Как сделать водородный генератор и котёл своими руками

Содержание
  1. Что такое водородная вода и как ее получить
  2. Принцип работы генератора
  3. Как принимать заряженную воду
  4. Польза и вред водородной воды
  5. Миф или реальность
  6. Водородная вода в домашних условиях
  7. Получение чистого водорода
  8. Электролизный водород
  9. Водород из сельскохозяйственных отходов
  10. Получение водорода концентрированием
  11. Конденсация под действием низких температур
  12. Способ адсорбции
  13. Получение водорода в лаборатории
  14. Получение водорода в промышленности
  15. Что представляет собой водородное отопление?
  16. Перспективы водорода как топлива для котла отопления
  17. Как работает котел отопления на водороде
  18. Компоненты водородного генератора
  19. Плюсы водородных котлов
  20. Минусы водородных котлов
  21. Особенности электролитического генератора водорода
  22. Что собой представляют водородные котлы отопления
  23. Устройство и принцип работы
  24. Требования установок к воде
  25. Для чего нужны и как применяются
  26. Экономичность и эффективность в сравнение с электрическими или газовыми аналогами
  27. Целесообразность использования водородных генераторов
  28. Водородное отопление в доме
  29. Реализация проекта своими руками
  30. Дополнения к водородному генератору
  31. Делаем простейший генератор водорода своими руками пошагово
  32. Критерии качества установки
  33. Стоимость водорода
  34. Есть ли выгода
  35. Возможно ли самостоятельное создание водородного генератора?

Что такое водородная вода и как ее получить

Неблагоприятные условия среды провоцируют выработку и накопление в организме активных форм кислорода – оксидантов.

Эти вещества повреждают клетки организма и в 90 % случаев приводят к развитию заболеваний. Чаще всего это ухудшение обменных процессов, раннее старение организма, болезни сердца и сосудов, обострение хронических патологий, онкология.

Насыщенная с помощью водородного генератора вода улучшает состояние организма, т. к. молекулярный водород:

  • легко и быстро проникает сквозь мембраны клеток, насыщая их полезными веществами;
  • избавляет от вредных оксидантов, практически не затрагивая полезные радикалы;
  • не синтезирует опасные продукты, а значит, безвреден и не имеет противопоказаний.

Принцип работы генератора

Получить водородную воду можно с помощью специального генератора – ионизатора воды. Методика основана на японской нано-технологии электролиза (водородный электролизер) с использованием протонообменной мембраны и твердого полимерного электролита. Простыми словами, аппарат разделяет воду на водород, обогащая им жидкость, и кислород, отводя его.

Водородный генератор можно назвать активатором живой и мертвой воды, каждая из которых по-своему полезна.

Водородный генератор делает воду отрицательно заряженной, щелочной (в связи с чем его еще называют щелочным ионизатором), с высоким уровнем водорода (живой). Живая вода обладает выраженным биостимулирующим эффектом: активизирует защитные силы организма, обогащает клетки антиоксидантами, тем самым замедляя старение, ускоряя обмен веществ. В комплексе с питанием и ионизацией воздуха, она буквально может остановить старение.

Или же при необходимости, наоборот, генератор делает воду кислой, с положительным зарядом и минимумом водорода (мертвой). Мертвая вода способна обеззараживать, повреждая клеточные стенки бактерий, снимать воспалительные явления, бороться с грибковыми поражениями, сглаживать аллергические реакции.

Как принимать заряженную воду

Принимать водородную воду можно не только при наличии болезни. В идеале рекомендуется полностью заменить выпиваемую воду на заряженную водородным генератором. Т. е. в среднем это составит 1,5–2 литра ежедневно.

Активатор воды является ультрасовременным решением – он портативен, имеет в комплекте бутылку для воды (к нему можно подсоединить и обычную пластиковую), можно носить с собой.

