Водородный электролизер


В контексте производства климатической техники, получение энергии из водорода, по сути, является очередной, можно сказать, вынужденной попыткой найти способ отопления без образования гари и углекислого газа. Проект всё ещё находится на экспериментальной стадии и пока не нашёл массового применения.

Но, учитывая, что уже сегодня есть дельцы, предлагающие новинку, которая обеспечивает теплом «почти даром», самое время начать разбираться в этом вопросе.

Что собой представляют водородные котлы отопления

Водородный котёл отопления – предназначенный для обогрева агрегат, который в качестве горючего использует водород в форме двухатомного газа (H2).

Бытовой водородный отопительный котел

По мнению ученых, водород является перспективным видом топлива:


  • его теплотворная способность (121 МДж) гораздо выше, чем у природного газа (32 МДж), что потенциально даёт в несколько раз больше полезной энергии;
  • в процессе сгорания из него выделяется обычная вода, а точнее горячий насыщенный пар, который не влияет ни на атмосферу, ни на окружающих людей;
  • как химический элемент он встречается в каждом уголке планеты, на долю всех атомов приходится более 88 %, а значит ресурс, условно говоря, неисчерпаем.

Проблема в том, что водород формирует связи с любыми неметаллами, т. е. существует только в молекулярных соединениях, из которых его нужно выделять.

Большинство известных промышленных способов это сделать (пламенный пиролиз, газификация, конверсия, терморазложение, плазмохимия) требуют нагрева исходного вещества просто до невероятных температур (1000–6000 °C). Поэтому для домашнего использования остаётся единственное решение – электролиз воды.

Устройство и принцип работы

Водородный генератор (электролизёр) – специальный прибор, который при помощи высокого напряжения расщепляет воду на составляющие её компоненты.

Процесс электролиза протекает внутри отдельного гальванического блока, разведённого электродами на стороны: положительную (анод) и отрицательную (катод). Ток перемещается между ними через проводящий катализатор, буквально «разрывая» молекулу воды (Н2О) на 1 атом кислорода (О) и 2 атома водорода (HH).

Получившийся в результате нетоксичный газ обозначается гипотетической формулой HHO и носит название газ Брауна (Browns), в честь физика Ю. Брауна.

Благодаря его открытию удалось добиться снижения температуры горения водорода, что позволило изготавливать такие котлы из легкодоступных материалов.

Конструктивное устройство (узлы) примитивного водородного котла:


  • электролизёр, сепаратор, очиститель (опционально – блок водоподготовки);
  • трубопровод диаметром Ø 25–32 мм (разветвление – Ø 20, конечные – Ø 16);
  • панель управления и двухступенчатая система защиты на случай утечки газа;
  • теплообменник и камера сгорания, «наследуемые» от стандартного котлоагрегата.

Некоторые котлы имеют модульное строение. Максимальное число таких модулей – 6 шт., при этом каждый должен функционировать независимо от других.

Схема и принцип работы водородного котла отопления
1 – датчик уровня воды; 2 – заливной штуцер; 3 – датчик давления; 4.

ния по току и частоте; 14 – емкость для электролита.

Поэтапный принцип работы (образование тепла) водородного котла:

  1. Вода (электролитический водный раствор) попадает в электролизёр, где под воздействием электрического тока её расщепляет на атомы водорода и кислорода.
  2. Далее эти газы по разным каналам переходят в химический сепаратор, где из общей массы выделяется одноатомное водородное соединение – гремучий газ HHO.
  3. После очищения он направляется в камеру сгорания и там снова вступает в каталитическую реакцию окисления с кислородом (опционально – катализатором).
  4. Этот процесс сопровождается высвобождением тепла (побочный продукт – вода), которое нагревает теплообменник и теплоноситель в нем, за счёт чего и происходит обогрев дома.

Поскольку камера сгорания всё равно не используется в соответствии с её первичным назначением, специалисты рекомендуют наполнять её катализатором.

В роли катализатора чаще всего выступает обычная гранитная галька. Она способствует равномерному распределению энергии и после окончания горения газа Брауна, аккумулированное ей тепло будет передаваться теплоносителю. Кроме того гранит отгораживает теплообменник от огня, что продлит срок его службы.

Требования установок к воде


Отопление на водороде

Из-за низкой электропроводности воды её прямой электролиз недостаточно эффективен, поэтому часто котлы идут сразу в комплекте с блоком водоподготовки.

