Отопление на водороде: Водородный котел отопления, построение устройства в частном доме своими руками

Водородный котел отопления, построение устройства в частном доме своими руками

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

Уникальные особенности котлов на водороде

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

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

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

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

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

Основные нюансы водородных котлов

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

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

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

Плюсы обогрева водородом

Котел, работающий на водороде, востребован по многим причинам:

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

Недостатки водородных котлов

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

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

Самостоятельное сооружение

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

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

Как устроен самодельный котел отопления на водороде?

Система водородного обогрева состоит из генератора, горелки и котла.

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

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

Принцип действия котла

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

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

Монтаж водородного котла

Для монтажа конструкции следует приобрести такие комплектующие:

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

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

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

Оправдана ли самостоятельная сборка водородного котла?

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

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

Отопление водородом частного дома своими руками, водородный генератор, фото и видео примеры

Содержание:

1. Что такое водород и как он используется

2. Водородное отопление

3. Преимущества отопления водородом

Разработки новых и новых систем отопления идут полным ходом, и одним из самых последних достижений в этой отрасли является возможность отапливать дома при помощи водорода, используя его как топливо. При необходимости можно сделать отопление дома водородом своими руками. Несмотря на хорошие качества, система еще не успела завоевать популярность, но большинство домовладельцев очень внимательно присматриваются к ней.

Что такое водород и как он используется

Водород известен людям на протяжении многих столетий. Во времена средневековья проводилось большое количество опытов, и при проведении одного из них был замечен водород: при контакте серной кислоты с металлом выделялись воздушные пузырьки. Водород – это легкий бесцветный газ, не имеющий характерного запаха. При соединении с кислородом может образовать взрывоопасную смесь. Имеет свойство растворяться в этаноле, железе, платине, палладии и никеле. К тому же, водород совершенно не токсичен.

Процесс получения водорода осуществляется при помощи электричества и воды: применяя метод электролиза, можно расщеплять воду на водород и кислород, что дает возможность использовать эти вещества в своих целях. По статистике, водород является самым распространенным веществом в мире.

Его можно найти практически в любых природных ресурсах. Водород имеет некоторые свойства, которые очень сильно отличают его от собратьев: в жидком виде он является самой легкой жидкостью, а при затвердевании является самым легким веществом. Все это обуславливается очень маленькими габаритами атомов водорода.

Водород активно применяется при производстве различных веществ и материалов, например, для получения аммиака или жидких жиров. Ценность водорода для пищевой промышленности тоже обуславливается его уникальными характеристиками.

Этот элемент используется и в технологиях: например, кислородно-водородная горелка позволяет создать температуру выше двух тысяч градусов, что позволяет плавить кварц. Использовать водород можно даже в домашних условиях: практически в каждой домашней аптечке хранится перекись водорода. Для хранения такого топлива, как водород, используются специальные баллоны.

Водородное отопление

Существует довольно большое количество отопительных систем, которые можно установить своими руками. Совсем недавно этот список пополнился еще одной схемой, которая использует экологически чистый и довольно мощный энергоноситель, позволяющий обогревать большие помещения – отоплением на водородном топливе.

Основное участие в разработке водородной отопительной системы приняли итальянские разработчики, разработав водородный генератор для отопления частного дома. Процесс работы длился долгих семь лет, но взамен получилась экологически чистая, бесшумная и крайне эффективная система отопления жилых помещений.

Если говорить в общем, то отопление дома водородом не является революционной идеей. Проблема прежних разработок была в том, что для сжигания водорода требовалась температуры свыше 1,7 тыс. градусов, что было неприемлемо, поскольку обычные материалы не выдерживали такой нагрузки, а использование термостойких веществ многократно удорожило бы систему.

Современная система водородного отопления позволяет сжигать водород при температуре около 300 градусов, что дает возможность создать отопление частного дома водородом без особых проблем. Продукты сгорания в таких устройствах никуда не выводятся, потому что их нет: при горении водорода выделяется исключительно пар, который не оказывает никакого влияния на экологию. Добыча водорода является довольно простым и дешевым процессом, и все затраты при этом будут исключительно на электричество, необходимое для расщепления воды. Используя альтернативные источники электроэнергии, можно минимизировать и этот показатель (прочитайте: «Альтернативное отопление частного дома — выбор достаточно большой»).

Самый первый разработанный водородный отопительный котел имел мощность в 30 кВт. Это сравнительно немного, но даже такого количества энергии достаточно для отопления здания площадью до 300 квадратных метров.

Самое большое распространение отопление водородом получило в качестве нагревательного элемента для системы теплых полов, и на сегодняшний день существует большое количество конфигураций котлов, которые можно устанавливать самостоятельно. Во многих странах такое отопление активно внедряется, поскольку его использование позволяет существенно экономить природные ресурсы.