Генератор работает очень быстро – достаточно налить напиток, нажать кнопку, и через 2 минуты жидкость обогащена водородом. Если следом нажать кнопку повторно, то произойдет дополнительная активация, что еще лучше отразится на здоровье. Но есть и другие разновидности (стационарные, СПА-капсулы и т. д.).

Водородный генератор может использоваться не только для воды, но и для активации других напитков (кофе, чая, соков, вина, компотов).

Усилить целебные свойства активированной водородным генератором воды можно, настояв ее на травах (листьях малины, смородины, цветках липы, крапиве, полбе, ржи). Для этого холодную водородную воду наливают в стакан с желаемой травой, затем оставляют настаиваться в темном месте на 2 суток.

Если воду, заряженную водородным генератором, предварительно настоять на шунгите или кремнии, то эффект усилится.

Как настаивать воду на шунгите:

  • поместить шунгит в литровую емкость с водой (100 г камня на 1 л воды);
  • оставить на 3 дня (если камень обычный) или 3 часа (если благородный);
  • по истечении времени пол-литра перелить в другую емкость, остаток вылить;
  • настоянную воду дополнительно пропустить через водородный генератор.

Как настаивать воду на кремнии:

  • опустить кремний в воду;
  • накрыть емкость марлей;
  • оставить в светлом месте (но вдали от солнечных лучей) на 2–3 суток;
  • кремниевую воду дополнительно пропустить через водородный генератор.

Рецепт овсяного киселя, в котором можно обычную воду заменить водородной:

Польза и вред водородной воды

Человек ежедневно должен употреблять 1,5–2 литра чистой воды. Если вода для питья будет водородная, то польза заметно увеличивается.

Чем же полезна водородная вода, для чего ее нужно пить? Основные лечебные свойства:

  • детоксикация организма;
  • замедление процессов старения;
  • стимуляция иммунной защиты;
  • повышение выносливости организма, быстрое восстановление после спортивных нагрузок;
  • активация обмена веществ, в т. ч. ускорение похудения;
  • предотвращение воспалений;
  • снижение вредного холестерина в крови;
  • нормализация давления;
  • укрепление костно-мышечного аппарата;
  • улучшение состояния ногтей и волос;
  • сглаживание аллергических симптомов;
  • антипаразитарный эффект.

Вреда от заряженной водородным генератором воды обнаружено не было. Но важно иметь в виду, что для профилактики и лечения водородную воду нужно пить сразу после приготовления. В противном случае водород улетучится, и эффекты не будут проявляться в полной мере.

Усилить пользу водородной воды можно наружными способами применения – в форме масок, аппликаций, протираний кожи.

Мнение о водородной воде простыми словами:

Миф или реальность

В настоящее время на рынке представлено много бесполезных аппаратов, продуктов, БАДов по улучшению здоровья. В связи с чем можно усомниться, генератор водородной воды – не очередной ли это развод?

Согласно исследованиям японского ученого Хатана Гязуки, польза ежедневного употребления 1,5–2 литров водородной воды приравнивается к антиоксидантному эффекту от 516 яблок, 756 бананов, 38 морковок. А возможно ли столько фруктов-овощей съесть за один день?

По мнению врачей, вода, активированная водородным генератором, препятствует выживанию и размножению вирусов и бактерий. А значит, происходит профилактика инфекционных заболеваний.

Не стоит упускать из виду и психологическую сторону вопроса. Официальной медициной доказан эффект плацебо: когда человек полностью уверен в эффективности препарата (в данном случае, водородной воды), то положительные изменения не заставляют себя долго ждать. А касаемо воды, заряженной водородным генератором, имеются еще и подтверждения в формате научных исследований, проводимых на реальных людях.

Водородная вода в домашних условиях

Теоретически создать водородный генератор своими руками можно и в домашних условиях. Но для этого нужно обладать специальными знаниями, иметь соответствующее оборудование.

Есть два варианта:

  1. Сатурация – процесс обогащения воды молекулярным кислородом. По принципу производства газированных напитков.
  2. Электролизация – процесс пропускания тока через жидкую среду. Суть методики – в реакции воды с металлами.