Наполнителем для таких контейнеров может быть почти любая щёлочь. На практике применяется раствор гидроксида калия (KOH) с электропроводностью, которая при концентрации 20–40 % достигает 0,3–0,5 Ом × см‒1, что в 107 раз больше, чем у деминерализованной воды. Иногда в основной электролит также подмешивают пентоксид ванадия (V₂O₅). Он снижает поляризацию электродов, чем упрощает работу электролизёра, но единого мнения о его безопасности пока нет.

Различные растворы добавляются в воду исключительно для минимизации электрического сопротивления, т. е. сами они не расходуются в процессе работы.

Также выпускают твёрдые электролиты на основе ионообменных мембран, в которых электропроводность обеспечивается ионами водорода или кислорода.


Для чего нужны и как применяются

Обычно энергетические затраты на выделение чистого водорода превышают долю полезного тепла, что делает его повсеместное использование бессмысленным.

Тем не менее, в некоторых случаях, водородный котёл может стать довольно неплохой альтернативой для отопления частного дома, особенно когда у владельцев есть доступ к бесплатным ресурсам – воде (колодец, скважина, водоснабжение из открытых источников) и энергии (водная и ветровая станция, солнечные панели).

Экономичность и эффективность в сравнение с электрическими или газовыми аналогами

Если использовать водородные котлы отопления в условиях коммунального обеспечения или покупки ресурсов, то говорить о какой-либо выгоде не приходится.

При трезвой оценке их экономичность не дотягивает даже до электрокотла – чемпиона по расточительству, а газовый агрегат и подавно выигрывает на его фоне.

Сравнение котла на водородном топливе с традиционными котлами:

Вид топлива Энергоэффективность
водород 10–11 %
электричество 35–45 %
метан, пропан 82–96 %

Зная, что при сгорании 1 кг водорода высвобождается 121 МДж энергии, а у природного газа – 32 МДж, можно примерно посчитать расход этих видов топлива.


Плотность водорода равна 0,09 кг/м3, что соответствует объёму 11100 л, а природного газа – 0,765 кг/м3 на 1300 л. Учитывая потребность электролизёра в питании 1,8 кВт в час, необходимого для выработки 2040 л или 0,185 кг водорода, делаем вывод, что такой объём можно получить при сгорании 22 МДж энергии.

На 1 кВт мощности котла (чего достаточно для отопления 10 м2 площади) потребуется 1 м3 или 0,765 кг природного газа в час, т. е. 25 МДж энергии, что больше, чем даёт за такое же время электролизёр. Суммы тоже будут разные: 1 кВт водородной энергии обойдётся в 18,71 рубля, а газовой – всего в 0,65 рубля.

Баллоны с водородом можно покупать и не тратить воду с электричеством, но 40 кг хватит дому 60 м2 всего на 1,5 дня, а стоимость каждого 2500–5000 рублей.

С электрокотлом он тоже не может полноценно конкурировать, ведь за 1 кВт в среднем придётся заплатить 4,76 рубля, что почти в 4 раза меньше 18,71 рубля. Поэтому энергию, которая будет потрачена на генерирование водорода, лучше сразу использовать для работы электроприборов – толку будет куда больше.

Отзывы о бытовых водородных установках: преимущества и недостатки

Информации о реальном применении водородных котлов настолько мало, что её приходится собирать «по крупицам», но основные моменты выделить можно (в том числе опираясь на отзывы реальных пользователей водородных котлов для отопления).


Плюсы Минусы
«тихое горение» – нагрев теплоносителя осуществляется за счёт каталитических реакций, а значит, нет открытого пламени опасная эксплуатация – при повышении нормированного давления высок риск разгерметизации швов и взрыва котла
высокая экологичность – при работе не вырабатываются ни угарный газ, ни гарь, ни другие вредные для здоровья вещества низкая энергоэффективность – как уже говорилось, энергетические затраты на выработку  HHO выше его теплоотдачи
отсутствие дымохода – из предыдущего пункта также следует, что такие агрегаты не нуждаются в удалении отводных газов недостаток специалистов – в регионах нет сертифицированных организаций, занимающихся ремонтом таких котлов
доступность ресурсов – формально, для заправки им нужно только электричество и вода (+ замена катализатора раз в год) поиск баллонов – если покупать чистый водород, то нужно учитывать, что их тоже вряд ли удастся найти поблизости

 

Стоит отметить, что вышеперечисленные качества относятся к заводским моделям, т. к. переделка агрегатов часто вообще не имеет экономического смысла.

