Vätgasgenerator: ekonomisk genomförbarhet

tysk vätestrategi

Kursen mot väteenergi fastställdes slutligen av den nationella strategin för utveckling av väteenergi i Tyskland, publicerad den 10 juni 2020. Det långsiktiga målet för landet är att skapa en klimatneutral ekonomi med minskade CO2-utsläpp₂ 95 % av 1990 års nivå. Och väte, dit inte bara transporter kommer att överföras, utan även metallurgi med den petrokemiska industrin, kommer att spela en central roll i denna process.

Tyskland kommer att anslå mer än 10 miljarder euro för utveckling av väteenergi fram till 2023: 7 miljarder euro för "marknadslansering" (det vill säga för att skapa ramvillkor och stimulera inhemsk efterfrågan), 2 miljarder euro för internationellt samarbete och ytterligare 1 miljard euro för industrins behov, som bör införa vätgasteknik för att bli deras främsta exportör i världen i framtiden.

Samtidigt erkänner den tyska regeringen endast "grönt väte" som miljövänligt, producerat med el från förnybara källor - solen och vinden. För att öka sina volymer kommer Tyskland att behöva ytterligare vindkraftskapacitet på de norra och baltiska kusterna. Med tiden bör "grönt väte" ersätta "grå", "blå" och "turkos", det vill säga erhålls med frisättning av CO₂ ut i atmosfären från fossila källor som naturgas eller metan.

Det är sant att strategin erkänner att Tyskland inte kommer att kunna tillgodose sina vätgasbehov på egen hand, och det kommer att behöva importera antingen el för produktion av "grönt väte" eller råmaterial. Och de 2 miljarder euro som anslagits för utveckling av internationellt samarbete kommer i första hand att gå till pilotprojekt för solenergi för produktion av "grönt väte" i Nordafrika och Marocko, där solen skiner året runt.

Ryska företags roll i den nya energiindustrin

Det är dock inte bara Nordafrika som lämpar sig för pilotprojekt. Som vätgasspårvagnsprojektet som lanserades i St. Petersburg i november 2019 visar är moderna ryska städer perfekta som utställningslokaler för vätgasteknik.Sådana livfulla exempel på innovation kommer att ha en positiv imageeffekt inte bara för den ryska ekonomin utan också för det långsiktiga samarbetet med Europeiska unionen.

Potentialen för detta samarbete återspeglas delvis i Ryska federationens energistrategi, publicerad till samma dag med den tyska vätestrategin. I dokumentet utpekas väte som ett bränsle med hög exportpotential. Senast 2024 bör den ryska väteexporten uppgå till 0,2 miljoner ton och till 2035 växa till 2 miljoner ton. Enligt energiministeriets planer ska Ryssland ta upp till 16 % av världens vätemarknad.

I ett paradigm där landets utvecklingsnivå och välstånd är direkt beroende av exporten av energiresurser, är satsningen på väte helt berättigad. Denna teknik kan bli en ytterligare utvecklingsdrivkraft i den totala exportbalansen. Men för att förverkliga dessa ambitiösa planer måste ryska företag utveckla väteenergi nu och snabbt se över sina affärsmodeller, eftersom den "energiomställning", som tyskarna siktar på, oundvikligen kommer att leda till en minskning av efterfrågan på petroleumprodukter och naturgas inom en snar framtid.

Är det möjligt att självständigt skapa en vätegenerator?

Det är bättre att inte ta risker, eftersom en sådan process inte bara är förknippad med behovet av att känna till teknikens och kemins krångligheter, utan kräver också korrekt efterlevnad av säkerhetsregler. Men gör-det-själv-installation av utrustning är möjlig. För att göra detta räcker det att följa instruktionerna och inte tillåta amatörprestationer.

Uppvärmningen av vilket hus som helst bör ge inte bara ett bekvämt boende för en person, utan också den ekologiska renheten i miljön.Detta uppnås på grund av det faktum att efter förbränning av väte bildas inga skadliga föreningar.

I västländer har uppvärmning med vätgasgeneratorer vunnit bred acceptans och ekonomisk motivering. Om en liknande metod slår rot i Ryssland, kommer den att avsevärt öka uppvärmningseffektiviteten med minimala resurskostnader.