В состав такой систему входят котел и трубы с внутренним сечением от 25 до 32 мм. Трубы других диаметров, как правило, не используются.

При монтаже системы трубопровода необходимо соблюдать следующий алгоритм:

• первым делом необходимо установить трубу Д32;
• следующей трубой будет Д25;
• на очередном разветвлении будет установлена труба Д20;
• заканчивать установку необходимо трубой Д16.

Если эта последовательность будет выдерживаться, то система будет функционировать правильно и без перебоев.

Преимущества отопления водородом

Водородные отопительные котлы обладают рядом преимуществ по сравнению с другими видами обогревателей:

1. Водород является экологически чистым материалом, поэтому ущерб окружающей среде при использовании водородных систем будет сводиться к нулю. Единственное вещество, которое будет попадать в атмосферу – это пар, являющийся водой в газообразном состоянии.
2. Открытое пламя в водородных котлах отсутствует, а для выработки тепла используется каталитическая реакция: при соединении водорода с кислородом образуется вода, а сам это процесс сопровождается выделением тепловой энергии, которая и обеспечивает обогрев дома. Практика показывает, что лучше всего водородные системы подходят именно для обустройства теплых полов.
3. Запасы водорода практически безграничны, поэтому в самом ближайшем будущем можно будет забыть о ставших привычными видах топлива: газе, дровах или нефти. Это окажет положительное влияние на окружающую среду и экономическую обстановку.
4. Водородные отопительные системы крайне эффективны: при правильном монтаже КПД такого отопления может доходить до 96%.

Заключение

Сегодня отопление водородом находится в зачаточной стадии, но эти системы развиваются, и работа над их совершенствованием идет. Природные ресурсы в ближайшее время могут просто закончиться, и тогда водород повсеместно придет им на смену, поскольку его можно использовать в неограниченных объемах.

Водородный тупик: домашнее отопление

Выводы

• Коммунальные предприятия Cascadian спешат сделать большие ставки на возобновляемый водород для обогрева домов и зданий.
• Но топливо не подходит для этого применения — более дорогое, опасное и энергоемкое, чем альтернатива: электрификация.
• Законодатели и регулирующие органы региона должны тщательно изучить, определить и предписать наилучшие способы использования этого водорода, некоторые из которых есть. Отопление зданий просто не является одним из них.
• Это лучше всего послужит налогоплательщикам и выполнит обязательства региона в отношении обезуглероженного будущего.

«Мы очень оптимистично настроены в отношении возобновляемого водорода», — заявил представитель NW Natural, крупнейшей газовой компании штата Орегон, когда давал показания в поддержку законопроекта о водороде 2021 года в Орегоне. Энтузиазм в отношении водорода находится на рекордно высоком уровне, учитывая недавнее выделение многомиллиардных субсидий федеральными политиками и крупными нефтегазовыми корпорациями, поддерживающими водородные проекты, включая Северо-Западные коммунальные предприятия. Сторонники топлива предвидят будущее, в котором водород — и, в частности, его разновидность, продаваемая как «возобновляемый водород», — обогревает дома и предприятия, приводит в движение поезда и автомобили и балансирует электрическую сеть.

Возобновляемый водород, также известный как зеленый водород, имеет свое место в безвредном для климата будущем, а именно в очистке таких труднодоступных для обезуглероживания секторов, как сталелитейное производство, дальние перевозки и авиация, а также в производстве электроэнергии в безветренное время. пасмурные периоды. Кроме того, существующие потребители водорода, такие как нефтехимические заводы, металлургические предприятия, а также производители аммиака и удобрений, могли бы сократить свои выбросы, перейдя с водорода, полученного из ископаемого топлива, на водород, полученный из возобновляемой электроэнергии (см. наш учебник по различным типам водорода).

Но компании, работающие на природном газе, в том числе в Каскадии, нацелились на гораздо большую награду: прокачку водорода через систему трубопроводов природного газа для обогрева зданий и получение сопутствующей прибыли. К сожалению, водород — это не решение, которым его пытаются представить корпорации, работающие на ископаемом топливе, и он не должен стать их следующей дойной коровой. Это просто задерживает столь необходимый переход к электрификации, ставя налогоплательщиков в зависимость от более дорогой инфраструктуры на ископаемом топливе и более опасного и менее эффективного топлива — и все это при замедлении прогресса в достижении целей региона по обезуглероживанию. Законодатели и регулирующие органы должны остерегаться ажиотажа в отрасли, поскольку они взвешивают разрешенные виды использования водорода.