Водородные котлы, которые «умельцы» создают своими руками на базе твердотопливных или газовых предшественников, конечно, дешевле фирменного оборудования, но без знаний физики, химии и расчётов практически невозможно собрать правильно работающий котёл. К тому же никто не отвечает за безопасность.

Лучшие модели бытовых водородных котлов отопления

KingKar 3000

KingKar 3000

Популярный в азиатских странах агрегат способен вырабатывать до 3,0 м3 водорода в час при потреблении воды 1,6 л и электроэнергии 9,0 кВт. Отличается возможностью гибкого регулирования температуры горения в пределах от 800 до 3200 °C, путём изменения процентного соотношения компонентов топливной смеси.

Стоимость: 380 000 – 460 000 рублей.

Производитель: KingKar Eco-Technologies (КингКар Эко-Технолоджи), Китай.

STAR-1.1 + генератор STAR 2000

STAR 1.1 и STAR 2000


Водородный котёл российского производства работает в паре с совместимым генератором. Он имеет низкий уровень расхода электроэнергии 300 Вт + 3 кВт в час, а также воды – 1,1 л, при этом способен вырабатывать до 2 м3 топлива за тот же отрезок времени. По желанию комплектуется вторым водонагревательным контуром.

Стоимость: 60 000 – 73 000 + 185 000 – 200 000 рублей.

Производитель: STAR Industries (СТАР Индастриес), Россия.

Home Energy Station

Home Energy Station

Не просто котёл, а целая энергетическая станция третьей модификации HES III. Она способна вырабатывать до 2,0 м3 водорода в час, как из природного газа, так и через электролиз, потребляя 5,0 кВт электроэнергии и 1,8 л воды. В состав входит риформер, блок очистки, компрессор, хранилище газа и солнечные панели.

Стоимость: 310 000 – 450 000 рублей.

Производитель: Honda и Plug Power (Хонда и Плаг Пауэр), Япония и США.

Цены бытовых водородных котлов отопления: итоговая таблица

Рейтинг наиболее востребованных водородных котлов для отопления:


Модель водородного агрегата Расход воды, л/час Энергопотребление, кВт/ч Выработка, м3/час Цена, руб.
KingKar 3000 1,6 9,0 3,0 415 000
STAR-1.1 + STAR 2000 1,1 3,3 2,0 260 000
Home Energy Station 1,8 5,0 2,0 380 000

 

В заключение хотелось бы подвести небольшой итог: что касается успеха использования водородной энергии, то он, безусловно, есть, но нужно понимать – долгосрочные перспективы связаны с будущими технологиями, которые ещё не открыли, поэтому все эти котлы будут убыточны ещё минимум ближайшие 10 лет.

На текущий момент их ограниченное внедрение возможно лишь благодаря государственным дотациям и в рамках экспериментальных экологических программ.

Но если есть желание поэкспериментировать самому, то почему бы и нет, главное помнить, что водородное отопление требует знаний и умелых рук при его обустройстве. Доверять такую работу можно исключительно лицензированным специалистам, а не сомнительным дельцам, которые не ответят за качество.

Источник: GradusPlus.com

ДВС на водородном топливе

На протяжении нескольких десятилетий идут поиски возможности приспособить двигатели внутреннего сгорания для полной или гибридной работы на водородном топливе. В Великобритании ещё в 1841 году был запатентован двигатель, работающий на воздушно-водородной смеси. Концерн «Цеппелин» в начале ХХ века в качестве движущей установки своих знаменитых дирижаблей использовал двигатели внутреннего сгорания, работающие на водороде.

Развитию водородной энергетики способствовал и мировой энергетический кризис, разразившийся в 70 годах прошлого века. Однако с его окончанием водородные генераторы быстро были забыты. И это несмотря на массу преимуществ по сравнению с обычным топливом:

  • идеальная воспламеняемость топливной смеси на основе воздуха и водорода, что даёт возможность лёгкого пуска двигателя при любой температуре окружающей среды;
  • большое выделение тепла при сгорании газа;
  • абсолютная экологическая безопасность – отработавшие газы превращаются в воду;
  • выше в 4 раза скорость сгорания по сравнению с бензиновой смесью;
  • способность смеси работать без детонации при высокой степени сжатия.