Utsikter för väte som bränsle för en värmepanna

• Väte är det vanligaste "bränslet" i universum och det tionde vanligaste kemiska grundämnet på jorden. Enkelt uttryckt - du kommer inte att ha problem med bränslereserver.
• Denna gas kan inte skada människor, djur eller växter - den är inte giftig.
• "Avgaserna" från en vätepanna är absolut ofarliga - förbränningsprodukten av denna gas är vanligt vatten.
• Förbränningstemperaturen för väte når 6000 grader Celsius, vilket indikerar den höga värmekapaciteten hos denna typ av bränsle.
• Vätgas är 14 gånger lättare än luft, det vill säga i händelse av en läcka kommer "utsläppet" av bränsle att avdunsta från pannhuset på egen hand och på mycket kort tid.
• Kostnaden för ett kilo väte är 2-7 US-dollar. I detta fall är densiteten av gasformigt väte 0,008987 kg/m3.
• Värmevärdet för en kubikmeter väte är 13 000 kJ. Naturgasens energiintensitet är tre gånger högre, men kostnaden för väte som bränsle är tio gånger lägre. Som ett resultat kommer alternativ uppvärmning av ett privat hus med väte inte att kosta mer än att använda naturgas. Samtidigt behöver ägaren av en vätepanna inte betala aptiten hos ägarna av gasföretag och bygga en dyr gasledning, samt gå igenom ett extremt byråkratiskt förfarande för att samordna alla möjliga "projekt" och " tillstånd”.

Kort sagt, som bränsle har väte de ljusaste utsikterna, vilket redan har uppskattats av flygindustrin, som använder väte för att "tanka" raketer.

Modern utveckling - vätevärmepanna

Hur fungerar en vätgaspanna

På samma sätt som en konventionell gaspanna:

• Bränsle tillförs brännaren.
• Brännaren värmer upp värmeväxlaren.
• Kylvätskan som hälls i värmeväxlaren transporteras till batterierna.

Endast i stället för huvudgasledningen eller tankar med flytande bränsle för produktion av bränsle är det nödvändigt att använda speciella installationer - vätegeneratorer.

Dessutom är den vanligaste typen av hushållsgenerator en elektrolytisk anläggning som delar upp vatten i väte och syre. Kostnaden för bränsle som produceras av elektriska generatorer för uppvärmning med väte når 6-7 dollar per kilogram. Samtidigt behövs vatten och 1,2 kW el för att producera en kubikmeter brännbar gas.

Men i det här fallet kan du spara pengar på att ta bort förbränningsprodukter. När allt kommer omkring, i processen att bränna en blandning av syre och luft, frigörs bara vattenånga. Så en sådan panna behöver inte en "riktig" skorsten.

Fördelar med vätepannor

• Vätgas kan "elda" alla pannor. Det vill säga absolut alla - även de gamla "sovjetiska" enheterna som köptes på 80-talet av förra seklet. För att göra detta behöver du en ny brännare och granit- eller lersten i ugnen, vilket ökar den termiska trögheten och utjämnar effekten av överhettning av pannan.
• Vätepannor har ökad värmeeffekt.En vanlig gaspanna för 10-12 kW på vätgas kommer att "ge ut" upp till 30-40 kilowatt termisk effekt.
• För uppvärmning med vätgas behövs i stort sett bara en brännare. Därför kan även en fastbränslepanna omvandlas "under väte" genom att installera brännaren i ugnen.
• Basen för att erhålla bränsle - vatten - kan tas bort från vattenkranen. Även om den idealiska halvfabrikatet för produktion av väte är destillerat vatten, som blandas med natriumhydroxid.

Nackdelar med vätepannor

• Ett litet utbud av vätepannor och gasgeneratorer av industriell typ. De flesta säljare erbjuder "hemgjorda" produkter med tvivelaktig certifiering.
• Högt pris på industrimodeller.
• Bränslets explosiva "karaktär" - i en blandning med syre (i ett förhållande av 2: 5) förvandlas väte till en explosiv gas.
• Hög ljudnivå från gasgenererande installationer.
• Hög flamtemperatur - upp till 3200 grader Celsius, vilket gör det svårt att använda väte som bränsle för en köksspis (särskilda avdelare behövs). H2ydroGEM, en vätevärmepanna tillverkad i Italien av giacomini, är dock utrustad med en brännare med en flamtemperatur på upp till 300 grader Celsius.