Водород для отопления домов имеет низкую эффективность, стоимость, эффективность и безопасность  

Несмотря на то, что коммунальные предприятия, работающие на природном газе, рекламируют его как лучший способ чистого отопления домов, водород гораздо менее эффективен в обезуглероживании зданий, чем электричество . Только небольшие объемы водорода, возможно, до соотношения 20% водорода к 80% природного газа, можно безопасно закачивать в существующие газопроводы. Но 20-процентная смесь водорода сокращает только около 7 процентов выбросов при сгорании системы, работающей на 100-процентном природном газе. В контексте, например, в Вашингтоне выбросы от зданий необходимо будет уменьшить 96 процентов к 2050 году для штата, чтобы выполнить свои законодательные обязательства по декарбонизации.

Более того, смешивание водорода с более высоким содержанием водорода с существующей газовой инфраструктурой для достижения большего сокращения выбросов может стоить миллиарды долларов. Большинство газораспределительных трубопроводов необходимо будет заменить или серьезно переоборудовать, чтобы обеспечить безопасное использование нового топлива, так как при больших объемах, чем 20 процентов, водород может разрушить трубопроводы . Кроме того, более высокие соотношения водорода несовместимы с существующими приборами , как плиты и водонагреватели, а это означает, что потребителям также придется покупать новые приборы, совместимые с водородом. Эти требования к замене и связанные с этим затраты являются причиной того, что крупные исследования на Северо-Западе пришли к выводу, что широко распространенная электрификация является наименее дорогим способом обезуглероживания зданий.

Кроме того, водород менее эффективен, чем электричество при обогреве домов. Исследование 2021 года показало, что отопление дома зеленым водородом имеет эффективность около 46 процентов. ¹ Эффективность обогрева – это отношение количества энергии, выводимой системой отопления в виде тепла на одну единицу подводимой энергии: (выходная энергия/вводимая энергия) x 100%.
 С другой стороны, отопление дома электрическим воздушным тепловым насосом имеет почти в шесть раз большую эффективность, около 270 процентов. Да, водород может обеспечить безуглеродное тепло в доме, но для отопления водородом требуется почти в шесть раз больше возобновляемой электроэнергии, чем для электрического теплового насоса. Другими словами, нагревание водородом похоже на сушку посуды паяльной лампой.

Наконец, водород создает серьезные проблемы с безопасностью. Водород легче воспламеняется, чем природный газ. Воспламеняемость в сочетании с нарушением целостности трубопровода из-за смесей с высоким содержанием водорода — это прямой путь к катастрофе. Согласно исследованию, проведенному в 2021 году для правительства Великобритании, число серьезных травм увеличилось бы почти в четыре раза, если бы водород полностью заменил природный газ. Даже при скромных концентрациях водорода в трубопроводе природного газа ученые поднимают тревожные флажки. «Общий риск значительно возрастает для всех уровней содержания водорода и становится серьезным при уровне водорода выше 20 процентов», — говорится в анализе, проведенном Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США в Голдене, штат Колорадо. Водород также невидим и не имеет запаха, и до сих пор не было обнаружено никаких одорантов, которые можно было бы применять к водороду для обнаружения утечек.

Учитывая проблемы, связанные с эффективностью, стоимостью, эффективностью и безопасностью, неудивительно, что домашнее отопление является самым низким приоритетом среди 15 возможных применений водорода , определенных Международным агентством по возобновляемым источникам энергии, как показано на графике ниже.

Источник: IRENA (2022), Геополитика трансформации энергетики: водородный фактор,
Международное агентство по возобновляемым источникам энергии, Абу-Даби.

Коммунальные предприятия Cascadian спешат сделать большие ставки на водород; Законодатели и регулирующие органы остерегайтесь

Водородное отопление в Каскадии — не за горами; это активный бизнес-план региональных газовых компаний. Компании Puget Sound Energy (PSE) и NW Natural, крупнейшие газовые компании Вашингтона и Орегона, соответственно, уже взяли на себя обязательства по проекту перекачки водорода через свои газораспределительные трубопроводы. NW Natural предполагает закачивать водород в свой газопровод для «транспортировки, отопления, производства и других процессов» и сообщила своим инвесторам, что намерена достичь своей цели по углеродной нейтральности, заменив природный газ водородом, чтобы избежать от 20 до 58 процентов его выбросов. Ранее в этом году PSE подала иск по общей ставке, которая включала 6,6 млн долларов на пилотные проекты по смешиванию водорода в течение следующих 3 лет. Другие газовые компании Cascadia, Fortis BC, Cascade Natural Gas и Avista, также изучают возможности использования водорода.

К сожалению, законодатели Орегона и Вашингтона, а также регулирующие органы Британской Колумбии заложили основу для обогрева зданий водородом, разрешив газовым компаниям продавать экологически чистый водород. Если законодатели и регулирующие органы в Каскадии серьезно относятся к выполнению климатических обязательств региона, им было бы разумно внимательно изучить предложения газовых компаний по водороду и установить ограничения на разрешенное использование водорода. Хотя небольшая экономия выбросов за счет более низкого соотношения смеси водорода и природного газа может быть привлекательной в ближайшем будущем, когда здания не будут широко электрифицированы, инвестиционные требования и риски безопасности высоки для этих малых объемов водорода, которые необходимо взвесить с альтернативами. — а именно электрификация.