Основной технической причиной, являющейся непреодолимой преградой в использовании водорода в качестве топлива автомобилей стала невозможность уместить достаточное количество газа на транспортном средстве. Размер топливного бака для водорода будет сравним с параметрами самого автомобиля. Большая взрывоопасность газа должна исключать возможность малейшей утечки. В жидком виде необходима криогенная установка. Этот способ также мало осуществим на автомобиле.

Газ Брауна

Сегодня водородные генераторы у автолюбителей приобретают популярность. Однако это не совсем то, о чем шла речь выше. Путём электролиза вода превращается в так называемый газ Брауна, который и добавляют к топливной смеси. Основная задача, которую решает этот газ, – полное сгорание топлива. Это и служит увеличением мощности и снижением расхода топлива на приличный процент. Некоторым механикам удалось добиться экономии на 40 %.

Решающее значение в количественном выходе газа имеет площадь поверхности электродов. Под действием электрического тока молекула воды начинает разлагаться на два атома водорода и один кислорода. Такая газовая смесь при сгорании выделяет почти в 4 раза больше энергии, чем при сгорании молекулярного водорода. Поэтому использование этого газа в двигателях внутреннего сгорания приводит к более эффективному сгоранию топливной смеси, уменьшает количество вредных выбросов в атмосферу, увеличивает мощность и уменьшает величину затраченного топлива.

Универсальная схема водородного генератора

Тем, у кого нет способностей к конструированию, водородный генератор для автомобиля можно купить у народных умельцев, поставивших на поток сборку и установку таких систем. Сегодня есть множество таких предложений. Стоимость агрегата и установки составляет порядка 40 тысяч рублей.

Но можно собрать такую систему и самостоятельно – сложного в ней нет ничего. Состоит она из нескольких простых элементов, соединённых в одно целое:

  1. Установки для электролиза воды.
  2. Накопительного резервуара.
  3. Улавливателя влаги из газа.
  4. Электронного блока управления (модулятора тока).

Ниже приведена схема, по которой можно легко собрать водородный генератор своими руками. Чертежи главной установки, производящей газ Брауна, достаточно просты и понятны.

Схема не представляет какой-либо инженерной сложности, повторить её может каждый, кто умеет работать с инструментом. Для автомобилей с инжекторной системой подачи топлива необходимо еще установить контроллер, регулирующий уровень подачи газа в топливную смесь и связанный с бортовым компьютером автомобиля.

Реактор

От площади электродов и их материала зависит количество получаемого объёма газа Брауна. Если в качестве электродов брать медные или железные пластины, то реактор не сможет работать продолжительное время по причине быстрого разрушения пластин.

Идеальным выглядит применение титановых листов. Однако их использование повышает затраты на сборку агрегата в несколько раз. Оптимальным считается применение пластин из высоколегированной нержавеющей стали. Металл этот доступен, его не составит труда приобрести. Также можно использовать отработавший своё бак от стиральной машины. Сложность составит только вырезание пластин нужного размера.

Типы установок

На сегодняшний день водородный генератор для автомобиля может быть укомплектован тремя различными по типу, характеру работы и производительности электролизёрами:

  1. Простой, цилиндрического типа. Производит 700 миллилитров газа в минуту. Такой производительности достаточно для двигателей с рабочим объёмом до 1,4 литров.
  2. С ячейками раздельного типа. Является самым эффективным по типу конструкции и производительности. Выход газа превышает 2 литра в минуту. Такой объём позволяет применять его на грузовом транспорте.
  3. Электролизёр с пластинами открытого типа. Эта конструкция обеспечивает дополнительное охлаждение системе, в результате чего может использоваться при длительной работе агрегата. Выход газа регулируется количеством пластин реактора.

Первый тип конструкции вполне достаточен для множества карбюраторных двигателей. Отсутствует необходимость в установке сложной электронной схемы регулятора производительности газа, да и сама сборка такого электролизёра не представляет сложности.

Для более мощных автомобилей предпочтительна сборка второго типа реактора. А для двигателей, работающих на дизельном топливе, и большегрузных машин используют третий тип реактора.

Необходимая производительность

Для того чтобы можно было действительно экономить топливо, водородный генератор для автомобиля должен ежеминутно вырабатывать газ из расчёта 1 литр на 1000 рабочего объёма двигателя. Исходя из этих требований подбирается количество пластин для реактора.