Egenskaper hos elektrolytisk vätegenerator

En vätgasgenerator baserad på principen om elektrolys produceras oftast i en containerversion. En förutsättning för förvärvet av en sådan anordning för uppvärmning är närvaron av följande dokument: tillstånd från Rostekhnadzor, certifikat (överensstämmelse med GOSTR och hygienisk).

Den elektrolytiska generatorn består av följande element:

• en enhet som inkluderar en transformator, en likriktare, kopplingslådor och enheter, en vattenpåfyllnings- och avmineraliseringsenhet;
• anordningar för separat produktion av väte och syre - en elektrolysör;
• gasanalyssystem;
• flytande kylsystem;
• ett system som syftar till att detektera en möjlig väteläcka;
• kontrollpaneler och automatiska styrsystem.

För att uppnå den mest effektiva processen för elektrisk ledningsförmåga används lutdroppar. Tanken med den fylls på efter behov, men oftast händer detta ca 1 gång per år.
Alla elektrolytiska generatorer av industriell typ tillverkas på basis av europeiska miljö- och säkerhetsstandarder.

Det har bevisats experimentellt att köpet av en väteelektrolytisk generator är mycket mer lönsamt än det vanliga köpet av gas. Så för produktion av 1 kubikmeter gas från väte och syre krävs endast cirka 3,5 kW elektrisk energi, samt en halv liter avmineraliserat vatten.

Egenskaper hos elektrolytisk vätegenerator

En vätgasgenerator baserad på principen om elektrolys produceras oftast i en containerversion. En förutsättning för förvärvet av en sådan anordning för uppvärmning är närvaron av följande dokument: tillstånd från Rostekhnadzor, certifikat (överensstämmelse med GOSTR och hygienisk).

Den elektrolytiska generatorn består av följande element:

• en enhet som inkluderar en transformator, en likriktare, kopplingslådor och enheter, en vattenpåfyllnings- och avmineraliseringsenhet;
• anordningar för separat produktion av väte och syre - en elektrolysör;
• gasanalyssystem;
• flytande kylsystem;
• ett system som syftar till att detektera en möjlig väteläcka;
• kontrollpaneler och automatiska styrsystem.

För att uppnå den mest effektiva processen för elektrisk ledningsförmåga används lutdroppar. Tanken med den fylls på efter behov, men oftast händer detta ca 1 gång per år. Alla elektrolytiska generatorer av industriell typ tillverkas på basis av europeiska miljö- och säkerhetsstandarder.

Det har bevisats experimentellt att köpet av en väteelektrolytisk generator är mycket mer lönsamt än det vanliga köpet av gas. Så för produktion av 1 kubikmeter gas från väte och syre krävs endast cirka 3,5 kW elektrisk energi, samt en halv liter avmineraliserat vatten.

Implementering i befintliga system

Byggandet av nya värmesystem är en dyr och tidskrävande process. Inköp av vätegeneratorer för små byggnader har en lång återbetalningstid, så ofta monteras sådana enheter oberoende.

Att lägga till en befintlig värmekrets med en generator kräver utrymmesutvidgning. Det är nödvändigt att ta hand om installationsplatsen för enheten i förväg.

Gamla pannor kan anpassas för att arbeta på vätgas: nya brännare placeras i ugnen. Systemet kompletteras med nödvändiga instrument för att styra parametrar och söka efter gasläckor.

Uppgraderade system kräver också användning av en katalysator. Renovering av gamla system är mycket billigare än ett komplett byte av utrustning.

Modernisering är tillrådligt om huvudenheten - pannan är lämplig för anpassning för att arbeta med vätegeneratorer.

Konstruktionen av en vätegenerator på egen hand gör att du kan spara en ganska stor summa.

Alla hemgjorda enheter, såväl som de som köps från tillverkaren, måste kontrolleras av specialister.Installation av felaktiga enheter är inte tillåten.

Myten om att en vätepanna är det mest ekonomiska sättet att värma ett hus

Du kan ofta höra att en vätepanna är det mest ekonomiska sättet att värma ett privat hus. Vanligtvis, för att motivera denna tes, hänvisas det till det höga värmevärdet för väte - mer än 3 gånger högre än för naturgas. En enkel slutsats dras av detta - det är mer lönsamt att värma ett hus med väte än med gas.