Принцип работы домашнего генератора представлен на изображении:

Самый простой электролизер состоит из:

  • толстостенной емкости (реактора);
  • металлических электродов, подключенных к электросети;
  • водяного затвора;
  • газоотводной трубки;
  • горелки.

Как сделать водородный генератор:

  1. Погрузите металлические электроды в емкость с водой, подведите напряжение. Улучшит реакцию добавление в воду соли (или щелочи, или кислоты).
  2. Произойдет реакция, в результате которой возле катода (минуса) начнет выделяться водород, возле анода (плюса) – кислород.
  3. Газы смешиваются и поступают в трубку, по которой далее отправляются в водяной затвор (гидрозатвор). Назначение гидрозатвора – недопущение вспышки в реакторе, отделение водяного пара.
  4. Опасный газ из второй емкости передается на горелку, где перегорает. В результате образуется вода.

Создание водородного генератора на практике происходит так:

  1. Подготовьте все необходимое: 2 бутылки с широкими горлышками из стекла, крышки к ним, систему для капельницы, 20 саморезов, 2 плоские палочки из дерева, провода.
  2. Соедините деревянные палочки саморезами концами в разные стороны. Спаяйте головки саморезов и подведите к ним провода. Получатся импровизированные электроды.
  3. В продырявленную крышку от бутылки протяните трубку от капельницы и провода. Загерметизируйте клеевым пистолетом.
  4. Электроды поместите в емкость и закрутите крышку.
  5. Через 2 отверстия в другой крышке протяните трубки от капельницы. Налейте в бутылку воду, закрутите крышку.
  6. В реактор налейте воду с добавлением соли.
  7. Включите источник питания (постоянного тока, например, аккумулятор от авто, сетевой адаптер).
  8. Как только появились пузырьки, значит, реакция началась. Отрегулируйте напряжение. Подожгите выходящий газ.

Подробнее о том, как собственноручно сделать водородный генератор, смотрите на видео:

Но есть ли смысл озадачиваться самостоятельным созданием ионизатора воды своими руками, когда проще и дешевле купить готовый?

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.

Получение водорода концентрированием

Этот способ основан на выделении элемента из содержащих его газовых смесей. Так, наибольшая часть производимого в промышленных объемах вещества, извлекается с помощью паровой конверсии метана. Добытый в этом процессе, водород используют в энергетике, в нефтеочистительной, ракетостроительной индустрии, а также для производства азотных удобрений. Процесс получения H2 осуществляют разными способами:

  • короткоцикловым;
  • криогенным;
  • мембранным.

Последний способ считается наиболее эффективным и менее затратным.

Конденсация под действием низких температур

Эта методика получения H2 заключается в сильном охлаждении газовых соединений под давлением. В результате они трансформируются в двухфазную систему, которая впоследствии разделяется сепаратором на жидкое составляющее и газ. Для охлаждения применяют жидкие среды:

  • воду;
  • сжиженный этан или пропан;
  • жидкий аммиак.

Эта процедура не так проста, как кажется. Чисто разделить углеводородные газы за один раз не получится. Часть компонентов уйдет с газом, забираемым из сепарационного отсека, что не экономично. Решить проблему можно глубоким охлаждением сырья перед сепарацией. Но это требует больших энергозатрат.

В современных системах низкотемпературных конденсаторов дополнительно предусмотрены колонны деметанизации либо деэтанизации. Газовую фазу выводят с последней сепарационной ступени, а жидкость направляется в ректификационную колонну с потоком сырого газа после теплообмена.

Способ адсорбции

Во время адсорбции для выделения водорода используют адсорбенты – твердые вещества, поглощающие необходимые компоненты газовой смеси. В качестве адсорбентов применяют активированный уголь, силикатный гель, цеолиты. Для осуществления этого процесса применяют специальные аппараты – циклические адсорберы или молекулярные сита. При реализации под давлением этот метод позволяет извлекать 85-процентный водород.