Для увеличения поверхности электродов необходимо провести обработку поверхности наждачной бумагой в перпендикулярном направлении. Такая обработка крайне важна – она увеличит рабочую площадь и позволит избежать «прилипания» пузырьков газа к поверхности.

Последнее приводит к изоляции электрода от жидкости и препятствует нормальному электролизу. Не стоит также забывать, что для нормальной работы электролизёра вода должна быть щелочной. Катализатором может служить обычная сода.

Регулятор тока

Водородный генератор на авто в процессе работы увеличивает свою производительность. Это связано с выделением тепла при реакции электролиза. Рабочая жидкость реактора испытывает нагрев, и процесс протекает гораздо интенсивнее. Для контроля над течением реакции используют регулятор тока.

Если не понижать его, может произойти просто закипание воды, и реактор перестанет выдавать газ Брауна. Специальный контролер, регулирующий работу реактора, позволяет изменять производительность с увеличением оборотов.

Карбюраторные модели оборудуют контроллером с обычным переключателем двух режимов работы: «Трасса» и «Город».

Безопасность установки

Многие умельцы размещают пластины в пластиковых ёмкостях. Не стоит экономить на этом. Нужен бак из нержавеющего металла. Если его нет, можно использовать конструкцию с пластинами открытого типа. В последнем случае необходимо применять качественный изолятор тока и воды для надёжной работы реактора.

Известно, что температура горения водорода составляет 2800. Это самый взрывоопасный газ в природе. Газ Брауна – не что иное, как «гремучая» смесь водорода. Поэтому водородные генераторы на автомобильном транспорте требуют качественной сборки всех узлов системы и наличия датчиков для слежения за течением процесса.

Датчик температуры рабочей жидкости, давления и амперметр не будут лишними в конструкции установки. Особое внимание стоит уделить гидрозатвору на выходе из реактора. Он жизненно необходим. Если произойдёт воспламенение смеси, такой клапан предотвратит распространение пламени в реактор.

Водородный генератор для отопления жилых и производственных помещений, работающий на тех же принципах, отличается в несколько раз большей производительностью реактора. В таких установках отсутствие гидрозатвора представляет смертельную опасность. Водородные генераторы на автомобилях в целях обеспечения безопасной и надёжной работы системы также рекомендуется оборудовать таким обратным клапаном.

Пока без обычного топлива не обойтись

В мире есть несколько экспериментальных моделей, которые полностью работают на газе Брауна. Однако технические решения пока ещё не достигли своего совершенства. Простым жителям планеты такие системы недоступны. Поэтому пока автолюбителям остаётся довольствоваться «кустарными» разработками, которые дают возможность сократить затраты на топливо.

Немного о доверчивости и наивности

Некоторые предприимчивые дельцы предлагают на продажу водородный генератор на авто. Рассказывают про обработку лазером поверхности электродов или про уникальные секретные сплавы, из которых они сделаны, специальные катализаторы воды, разработанные в научных лабораториях мира.

Всё зависит от способности мысли таких предпринимателей к полёту научной фантазии. Доверчивость может сделать вас за ваши же средства (иногда даже не малые) владельцем установки, у которой через два месяца эксплуатации разрушатся контактные пластины.

Если уж вы решили таким способом экономить, то лучше собирать установку самостоятельно. По крайней мере, не на кого потом будет пенять.

Источник: www.syl.ru

Как устроен прибор

Водородный электролизерЭлектролизер состоит из нескольких пластин из металла, погруженных в герметическую емкость с дистиллированной водой.

Сам корпус имеет клеммы, чтобы подключать источник питания и есть втулка, через которую выводится газ.

Работу прибора можно описать так: электроток пропускается через дистиллированную воду между пластинами с разными полями (у одной — анод, у другой — катод), расщепляет её на кислород и водород.

В зависимости от площади пластин электроток имеет свою силу, если площадь большая, то и тока по воде проходит много и больше выделяется газа. Схема подключения пластин поочередная, сначала плюс, потом минус и так далее.

Электроды рекомендуется делать из нержавеющей стали, которая в процессе электролиза не вступает в реакцию с водой. Главное найти нержавейку высокого качества. Между электродами лучше сделать расстояние маленькими, но так, чтобы пузыри газа легко между ними передвигались. Крепеж лучше изготовить из соответствующего металла, что и электроды.

[warning]Примите во внимание: в связи с тем, что технология изготовления связана с газом, то во избежание образования искры, необходимо произвести плотное прилегание всех деталей.[/warning]

Водородный электролизерВ рассматриваемом варианте устройство включает в себя 16 пластин, расположены они друг от друга в пределах 1 мм.