Ibland, som argument för effektiviteten av en vätepanna, ges den så kallade "Brungasen" eller en blandning av väte- och syreatomer (HHO), som avger ännu mer värme vid förbränning, och på vilka "avancerade pannor" fungera. Efter detta slutar motiveringarna för effektivitet helt enkelt, vilket ger möjligheten för lekmannens fantasi att rita vackra bilder under det allmänna namnet "uppvärmning för nästan ingenting". Tänk bara - väte brinner "varmare" och erhålls från praktiskt taget gratis vatten, en verklig fördel!

Fantasin drivs också av nyheten om en ständigt växande flotta av vätgasdrivna fordon som ett alternativ till traditionella. Säg, om bilar "kör" på vätgas, så är en vätepanna en riktigt värd sak.

Men i verkligheten är saker och ting lite mer komplicerade. Om rent väte var ett grundämne som var lättillgängligt i naturen, skulle allt vara så, eller nästan så, det skulle vara det. Men faktum är att rent väte inte förekommer på jorden - bara i en bunden form, till exempel i form av vatten. Därför måste man i praktiken först få väte någonstans ifrån, dessutom med hjälp av energikrävande kemiska reaktioner.

DIY-tillverkning

Så, efter att ha bestämt sig för att göra en vattendriven spis, är det första du ska göra att bestämma huvuddesignen för den framtida värmaren.

Med denna metod kan vilken ugn som helst konverteras till ett ekonomiskt alternativ.

Oftast är en sådan värmare redan tillgänglig och den behöver bara modifieras. Här är arbetsflödesdiagrammet:

1. Hitta en behållare för vatten och fixa den.
2. Gör en ångbåt.
3. De funderar över dess infästning och metoden för uppvärmning för att få ånga.
4. Gör en överhettare. Detta är vanligtvis ett tunnväggigt rostfritt stålrör med jämnt sågade hål. Den är insvept med ett rostfritt stålnät - den här enheten kommer att fungera som en brusdämpare.
5. Tänk över schemat för anslutning och fästning av alla delar. Överhettaren måste placeras på ugnens roster för att ha god tillgång till syre. Många kommer på ytterligare apparater så att det inte täpps till med aska och syretillförseln är konstant.
6. Kontrollera enhetens effektivitet och brandsäkerhet. Frånvaron av rök från skorstenen när kaminen är varm indikerar korrekt drift. Alla gummi-, trä- och plastdelar på enheten måste vara på brandsäkert avstånd från brand och varma delar av strukturen.

Lär dig mer om kaminen på vattnet i den här videon:

Att installera denna design kan spara mycket pengar. Dessutom, som bränsle, minskar vatten i ugnen luftföroreningar från förbränningsavfall. Även det enklaste sättet att modifiera kaminen kan leda till ett underbart resultat.

Till exempel använder vissa sommarboende en vattenfläkt. Det vill säga, de sätter in en metallbehållare med vatten under eldstaden.Som ett resultat av avdunstning och uppvärmning förvandlar en sådan enkel metod en vanlig spis till en vattenspis och förbättrar dess prestanda många gånger om.

Huvudknutar

1. Panna. Den väljs utifrån typen av byggnad, ytan och den erforderliga effektiviteten av installationen.
2. Rörsystem. Det mest rationella för hemuppvärmning är användningen av rör med en diameter på 1,25 tum. Det är nödvändigt att följa regeln - varje efterföljande gren måste ha en mindre diameter än den föregående. Därför bör beräkningar av materialkrav och installationseffektivitet börja med den minsta tillåtna rördiametern.
3. Utgången av avfallsprodukter - vattenånga, utan föroreningar.
4. Brännare. För att bränna väte krävs en temperatur på mer än 3000 grader.

Vätegeneratorns inre struktur

Självdriven generator

För att öka effektiviteten bör modulära enheter med flera brännare köpas - detta är en ökning av elektrolyshastigheten. Brännarens typ och effekt väljs också med hänsyn till lokalernas behov för värmeförsörjning (område, väggmaterial, klimatregion, etc.) och generatorns optimala kraft.

