Водородный котел — мифы, реальность и перспективы

Особенности водородных котлов

Водород является одним из самых распространенных веществ на планете Земля, но его применение человеком, пока производится только в промышленности. Не смотря на практически неисчерпаемость ресурса, элемент не имеет большой востребованности. Но современные технологии показывают, что водород может служить отличным видом топлива для обогрева жилища. Для получения отопления с помощью этого элемента понадобится специальная конструкция – котел. Среди основных особенностей водородных котлов можно отметить:

  • доступность топливного ресурса и возможность его получения даже из воды.
  • экономичность процесса из-за малого вложения средств. Потратиться нужно будет только на оборудование, воду и электричество.
  • высокий показатель коэффициента полезного действия. Котлы на водороде могут служить для проведения отопления по технологии «теплый пол».
  • полная экологичность системы. Водород не выделяет токсичных веществ, не дает гари и копоти.

При должных знаниях и умениях котел для водородного отопления, возможно, собрать своими руками, при этом цена на полученное оборудование будет в несколько раз ниже заводских аналогов.

Принцип работы водородного котла

Мощность устройства на водороде необходимо просчитывать в зависимости от площади, которую нужно обогревать. Соответственно и размеры котла при этом могут быть разными.

Но, не смотря на высокие достоинства водородный котел для отопления дома, имеет и свои недостатки, среди которых основными можно считать:

  • поиски мастера, который правильно установит устройство, могут занять длительное время. Все дело в том, что отопление на водороде пока не имеет особой популярности.
  • требуется самостоятельный контроль над уровнем воды в котле или его оснащение специальными датчиками.
  • также следует помнить, что водород взрывоопасен и любые неполадки в системе отопления такого характера могут привести к печальным последствиям.

Перспективы водорода как топлива для котла отопления

  • Водород – это самое распространенное «топливо» во Вселенной и десятый по распространению химический элемент на Земле. Проще говоря – проблем с запасами топлива у вас не будет.
  • Этот газ не может навредить ни людям, ни животным, ни растениям – он не токсичен.
  • «Выхлоп» водородного котла абсолютно безвреден – продуктом горения этого газа является обычная вода.
  • Температура горения водорода  достигает 6000 градусов Цельсия, что говорит о высокой теплоемкости этого вида топлива.
  • Водород легче воздуха в 14 раз, то есть при утечке «выброс» топлива улетучится из котельной сам по себе, причем в очень сжатые сроки.
  • Стоимость одного килограмма водорода – 2-7 долларов США. При этом плотность газообразного водорода равна 0,008987 кг/м3.
  • Теплотворная способность кубического метра водорода – 13 000 кДж. Энергоемкость природного газа в три раза выше, но себестоимость водорода как топлива ниже в десятки раз. В итоге альтернативное отопление частного дома водородом обойдется не дороже практики использования природного газа. При этом владельцу водородного котла не нужно оплачивать аппетиты хозяев газовых компаний и строить дорогостоящий газопровод, а равно и проходить чрезвычайно бюрократизированную процедуру согласования всяческих «проектов» и «разрешений».

Словом, как топливо водород имеет самые радужные перспективы, которые уже оценила аэрокосмическая отрасль, использующая водород для «заправки» ракет.

Современная разработка — водородный отопительный котел

Как работает котел отопления на водороде

Точно так же, как и обычный газовый котел:

  • Топливо подается на горелку.
  • Факел горелки разогревает теплообменник.
  • Залитый в теплообменник теплоноситель транспортируют к батареям.

Только вместо магистрального газопровода или емкостей со сжиженным горючим для производства топлива необходимо использовать особые установки – генераторы водорода.

Причем самый распространенный вид бытового генератора – это электролитическая установка, расщепляющая воду на водород и кислород. Себестоимость топлива, которое производят электрические генераторы для отопления водородом доходит до 6-7 долларов за килограмм. При этом для производства кубического метра горючего газа необходима вода и 1,2 кВт электроэнергии.

А вот на отводе продуктов горения в данном случае можно сэкономить. Ведь в процессе горения смеси кислорода и воздуха выделяется только водяной пар. Так что «настоящий» дымоход такому котлу не нужен.