За счет того, что пластины имеют достаточно немалую площадь поверхности и толщину, можно будет пропустить через такое устройство высокие токи, однако нагрева металла не произойдет. Если измерить на воздухе емкость электродов, то она составит 1nF, данный набор использует до 25А в простой воде из водопровода.

Для сбора водородного генератора своими руками можно применить контейнер пищевой, так как его пластик термоустойчив. Затем нужно в контейнер опустить электроды для сбора газа с разъемами изолированными герметично, крышкой и другими соединениями.

Если использовать контейнер из металла, то во избежание короткого замыкания, электроды крепятся на пластике. С двух сторон медных и латунных фитингов устанавливаются два разъема (фитинг – монтировать, собирать) для извлечения газа. Разъемы контактные и фитинги нужно прочно закрепить, применяя герметик из силикона.

Изготовить газогенератор также можно в домашних условиях. Методика подробно изложена здесь: https://teplo.guru/pechi/piroliznye/gazogenerator-svoimi-rukami.html

Соблюдение мер безопасности

Водородный электролизерЭлектролизер представляет собой устройство повышенной опасности.

Поэтому во время его изготовления, монтирования и работы обязательно нужно соблюдение как общих, так и специальных мер безопасности.

Специальные меры включают следующие пункты:

  • следует контролировать концентрацию смеси водорода с кислородом, в целях недопущения взрыва;
  • если уровень жидкости не просматривается в смотровом окне водородного генератора, то его использовать нельзя;
  • во время выполнения ремонта нужно удостовериться, что в конечной точке системы полностью отсутствует водород;
  • противопоказано использование открытого огня, электрических нагревательных приборов и переносных ламп напряжением более 12 вольт рядом с электролизером;
  • во время работы с электролитом следует себя обезопасить, используя средства защиты (спецодежда, перчатки и очки).

Советы специалистов

Водородный электролизерКвалифицированные мастера считают, что изготавливать самодельные водородные генераторы для автомобилей в домашних условиях рискованное занятие.

Они объясняют это тем, что электролизер для авто имеет сложную и небезопасную систему устройств.

Заниматься изготовлением таких агрегатов нужно, применяя специальные материалы и реагенты.

[advice]Примите к сведению: в случае самостоятельного установления электролизера, который был изготовлен своими руками, рекомендуется строгое исключение возможности, когда газ попадает в камеру сгорания при заглушенном двигателе. Во время отключения двигателя, обязательно должен автоматически отключиться водородный генератор от сети электрического питания автомобиля.[/advice]

Если все-таки решили самостоятельно изготовить автомобильный гидролизер, то обязательно следует оснастить его барботером – это специальный водяной клапан. При его использовании значительно повысится безопасность при вождении автомобиля.

Электрический ток можно получить из земли и воздуха самостоятельно. Подробности в этой статье: https://teplo.guru/elektrichestvo/besplatnoe-elektrichestvo.html

Источник: teplo.guru

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
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
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.

Конструкция водородной ячейки бытового электролизера
Конструкция водородной ячейки бытового электролизера

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.

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
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
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
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
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.

Схема газовой горелки
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.

Источник: www.asutpp.ru

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.

Основные достоинства отопления на водороде

Данный способ обогрева дома имеет несколько существенных преимуществ, которыми обусловлена возрастающая популярность системы.

  1. Впечатляющий КПД, который нередко достигает 96%.
  2. Экологичность. Единственный побочный продукт, выделяющийся в атмосферу – это водяной пар, который не способен навредить окружающей среде в принципе.
  3. Водородное отопление постепенно заменяет традиционные системы, освобождая людей от необходимости в добыче природных ресурсов – нефти, газа, угля.
  4. Водород действует без огня, тепловая энергия образуется путем каталитической реакции.

Область применения

Сегодня электролизёр — такое же привычное устройство, как и генератор ацетилена или плазменный резак. Изначально водородные генераторы использовались сварщиками, поскольку носить за собой установку весом всего несколько килограмм было намного проще, чем перемещать огромные кислородные и ацетиленовые баллоны. При этом высокая энергоёмкость агрегатов решающего значения не имела — всё определяло удобство и практичность. В последние годы применение газа Брауна вышло за рамки привычных понятий о водороде, как топливе для газосварочных аппаратов. В перспективе возможности технологии очень широки, поскольку использование HHO имеет массу достоинств.