För ett bostadshus är den högsta effekten för en vätgasgenerator 6 kW.

Vätgasgenerator för hemmet

Hur enheten fungerar

Själva höljet har terminaler för att ansluta strömkällan och det finns en hylsa genom vilken gas släpps ut.

Funktionen av enheten kan beskrivas på följande sätt: en elektrisk ström passerar genom destillerat vatten mellan plattor med olika fält (en har en anod, den andra har en katod), delar den i syre och väte.

Beroende på plattornas yta har den elektriska strömmen sin styrka, om området är stort, passerar mycket ström genom vattnet och mer gas släpps ut. Plattanslutningsschemat är alternativt, först plus, sedan minus, och så vidare.

Elektroder rekommenderas att vara gjorda av rostfritt stål, som inte reagerar med vatten under elektrolys. Det viktigaste är att hitta högkvalitativt rostfritt stål. Det är bättre att göra avståndet mellan elektroderna litet, men så att gasbubblorna lätt rör sig mellan dem. Fästelement görs bäst av lämplig metall som elektroderna.

Ta hänsyn till:
på grund av det faktum att tillverkningstekniken är förknippad med gas, för att undvika bildandet av en gnista, är det nödvändigt att göra en tät passform av alla delar. I den övervägda utföringsformen inkluderar enheten 16 plattor, de är placerade från varandra inom 1 mm

På grund av det faktum att plattorna har en ganska stor yta och tjocklek, kommer det att vara möjligt att passera höga strömmar genom en sådan anordning, men metallen kommer inte att värmas upp. Om du mäter elektrodernas kapacitans i luft, blir det 1nF, detta kit använder upp till 25A i vanligt vatten från kranen.

För att samla en vätegenerator med dina egna händer kan du använda en matbehållare, eftersom dess plast är värmebeständig. Sedan måste du sänka ned gasuppsamlingselektroderna i behållaren med hermetiskt isolerade kontakter, ett lock och andra anslutningar.

Om du använder en metallbehållare, är elektroderna fästa på plasten för att undvika kortslutning. På båda sidor av koppar- och mässingsbeslagen är två kopplingar installerade (passning - montera, montera) för att extrahera gasen.Kontaktdon och beslag måste fästas ordentligt med silikontätningsmedel.

Hur man gör väteuppvärmning med egna händer

Varje mästare som har förmågan att arbeta med metall kan göra uppvärmning på väte med sina egna händer.

För att bilda enheten behöver du följande uppsättning material:

• rostfritt stålplåt med parametrar 50x50 cm;
• bultar 6x150, utrustade med brickor och muttrar;
• genomströmningsfilterelement - användbart från en gammal tvättmaskin;
• ett genomskinligt ihåligt rör 10 m långt, till exempel från vattenytan;
• en vanlig 1,5 liters matbehållare av plast med ett starkt lufttätt lock;
• en uppsättning fiskbensbeslag med en håldiameter på 8 mm;
• kvarn för skärning;
• borra;
• silikon tätningsmedel.

För att göra en väteugn är stål 03X16H1 lämpligt, och istället för vatten kan du ta en alkalisk lösning, vilket kommer att skapa en aggressiv miljö för strömpassage, samtidigt som stålplåtarnas livslängd förlängs.

Hur man gör hemuppvärmning med vätgas själv:

1. Lägg plåten på ett plant bord, skär i 16 lika delar. Rektanglar erhålls för den framtida brännaren. Skär nu av ett hörn av alla 16 rektanglar - detta är nödvändigt för den efterföljande anslutningen av delarna.
2. Borra ett hål för bulten på baksidan av varje element. Av alla 16 ark kommer 8 att vara anoder och 8 kommer att vara katoder. Anoder och katoder behövs för passage av elektrisk ström genom delar med olika polaritet, detta säkerställer nedbrytning av alkali eller destillat till väte och syre.
3. Lägg nu plattorna i en plastbehållare, med hänsyn till polariteten, alternerande plus och minus. Ett genomskinligt rör kommer att fungera som en isolator för plattorna, som måste skäras i ringar och sedan i remsor 1 mm tjocka.

1. Metallplattorna fästs vid varandra med brickor på detta sätt - först sätts brickan på bultbenet, sedan sätts plattan på. Efter plattan måste du sätta 3 brickor på bulten, sedan plattan igen. På så sätt hängs 8 plattor på anoden och 8 plattor på katoden.