Плюсы водородных котлов

  • Водородом можно «топить» любые котлы. То есть абсолютно любые – даже старые «советские» агрегаты, приобретенные в 80-х годах прошлого века. Для этого вам понадобится новая горелка и гранит или шамотный камень в топке, увеличивающий тепловую инерцию и нивелирующий эффект перегрева котла.
  • У водородных котлов увеличенная тепловая мощность. Стандартный газовый котел на 10-12 кВт на водороде «выдаст» до 30-40 киловатт тепловой мощности.
  • Для отопления водородом по большому счету нужна только горелка. Поэтому «под водород» можно переделать даже твердотопливный котел, инсталлировав горелку в топку.
  • Базу для получения топлива – воду – можно извлечь из водопроводного крана. Хотя идеальным полуфабрикатом для производства водорода является дистиллированная вода, в которую подмешен гидроксид натрия.

Минусы водородных котлов

  • Малый ассортимент водородных котлов и газогенераторов промышленного типа. Большинство продавцов предлагают «самоделки» с сомнительной сертификацией.
  • Высокая цена промышленных моделей.
  • Взрывоопасный «характер» топлива – в смеси с кислородом (в пропорции 2:5) водород превращается в гремучий газ.
  • Высокий уровень шума газогенерирующих установок.
  • Высокая температура пламени – до 3200 градусов Цельсия, затрудняющая использование водорода в качестве топлива для кухонной печи (нужны особые рассекатели). Впрочем, H2ydroGEM — котел отопления на водороде итальянского производства giacomini – укомплектован горелкой температурой пламени  до 300 градусов Цельсия.

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.

Получение чистого водорода

Электролиз воды

Водород можно получить различными способами. Вот лишь некоторые из них, являющиеся наиболее доступными и распространёнными:

  • Электролиз воды. Наиболее эффективный способ — высокотемпературный.
  • Химическая реакция воды и аллюминиево-галиевого сплава.
  • Получение водорода при высокотемпературной обработке угля и древесины.
  • Переработка мусора, бытовых отходов.
  • Выделение водорода через переработку биомассы (навоза, сена, водорослей и иных отходов сельского хозяйства).

Большинство способов основаны на применении высоких температур и, к сожалению, в условиях обычного домашнего хозяйства неприменимы. Однако есть несколько путей для получения водорода в домашних условиях.

Электролизный водород

Самый доступный и наиболее широко распространённый способ добычи водорода в домашних условиях — при помощи реакции электролиза воды. Специальное оборудование, называемое электролизером, довольно доступно на рынке. При этом среди производителей встречаются как именитых гиганты (например, Honda), так и мелкие производители из Китая или стран СНГ. И если в случае с первыми в качестве предоставляемой вниманию продукции можно не сомневаться, то вот вторые часто подводят

При этом не стоит особо обращать внимание на их яркую и многообещающую рекламу. Недобросовестному производителю ничего не стоит заявить о том, что его продукт самый качественный, хороший и долговечный на рынке

Однако не всё, что он скажет, окажется правдой. Особенно должна настораживать цена, так как генератор не может быть слишком дешёвым. Дешевизна может указывать на не очень качественные материалы, использованные при работе, или экономию на сборке. Установки дорогие не просто так, а за счёт обеспечения безопасности в том числе. Так как водород является взрывоопасным, его утечка может принести много бед. Некачественные шланги, негерметичный накопительный бак — и всё, взрыв обеспечен. Качество исполнения иногда может «хромать», так что лучше однажды не поскупиться и потратиться на хорошее оборудование.

Хороший электролизер способен похвастаться качеством, компактностью и простотой эксплуатации. Его можно установить в любом уголке помещения и в качестве топлива для получения заветного водорода использовать обычную воду из-под крана. Обычно электролизер состоит из риформера, топливных элементов, очистной системы, компрессора и ёмкости для хранения газа. Электроэнергия поступает из сети питания. Самые современные модели и вовсе оснащены солнечными батареями. Такое оборудование точно быстро окупится за счет минимальных затрат на его использование, даже учитывая не самую маленькую стоимость самого агрегата.