  • Сокращение расхода горючего на автотранспорте. Существующие автомобильные генераторы водорода позволяют использовать HHO как добавку к традиционному бензину, дизелю или газу. За счёт более полного сгорания топливной смеси можно добиться 20 – 25 % снижения потребления углеводородов.
  • Экономия топлива на тепловых электростанциях, использующих газ, уголь или мазут.
  • Снижение токсичности и повышение эффективности старых котельных.
  • Многократное снижение стоимости отопления жилых домов за счёт полной или частичной замены традиционных видов топлива газом Брауна.
  • Использование портативных установок получения HHO для бытовых нужд — приготовления пищи, получения тёплой воды и т. д.
  • Разработка принципиально новых, мощных и экологичных силовых установок.

Генератор водорода, построенный с использованием «Технологии водяных топливных ячеек» С. Мейера (а именно так назывался его трактат) можно купить — их изготовлением занимается множество компаний в США, Китае, Болгарии и других странах. Мы же предлагаем изготовить водородный генератор самостоятельно.

Конструкция водородного генератора

Для постройки генераторов водорода своими руками обычно берут в качестве основы классическую схему установки Брауна. Такой электролизёр средней мощности состоит из группы ячеек, каждая из которых содержит группу пластинчатых электродов. Мощность установки определяется общей площадью поверхности пластинчатых электродов.

Ячейки помещаются внутрь ёмкости, хорошо изолированной от внешней среды. На корпус резервуара выводятся патрубки для подключения водяной магистрали, вывода водорода, а также контактная панель подключения электричества.

Схема генератора Брауна, кроме всего прочего, предусматривает наличие водяного затвора и обратного клапана. За счёт этих элементов организуется защита установки от обратного хода водорода. По такой схеме теоретически не исключается сборка водородной установки, к примеру, для организации отопления загородного дома.

Как изготовить генератор

Масса интернет-ресурсов публикуют самые разные схемы и чертежи генератора для получения водорода, но все они действуют по одному принципу. Мы предложим вашему вниманию чертеж простого устройства, взятый из научно-популярной литературы:

chertezhi-generatora.jpg

Здесь электролизер представляет собой группу металлических пластин, стянутых между собой болтами. Между ними установлены изоляционные прокладки, крайние толстые обкладки тоже изготовлены из диэлектрика. От штуцера, вмонтированного в одну из обкладок, идет трубка для подачи газа в сосуд с водой, а из него – во второй. Задача емкостей – отделять паровую составляющую и накапливать смесь водорода с кислородом, чтобы подавать его под давлением.

Совет. Электролитические пластины для генератора надо делать из нержавеющей стали, легированной титаном. Он послужит дополнительным катализатором реакции расщепления.

samodelnyj-vodorodnyj-generator-1.jpg

Пластины, что служат электродами, могут быть произвольного размера. Но надо понимать, что производительность аппарата зависит от их площади поверхности. Чем большее число электродов удастся задействовать в процессе, тем лучше. Но при этом и потребляемый ток будет выше, это следует учитывать. К концам пластин припаиваются провода, ведущие к источнику электричества. Здесь тоже есть поле для экспериментов: можно подавать на электролизер разное напряжение с помощью регулируемого блока питания.

samodelnyj-vodorodnyj-generator.jpg

В качестве электролизера можно применить пластиковый контейнер от водяного фильтра, поместив в него электроды из нержавеющих трубок. Изделие удобно тем, что его легко герметизировать от окружающей среды, выводя трубку и провода через отверстия в крышке. Другое дело, что этот самодельный водородный генератор обладает невысокой производительностью из-за малой площади электродов.

vodorodnyj-generator.jpg

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.

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.

Отопление дома газом Брауна

Водород является самым распространенным химическим элементом, поэтому экономически выгодно его использовать.

Для многих владельцев домов и дач часто встает вопрос, как получить «чистую» и дешевую энергию для нужд в быту. Ответ можно найти в таких инновациях, как водогенератор для отопления жилища.

Ученые, благодаря своим разработкам, позволили многим использовать такое устройство для получения газа. Установка способна генерировать водород (газ Брауна) и этот газ будет использован для получения энергии.