Nu måste du ta reda på stopppunkten för bulten i matbehållaren, borra ett hål på denna plats. Om bultarna inte ingår i behållaren skärs bultbenet till önskad längd. Efter det trär du in bultarna i hålen, sätter brickor på benen och klämmer fast strukturen med muttrar för täthet. Utrusta behållarens lock med ett hål för beslaget, sätt in elementet i hålet och, för täthet, täck fogområdet med tätningsmedel. Blås nu ut beslaget. Och om luft kommer ut genom locket, måste du täta locket runt hela omkretsen.

Generatorn testas genom att ansluta valfri strömkälla med att fylla behållaren med vatten. En slang sätts på beslaget, vars andra ände är nedsänkt i en behållare. Om det bildas luftbubblor i vätskan fungerar kretsen, om inte måste du kontrollera strömförsörjningen. Det händer att luftbubblor inte bildas i vattnet, men de uppstår verkligen i elektrolysatorn.

För att tillhandahålla den erforderliga mängden termisk energi är det nödvändigt att öka produktionen och produktionen av gas genom att öka spänningen i elektrolyten. Häll alkali i vattnet, till exempel natriumhydroxid, som finns i Krot piprensare. Återanslut strömförsörjningen och kontrollera elektrolysörens kapacitet.

Det allra sista steget är anslutningen av brännaren till värmeledningens rörledning. Det kan vara ett varmt golv, sockelledningar. Fogarna ska tätas med silikon och utrustningen kan tas i drift.

Att göra en generator på egen hand

På Internet kan du hitta många instruktioner om hur man gör en vätgasgenerator. Det bör noteras att det är fullt möjligt att montera en sådan installation för ett hus med dina egna händer - designen är ganska enkel.

Gör-det-själv vätgasgeneratorkomponenter för uppvärmning i ett privat hus

Men vad ska du göra med det resulterande vätet? Än en gång, var uppmärksam på förbränningstemperaturen för detta bränsle i luft. Det är 2800-3000°C

Med tanke på att metaller och andra fasta material skärs med brinnande väte, blir det tydligt att installation av en brännare i en konventionell gas-, flytande bränsle- eller fastbränslepanna med en vattenmantel inte kommer att fungera - det kommer helt enkelt att brinna ut.

Hantverkare på forumen rekommenderar att man lägger ut eldstaden från insidan med tegelstenar av lera. Men smälttemperaturen för även de bästa materialen av denna typ överstiger inte 1600 ° C, en sådan ugn kommer inte att hålla länge. Det andra alternativet är att använda en speciell brännare, som kan sänka flamtemperaturen till acceptabla värden. Så tills du hittar en sådan brännare bör du inte börja montera en hemmagjord vätegenerator.

Tips för montering och drift av generatorn

Efter att ha löst problemet med pannan, välj lämpligt schema och instruktioner om hur man gör en vätgasgenerator för uppvärmning av ett privat hus.

En hemmagjord enhet kommer endast att vara effektiv om:

• tillräcklig yta av plattelektroder;
• korrekt val av material för tillverkning av elektroder;
• högkvalitativ elektrolysvätska.

Vilken storlek bör vara den enhet som genererar väte i tillräckliga mängder för att värma upp huset, du måste bestämma "med ögat" (baserat på någon annans erfarenhet), eller genom att montera en liten installation till att börja med. Det andra alternativet är mer praktiskt - det låter dig förstå om det är värt att spendera pengar och tid på att installera en fullfjädrad generator.

Sällsynta metaller används helst som elektroder, men det är för dyrt för en hemenhet. Det rekommenderas att välja rostfria stålplåtar, helst ferromagnetiska.

Vätgasgeneratordesign

Det finns vissa krav på vattenkvalitet. Det bör inte innehålla mekaniska föroreningar och tungmetaller. Generatorn fungerar så effektivt som möjligt på destillerat vatten, men för att minska byggkostnaden kan du begränsa dig till filter för att rena vattnet från onödiga föroreningar. För att den elektriska reaktionen ska fortskrida mer intensivt tillsätts natriumhydroxid till vattnet i förhållandet 1 matsked per 10 liter vatten.