Водород из сельскохозяйственных отходов

Нередко в интернете можно встретить упоминания о биогазовых установках. Смысл их работы сводится к тому, что в генератор загружается навоз, он там перерабатывается и на выходе получается метан. Конечно, может использоваться не только навоз, а любой компостируемый материал. Однако чистый навоз является наиболее продуктивным и доступным. Полученный биогаз затем по трубам поступает на нужды хозяйства и используется как привычный природный газ. Однако у этого способа добычи водорода есть пара минусов:

  • Водород как таковой в данном процессе является лишь побочным продуктом. Для того,чтобы его отделить, требуется дополнительная обработка полученного газа. Как правило, никто этим не занимается и водород благополучно погибает в объятиях пламени вместе с метаном.
  • Необходимо непрерывное поступление сырья. То есть в генератор без остановки должен поступать навоз, и в больших количествах. Очевидно, что обычное частное хозяйство не сможет обеспечить постоянный поток сырья. А покупать его на стороне — не выгодно. Вывод: такой метод получения водорода подходит только относительно крупным хозяйствам, готовым предоставлять такие объёмы. Однако им такая установка выгоды не принесёт, разве что позволит с пользой для хозяйства избавляться от отходов.

Кроме того, на долю водорода на выходе приходится всего лишь 2-12% водорода. То есть основная масса продукта — метан. Чтобы обеспечивать хозяйство именно водородом, потребуется неимоверное количество сырья и огромные производственные мощности. Так что даже крупным хозяйствам невыгодно фокусироваться именно на выделении водорода. Им придётся либо сжигать его вместе с метаном, что и делается на практике, либо пытаться использовать его также в хозяйстве. Однако для выделения и хранения водорода снова потребуется дополнительное оборудование, а значит, дополнительные расходы. Таким образом, биогазовая установка на сегодняшний день является самым невыгодным методом добычи чистого водорода.

Водородная станция для использования в домашних условиях

Как сделать водородную горелку своими руками? Этот вопрос продолжает оставаться самым популярным у владельцев частных домов, которые стараются изготовить надежный и качественный источник отопления. Самым распространенным способом создания такого устройства считается следующий вариант:

  • предварительно подготавливают герметичную емкость;
  • создаются пластинные либо трубчатые электроды;
  • планируется конструкция прибора: способ управления им и оснащение током;
  • подготавливаются дополнительные модули для подключения к устройству;
  • покупаются специальные детали (крепежи, шланги, проводка).

Конечно же, мастеру в обязательном порядке потребуются инструменты, включая специальные устройства, частотомер либо осциллограф. Как только все инструменты и материалы будут подготовлены, мастер может перейти к самому созданию водородно-отопительной горелки для домашнего использования.

Как работает водородное отопление

Такой способ отопления был разработан одной из итальянских компаний. Водородный котел работает, не образуя никаких вредных отходов, из-за чего считается самым экологическим и бесшумным способом обогрева дома. Инновация разработки в том, что ученым удалось добиться сжигания водорода при относительно низкой температуре (порядка 300?С), а это позволило изготавливать подобные отопительные котлы из традиционных материалов.

Водородные топливные элементы для дома

При работе котел выделяет только безвредный пар, и единственное, что требует затрат – это электроэнергия. А если совместить такое с солнечными панелями (гелиосистемой), то эти расходы можно и вовсе свести к нулю.

Обратите внимание! Зачастую котлы на водороде используются для нагрева систем «теплого пола», которые можно легко смонтировать своими руками. Как же все происходит? Кислород вступает в реакцию с водородом и, как мы помним из уроков химии в средних классах, образует молекулы воды

Реакция провоцируется катализаторами, в результате выделяется тепловая энергия, нагревающая воду примерно до 40?С – идеальной температуры для «теплого пола»

Реакция провоцируется катализаторами, в результате выделяется тепловая энергия, нагревающая воду примерно до 40?С – идеальной температуры для «теплого пола»

Как же все происходит? Кислород вступает в реакцию с водородом и, как мы помним из уроков химии в средних классах, образует молекулы воды. Реакция провоцируется катализаторами, в результате выделяется тепловая энергия, нагревающая воду примерно до 40?С – идеальной температуры для «теплого пола».

Регулировка мощности котла позволяет добиться определенного температурного показателя, необходимого для отопления помещения с той или иной площадью. Также стоит отметить, что такие котлы считаются модульными, т. к. состоят из нескольких независимых друг от друга каналов. В каждом из каналов имеется упомянутый выше катализатор, в результате в теплообменник поступает теплоноситель, уже достигший необходимого показателя в 40?С.

Обратите внимание! Особенностью такого оборудования является то, что каждый из каналов способен вырабатывать разную температуру. Таким образом, один из них можно провести к «теплому полу», второй к соседнему помещению, третий к потолку и т

д

д.