Если сравнивать адсорбцию с низкотемпературной конденсацией, можно отметить меньшую материальную и эксплуатационную затратность процесса – в среднем, на 30 процентов. Методом адсорбции производят водород для энергетики и с применением растворителей. Такой способ допускает извлечение 90 процентов H2 из газовой смеси и получение конечного продукта с концентрацией водорода до 99,9%.

Получение водорода в лаборатории

В лабораториях водород получают уже известным вам способом, действуя кислотами на металлы: железо, цинк и др. Поместим на дно пробирки три гранулы цинка и прильем небольшой объем соляной кислоты. Там, где кислота соприкасается с цинком (на поверхности гранул), появляются пузырьки бесцветного газа, которые быстро поднимаются к поверхности раствора:

Атомы цинка замещают атомы водорода в молекулах кислоты, в результате чего образуется простое вещество водород Н2, пузырьки которого выделяются из раствора. Для получения водорода таким способом можно использовать не только хлороводородную кислоту и цинк, но и некоторые другие кислоты и металлы.

Соберем водород методом вытеснения воздуха, располагая пробирку вверх дном (объясните почему), или методом вытеснения воды и проверим его на чистоту. Пробирку с собранным водородом наклоняем к пламени спиртовки. Глухой хлопок свидетельствует о том, что водород чистый; «лающий» громкий звук взрыва говорит о загрязненности его примесью воздуха.

В химических лабораториях для получения относительно небольших объемов водорода обычно применяют способ разложения воды с помощью электрического тока:


Из уравнения процесса разложения следует, что из 2 моль воды образуются 2 моль водорода и 1 моль кислорода. Следовательно, и соотношение объемов этих газов также равно:

Получение водорода в промышленности

Очевидно, что при огромных объемах промышленного производства сырьем для получения водорода должны быть легкодоступные и дешевые вещества. Такими веществами являются природный газ (метан СН4) и вода. Запасы природного газа очень велики, а воды — практически неограниченны.

Самый дешевый способ получения водорода — разложение метана при нагревании:

Эту реакцию проводят при температуре около 1000 °С.

В промышленности водород также получают, пропуская водяные пары над раскаленным углем:

Существуют и другие промышленные способы получения водорода.

Что представляет собой водородное отопление?

Водород сегодня используют для самых разных нужд, в том числе и для отопления помещений. Современные технологии с каждым днем внедряются во многих сфера жизни человека. И обогрев водородом также является подобным полезным новшеством. Он уже заинтересовал многих потребителей на Западе, и сейчас набирает популярность в нашей стране.

На самом деле водород – это самое распространённое вещество во Вселенной, а значит – практически неисчерпаемый источник энергии. Однако по большей части он пока добывается из воды – эта технология является наименее затратной на сегодняшний день.

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.

Компоненты водородного генератора

Основными конструктивными составляющими простейшего водородного агрегата являются трубы и непосредственно котел. Часто никаких технических аксессуаров или дополнительных элементов и приспособлений больше не требуется.

Это касается и комплектующих, предназначенных для вывода продуктов горения. Ведь в результате функционирования генератора в атмосферу выделяется исключительно пар: водяной, чистый и совершенно безопасный.

Часто горелки такого типа имеют модульную конструкцию, в каждой части которой работает свой катализатор, что увеличивает общую эффективность работы системы.

Что касается труб для системы водородного отопления, то целесообразно применять те, диаметр которых находится в диапазоне от 1 до 1,25 дюймов. Допускаются некоторые отклонения, но чаще всего для обогрева дома используют конкретно эти. Важное правило, которым не следует пренебрегать при установке отопительных труб, – каждое предыдущее разветвление должно быть большим по диаметру, чем последующее.

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.