Можно это соединение представить химической формулой, как hho. Данный газ можно получить из воды с помощью метода электролиза. Есть много примеров в жизни, когда люди хотят свой дом отапливать оксиводородом. Но чтобы этот вид топлива получил популярность, надо сначала научиться получать его (газ Брауна) в бытовых условиях.

Пока еще нет технологии водородного отопления частного дома, которая была бы достаточно надежной.

Смотрите видео, в котором опытный пользователь разъясняет, как сделать водородный генератор своими руками:

Безопасность установки

Многие умельцы размещают пластины в пластиковых ёмкостях. Не стоит экономить на этом. Нужен бак из нержавеющего металла. Если его нет, можно использовать конструкцию с пластинами открытого типа. В последнем случае необходимо применять качественный изолятор тока и воды для надёжной работы реактора.

Известно, что температура горения водорода составляет 2800. Это самый взрывоопасный газ в природе. Газ Брауна – не что иное, как «гремучая» смесь водорода. Поэтому водородные генераторы на автомобильном транспорте требуют качественной сборки всех узлов системы и наличия датчиков для слежения за течением процесса.

833267.jpg

Датчик температуры рабочей жидкости, давления и амперметр не будут лишними в конструкции установки. Особое внимание стоит уделить гидрозатвору на выходе из реактора. Он жизненно необходим. Если произойдёт воспламенение смеси, такой клапан предотвратит распространение пламени в реактор.

Водородный генератор для отопления жилых и производственных помещений, работающий на тех же принципах, отличается в несколько раз большей производительностью реактора. В таких установках отсутствие гидрозатвора представляет смертельную опасность. Водородные генераторы на автомобилях в целях обеспечения безопасной и надёжной работы системы также рекомендуется оборудовать таким обратным клапаном.

Генератор промышленного изготовления

На уровне промышленного производства технологии изготовления водородных генераторов бытового назначения постепенно осваиваются и развиваются. Как правило, выпускаются энергетические станции домашнего применения, мощность которых не превышает 1 кВт.

Такой аппарат рассчитан на выработку водородного топлива в режиме постоянного функционирования не более чем в течение 8 часов. Главное их предназначение – энергоснабжение отопительных систем.

Также разрабатываются и производятся установки под эксплуатацию в составе кондоминиумов. Это уже более мощные конструкции (5-7 кВт), назначение которых не только энергетика отопительных систем, но также выработка электричества. Такой комбинированный вариант быстро набирает популярность в западных странах и в Японии.

Комбинированные водородные генераторы характеризуются как системы с высоким КПД и небольшим выбросом углекислого газа.

Российская промышленность тоже начала заниматься этим перспективным видом добычи топлива. В частности, «Норильский никель» осваивает технологии производства водородных установок, в том числе бытовых.

Планируется использовать самые разные типы топливных элементов в процессе разработки и производства:

  • протонно-обменные мембранные;
  • ортофосфорно-кислотные;
  • протонно-обменные метанольные;
  • щелочные;
  • твердотельные оксидные.

Между тем процесс электролиза является обратимым. Этот факт говорит о том, что есть возможность получать уже нагретую воду без сжигания водорода.

Кажется, это очередная идея, ухватившись за которую можно запускать новый виток страстей, связанных с бесплатной добычей топлива для домашнего котла.

Экономическая целесообразность

В домашних условиях изготовить качественную водородную установку очень сложно. Мастеру придется учитывать массу параметров. Например, нужно точно подобрать металл для электродов. Он должен обладать определенными свойствами.

Также при сборке гидролизатора нужно соблюдать монтажные размеры. Чтобы их получить, нужно произвести сложные расчеты с учетом качества воды, необходимой мощности на выходе и т. д.

При изготовлении устройства значение имеет даже сечение проводов, по которым на электроды подается ток. Речь идет не о производительности генератора, а о безопасности его эксплуатации, но и этот важный нюанс нужно учитывать.

Главная проблема таких приборов — большие затраты электричества для получения оксиводорода. Они превышают энергию, которую можно получить от сжигания такого топлива.

Из-за низкого КПД цена водородной установки для дома делает производство этого газа и его последующее использование для отопления невыгодным. Чем впустую расходовать электричество, проще установить любой электрокотел. Он будет эффективнее.

Единственное, где водород можно эффективно применять как топливо, — газосварка. Аппараты на hydrogen весят меньше, они компактнее, чем кислородные баллоны, но намного эффективнее. К тому же стоимость получения смеси здесь не играет никакой роли.

Источник: remont-system.ru


Leave a Comment

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.