Меры безопасности

Электролизерные установки представляют собой устройства повышенной опасности. Поэтому в процессе их изготовления, монтажа и эксплуатации необходимо строго соблюдать как общие, так и специальные меры безопасности.

Среди специальных требований наиболее важными являются:

  1. Не допускается образование взрывоопасных концентраций смеси кислорода с водородом или воздухом.
  2. Не допускается работа водородных генераторов, если в его смотровом окне не виден уровень жидкости.
  3. При выполнении ремонтных работ необходимо убедиться в полном отсутствии водорода в конечной точке системы.
  4. Возле электролизеров не разрешается пользоваться открытым огнем, электрическими нагревательными приборами и переносными лампами напряжением более 12 В.
  5. При работе с электролитом необходимо пользоваться спецодеждой, перчатками и очками.

  1. Специалисты не рекомендуют самостоятельно изготавливать автомобильные водородные генераторы. Мотивируется это тем, что автомобильный электролизер представляет собой достаточно сложное и небезопасное устройство, при изготовлении которого необходимо использовать специальные материалы и реагенты.
  2. При самостоятельной установке в автомобиль электролизера, изготовленного своими руками, необходимо исключить возможность попадания газа в камеру сгорания топливо-воздушной смеси при заглушенном двигателе. При выключении двигателя в обязательном порядке водородный генератор должен автоматически отключаться от сети электропитания автомобиля.
  3. При самостоятельном изготовлении автомобильного электролизера не забудьте оснастить его специальным водяным клапаном – барботером. Его использование позволит значительно повысить безопасность эксплуатации автомобиля.

Еще средневековый ученый Парацельс во время одного из своих экспериментов заметил, что при контакте серной кислоты с феррумом образуются воздушные пузырьки. В действительности то был водород (но не воздух, как считал ученый) – легкий бесцветный газ, не имеющий запаха, который при определенных условиях становится взрывоопасным.

В нынешнее времяотопление водородом своими руками – вещь весьма распространенная. Действительно, водород можно получать практически в неограниченном количестве, главное, чтобы были вода и электроэнергия.

Такой способ отопления был разработан одной из итальянских компаний. Водородный котел работает, не образуя никаких вредных отходов, из-за чего считается самым экологическим и бесшумным способом обогрева дома. Инновация разработки в том, что ученым удалось добиться сжигания водорода при относительно низкой температуре (порядка 300ᵒС), а это позволило изготавливать подобные отопительные котлы из традиционных материалов.

При работе котел выделяет только безвредный пар, и единственное, что требует затрат – это электроэнергия. А если совместить такое с солнечными панелями (гелиосистемой), то эти расходы можно и вовсе свести к нулю.

Как же все происходит? Кислород вступает в реакцию с водородом и, как мы помним из уроков химии в средних классах, образует молекулы воды. Реакция провоцируется катализаторами, в результате выделяется тепловая энергия, нагревающая воду примерно до 40ᵒС – идеальной температуры для «теплого пола».

Регулировка мощности котла позволяет добиться определенного температурного показателя, необходимого для отопления помещения с той или иной площадью. Также стоит отметить, что такие котлы считаются модульными, т. к. состоят из нескольких независимых друг от друга каналов. В каждом из каналов имеется упомянутый выше катализатор, в результате в теплообменник поступает теплоноситель, уже достигший необходимого показателя в 40ᵒС.

Принцип функционирования водородного котла

Для работы водородного котла необходимо электричество

Водородный котел отопления работает по принципу нагревания жидкости в теплообменнике огнем сгорающего в камере топлива. Источником энергии служит чистый Н2. Газ отличается высокой теплоотдачей, которая в 3 раза выше, чем у пропана. Единственной трудностью его получения является высокая активность элемента, из-за чего он связывается с другими веществами. Требуется разделение, для которого необходимо электричество.

Общая схема работы системы отопления водородом следующая:

  1. Производство газа. В качестве сырья используется дистиллированная вода. Она заливается в бак, где размещаются электроды. Под воздействием тока молекулы воды распадаются на кислород и водород.
  2. Выделение Н2. Смесь пропускается через химический сепаратор который выделяет водород и направляет его в горелку, где происходит его поджигание и сгорание. Поставленный на трубопроводе клапан предотвращает движение газа в обратную сторону. Уровень горения регулируется с помощью открытия или блокирования специальных каналов, по которым подается водород.
  3. На горелку подается катализатор, снижающий температуру пламени с 2000 градусов до безопасных 600 градусов, что позволяет использовать для изготовления камеры бюджетные металлы. Образованный в процессе горения пар по змеевику поступает в резервуар с водой, где конденсируется и восполняет израсходованную жидкость.
  4. Выделившийся при электролизе кислород отводится в отдельную камеру, где смешивается с воздухом и через клапан поступает в помещение.

