среди наиболее популярных электрических, бывают также и газовые. От типа питания разнится устройство самого котла, а также его стоимость. Котлы, приспособленные под процесс электролиза с задействованием электричества наиболее экономичны, однако обладают повышенным уровнем опасности.

Самодельный водородный генератор

При возникновении хоть малейшего сомнения в собственных силах, лучше отказаться от затейливой идеи и купить уже готовую конструкцию. Если же есть желание поэкспериментировать, тогда весь процесс создания делим на этапы:

Этап 1. Подготовка материалов и чертеж. Прежде чем воплотить задумку в реальность, ее нужно максимально точно представить на бумаге, рассчитав все необходимые показатели, начиная от нужной мощности для обогрева площади, и заканчивая качеством материалов.

Этап 2. Создание пластин для электролизера. Берем лист стали нужных размеров и нарезаем его на равные полоски, которых должно быть минимум 18 штук. Просверливаем с обратной стороны отверстия для болта, который будет их удерживать неподвижно в электролите. Далее делим эти пластины на аноды и катоды (положительные и отрицательные заряды), чтобы подсоединить к ним определенный ток. Присоединяем провода, передающие заряд.

Этап 3. Создание самого электролизера. Его форма обычно прямоугольная, а наиболее подходящий металл – нержавеющая сталь. В сваренные между собой листы стали (прямоугольник или квадрат) устанавливаем пластины, заливая воду или специальный катализатор на основе воды.

Этап 4. Подсоединение горелки. Лучше всего воспользоваться покупной горелкой, которую устанавливают в верхней части электролизера.

Этап 5. Установка и подсоединение сепаратора, необходимого для вычленения из общей массы именно водорода.

Этап 6. Подсоединение труб.

Это самая простая схема создания водородного генератора. Для получения полноценной системы отопления нужно обладать навыками и знаниями в этой сфере, чтобы самоделки не превратились в потенциально опасные изобретения.

Самостоятельное изготовление имеет массу недостатков, а также требует определенных финансовых затрат. Высокие риски неудач приводят к мнению о нерентабельности конструкции и выбора в пользу заводских установок, имеющих гарантию качества.

Таким образом, собрать водородный генератор для отопления, который бы смог заменить полноценные отопительные системы, не сложно только в том случае, когда имеется навык и определенные теоретические знания по химии и физике.

Дилетантам лучше отказаться от подобной затеи, поскольку она может спровоцировать нежелательные последствия, причинив вред не только здоровью, но и кошельку.

Как сделать водородный котел для отопления своими руками

Плюсы и минусы водородного генератора для отопления

Принцип получения водорода из воды прост: при воздействии электрического тока вода расцепляется на водород и кислород. Водород, как энергоноситель, используется для отопления. Процесс, конечно, сложнее, но здесь описан упрощенно для самого общего понимания.

Преимущества отопления дома водородом:

  • исходный материал (вода) неисчерпаем;
  • экономически водород получать дешевле, чем добывать горючие энергоносители;
  • водород получается без вредных экологических выбросов с выделением водяного пара;
  • установка не использует открытого огня, выделение происходит на основе химических реакций;
  • КПД водородного котла максимальный;
  • работа котла бесшумная;
  • нет необходимости в дымоходе;
  • водородные установки безопаснее газовых.

К недостаткам водородных котлов отнесем:

  • требуется постоянно пополнять катализатор;
  • высокая взрывоопасность при несоблюдении требований эксплуатации;
  • неудобная перевозка газа;
  • недостаток специалистов по монтажу и обслуживанию водородных котлов;
  • недостаток запчастей на водородные котлы из-за неразвитого рынка в России.


На фото водородный котел серийного производства — выглядит опасно

Принцип действия водородного котла

Купить водородный котел для отопления частного дома сложно: серийного производства в России нет, в мире также массовое производство пока не налажено. К выпуску водородных отопительных установок приступили недавно в Италии, поэтому индивидуальный заказ на оборудование сделать можно, но обойдется это очень дорого.

Принцип действия водородного генератора следующий:

  1. Расщепление воды с образованием водорода происходит внутри электролизера после попадания туда электролитического раствора.
  2. Продукты, полученные в результате реакции, возвращаются в емкость из нержавеющей (легированной) стали с предохранительным клапаном от избыточного давления.
  3. Водород через защитный блок попадает далее в камеру сгорания, где, в результате реакции его с кислородом, образуется тепло.
  4. Через теплообменник тепло попадает в систему отопления. Температуры 40 градусов достаточно для нагрева «теплого пола».
  5. Вода, полученная в результате реакции, подается в емкость с электролитом. Часть раствора, таким образом, используется для воспламенения повторно за счет рециркуляции.


На фото схема и принцип действия водородного генератора

Как собрать водородный котел своими руками

Целесообразность изготовления водородного отопительного котла собственными руками следует тщательно выяснить и принять окончательное решение в каждом отдельном случае, определив следующее:

  • Экономическую эффективность производства установки. Главным ресурсом при производстве водорода является электроэнергия. Себестоимость генерации тепла при помощи водорода должна быть экономически оправданной.
  • Технический уровень сборки оборудования должен быть высоким. Выделение водорода должно происходить в специально отведенной емкости, утечка газа из которой может привести к взрыву.

Принципиально водородный генератор для отопления частного дома состоит из:

  1. теплообменника;
  2. электролизера;
  3. камеры сгорания;
  4. двухступенчатого предохранительного блока;
  5. емкости с электролитом для водорода из легированной или нержавеющей стали.

Материалы для изготовления продаются в розничной сети. Для сборки установки понадобится:

  1. блок питания 12 вольт;
  2. ШИМ регулятор на 30 Ампер;
  3. трубки из нержавейки разных диаметров;
  4. емкость из нержавейки.

Сборку водородного генератора отопления дома нужно начинать только после изучения процесса образования газа. Это необходимо для обеспечения правильной настройки и эффективной эксплуатации оборудования.

Подробную инструкцию по сборке водородного котла смотрите на видео ниже.