Таким образом, несмотря на растущее количество исследований, подтверждающих, что электрификация зданий предлагает самый дешевый и наиболее эффективный способ снижения выбросов в результате использования энергии зданиями, газовые компании Cascadia настойчиво выбирают рискованный альтернативный путь: водород. Разрешить им использовать водород для отопления зданий, что они вот-вот сделают, было бы колоссальным просчетом и подорвало бы климатический прогресс Cascadia. Если лидеры региона не примут окончательной политики и регулирования в отношении наилучшего использования водорода, жители Каскадии увидят, как газовые компании будут делать дорогостоящие инвестиции в расширение своей инфраструктуры во имя нереального и потенциально опасного пути к домашнему отоплению.

Водород непригоден для отопления дома, заключает обзор | Водородная энергия

Водород непригоден для использования в домашнем отоплении и, вероятно, останется таковым, несмотря на надежды правительства Великобритании и водопроводной промышленности, к такому выводу пришел всеобъемлющий обзор научных работ.

Лоббисты Hydrogen присутствуют на конференции Лейбористской партии на этой неделе, спонсируя несколько мероприятий в Ливерпуле, и их будет много на конференции Консервативной партии, которая начнется в эти выходные.

Они надеются убедить правительство Великобритании начать широкомасштабное внедрение водорода для отопления домов в качестве замены газа, используемого для обогрева подавляющего большинства британских домов. Сторонники водорода говорят, что это избавит домохозяйства от необходимости заменять газовые котлы тепловыми насосами, еще одним основным претендентом на низкоуглеродное отопление дома.

Но исследователи рассмотрели 32 исследования водорода и пришли к выводу, что он вряд ли будет играть важную роль в отоплении дома, будь то полная замена отопления на ископаемом топливе или смесь с природным газом.

Ян Розенов, европейский директор проекта Regulatory Assistance Project, энергетического аналитического центра и соавтор исследования, сказал, что необходимо преодолеть слишком много технических трудностей, чтобы сделать водород жизнеспособным и экономичным низкоуглеродным топливом для отопления.

«Использование водорода для отопления на первый взгляд может показаться привлекательным. Однако все независимые исследования по этой теме приходят к одному и тому же выводу: отопление водородом намного менее эффективно и дороже, чем альтернативы, такие как тепловые насосы, централизованное теплоснабжение и солнечное тепло», — сказал он.

Исследование, опубликованное во вторник в рецензируемом научном журнале Joule, является третьим крупным ударом за последнюю неделю по сторонникам использования водорода для отопления дома. Ранее на этой неделе отдельное исследование, проведенное аналитической компанией Cornwall Insight, пришло к выводу, что водород будет почти в два раза дороже для отопления дома, чем использование одного газа. На прошлой неделе The Guardian сообщила о проблемах с пилотным водородным проектом в Шотландии.

Розенов сказал Guardian, что водород не является альтернативой тепловым насосам, как заявляют лоббисты. «Для политиков водород для отопления кажется привлекательным, потому что это кажется простым: просто замените ископаемый газ водородом без ущерба для домашних хозяйств. Реальность такова, что необходимы значительные технические изменения, в том числе трубопроводы в домах, и что людям потребуется много денег, чтобы согреться».

Майкл Либрайх, основатель Bloomberg New Energy Finance и председатель Liebreich Associates, сказал: «Это своевременный документ, показывающий, что ни один серьезный анализ не показывает, что водород играет более чем второстепенную роль в будущем отопления помещений. Нам нужно перевести системы отопления Европы с природного газа, и мы должны сделать это без дальнейшего промедления. Пора прекратить борьбу: судьи единодушны, а победителями стали теплоснабжение, тепловые насосы и электрификация».

Существует множество других применений водорода в качестве топлива, например, для обезуглероживания тяжелой промышленности и судоходства. Если эти отрасли должны быть по-настоящему низкоуглеродными, используемый водород необходимо будет производить с использованием возобновляемых источников энергии, а не из ископаемого топлива, как это происходит в настоящее время.

Некоторые представители энергетической отрасли придерживаются иного мнения. Джеймс Эрл, директор по газу в Ассоциации энергетических сетей Великобритании, который представляет британских энергетических операторов, сказал Guardian: «Ни одна система отопления не приведет нас к нулевым целям Великобритании в качестве универсального подхода к обезуглероживанию. отопление не будет работать для разнообразной клиентской базы Великобритании.