Эксперименты с вечным поленом

Вечным поленом называют небольшой металлический бак с маленькими отверстиями для выхода водяного пара. Эту емкость заполняют водой, закручивают горловину болтом, и кладут на дно печи. Емкость разогревается до большой температуры, с нее выходит водяной пар, поступая прямо на горящие угли.

В результате, по заявлениям экспериментаторов, черная сажа в дыму пропадает. Т.е. якобы частички углерода, обычно уносимые в трубу, теперь все реагируют с кислородом. Пламя становится насыщенным с длинными языками и т.д.

Но правда замеры реального полученного тепла не проводились, замерить его в домашних условиях невозможно, но все признаки большой энергоотдачи присутствуют….

Перспективы водородных котлов

При всех сложностях технологического процесса сжигания водорода, перспективы использования этого процесса на нужды отопления весьма радужные. Общемировая тенденция всемирного применения «зеленой» энергетики вызывают интерес к этой технологии и у исследователей, и у представителей промышленного производства.

Фото: ahottei.ru

Буквально год назад водородный котел отопления позиционировался учеными, как бесперспективный. Тем не менее, в три раза большая теплотворность водорода по отношению к газу не дает покоя изобретателям.

Пока непривлекательность H2 – очевидна, чтобы разложить воду, требуется электрическая энергия, для получения которой сжигают природное топливо, отягчает перспективы такого вида отопление – качество воды, которая должна быть дистиллированной, что тоже довольно дорого.

Наступающая «зеленая» революция выдвигает свои требования к источникам нагрева и тем самым формирует иной мир. Британский парламент в конце 2018-го, открыл водородному отоплению новые возможности. Депутаты приняли курс на декарбонизацию страны, а энергоносителями в стране станут водород и электричество.

За такой инициативой политиков , последуют и другие страны , у них просто нет выбора, А многие страны уже многое сделали в этом направлении, среди лидеров: Россия, Италия и Китай.

Плюсы и минусы

Если изготовить водородный котел своими руками, то непременно стоит выделить его положительные стороны:

  • Такой генератор способен похвастать удивительно высоким коэффициентом полезного действия – более 90 процентов. Ни один из традиционных видов отопления не в силах предоставить подобные результаты.
  • Водородная горелка характеризуется абсолютной экологической безопасностью. При работе устройства выделяется только лишь пар — полностью безвредный как для окружающей среды, так и для организма жителей дома.
  • Отопление дома водородом не предполагает наличие пламени. Производство тепла достигается путем химических реакций с задействованием катализаторов. Водород соединяется с кислородом, в результате чего генерируется тепловая энергия, попадающая в теплообменник. Данный принцип работы как нельзя лучше подходит для жилых сооружений.
  • В перспективе, если тема использования водородных генераторов будет развиваться, мировую экономику ждет расцвет и небывалый подъем. Объясняется это тем, что затраты на получение такого вида топлива, как водород, не сопоставимы с затратами на добычу угля, газа и нефти.
  • Горелки данного вида работают абсолютно бесшумно, что также нужно считаться весьма значимым обстоятельством.
  • Установка генераторов на водороде своими руками не требует сооружения и последующего использования дымоходов, а это очень удобно.

Водородный отопительный котел — современная разработка отопительных систем

Подробно расписав преимущества, будет несправедливо утаить от читателя недостатки, которые тоже имеют место быть, если мы говорим об отоплении на водороде:

  • При обычной комнатной температуре водород обладает газообразной консистенцией. Кроме этого он считается достаточно взрывоопасным веществом, поэтому его транспортировка несет в себе определенные трудности.
  • Несмотря на то, что в западных странах использование водородных генераторов становится все более и более привычным, в нашей стране им слишком мало уделяется внимания, поэтому с покупкой и монтажом котлов могут возникнуть проблемы.
  • Чтобы обучить специалистов, которые будут проверять и сертифицировать баллоны с водородом (а этот элемент по всем правилам должен находиться именно в такой «таре»), нужно время.