Особенности электролитического генератора водорода

Водородный генератор, основанный на принципе электролиза, выпускают чаще всего в контейнерном исполнении. Обязательным условием приобретения такого устройства для отопления считается наличие следующих документов: разрешение от Ростехнадзора, сертификаты (соответствия ГОСТР и гигиенический).

Электролитический генератор состоит из следующих элементов:

  • блока, включающего в себя трансформатор, выпрямитель, распределительные коробки и устройства, блок пополнения и деминерализации воды;
  • устройства для раздельного получения водорода и кислорода – электролизера;
  • системы анализа газа;
  • системы охлаждения жидкости;
  • системы, направленной на обнаружение возможной утечки водорода;
  • панели управления и автоматической системы контроля.

Для достижения максимально эффективного процесса электропроводности применяют капли щелока. Резервуар с ним пополняется по мере необходимости, но чаще всего это происходит примерно 1 раз в год.
Любые электролитические генераторы промышленного типа производятся на основании европейских норм экологии и безопасности.

Опытным путем доказано, что покупка водородного электролитического генератора намного выгоднее регулярного приобретения газа. Так, для производства 1 кубометра газа из водорода и кислорода требуется всего порядка 3,5 кВт электрической энергии, а также пол-литра деминерализованной воды.

Что собой представляют водородные котлы отопления

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

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.

1 – датчик уровня воды; 2 – заливной штуцер; 3 – датчик давления; 4 – патрубки залива электролизера (каналы подачи электролита в электролизер); 5 – патрубок выхода газа/воды из электролизера (канал отвода смеси газа и воды); 6 – патрубок выхода газа из емкости (канал сбора газообразной смеси водорода и кислорода); 7 – вентиль; 8 – водный затвор; 9 – клапан-пламегаситель; 10 – температурный датчик; 11 – электролизер; 12 – вода с добавлением гидроксида натрия (NaOH) (раствор электролита); 13 – блок широко импульсной модуляции для регулирования подаваемого напряжения 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

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.

Целесообразность использования водородных генераторов

Если сравнивать водородное отопление зданий, например, с регулярным приобретением газа, то первое окажется намного выгоднее. Так, для того, чтобы получить один кубический метр газа Брауна, вам понадобиться всего пол-литра деминерализованной воды и 3,5 киловатта электрической энергии. Но это еще далеко не все преимущества такого водородного агрегата.

Нельзя забывать о том, что водородные генераторы для отопления дома обладают такими достоинствами, как:

  • Высокий КПД – до 90 процентов, что находится на уровне новейшими бытовыми приборами для дома и производства.
  • Отсутствует необходимость в использовании открытого пламени.
  • Процесс основан на использовании химической реакции с участием катализаторов.
  • Подобные устройства абсолютно безвредны.
  • Используются источники практически неисчерпаемой энергии.
  • Снижается эксплуатация классических энергоресурсов, добыча которых связана с большими затратами.
  • Бесшумная работа.
  • Не требуется отдельный дымоход.

Но есть у таких систем и свои минусы, основные из которых:

  • Неправильное использование подобных агрегатов может привести к взрыву топлива в жилом здании.
  • На российском рынке пока немного водородных генераторов для отопления помещений, а потому не хватает и профессионалов для их монтажа и обслуживания.
  • Пока сложно сертифицировать приборы этого класса.

Водородное отопление в доме

Собрать генератор водорода для эффективного отопления дома – затея, может быть не фантастическая, но явно крайне нерентабельная. Для того чтобы получить необходимый объём водорода под домашнюю котельную, потребуется не только мощная электролизная установка, но также значительный объём электрической энергии.

Компенсация затраченного электричества полученным в домашних условиях водородом видится процессом нерациональным.

Реально действующий водородный генератор домашнего назначения. Единственное, что огорчает – это всего лишь экспериментальный вариант, способный разве что показать, как из искры возникает пламя

Тем не менее, попытки решить задачу, как сделать водородный генератор для дома своими руками, не прекращаются. С принципом работы и устройством одной из проверенных на практике моделей водородного котла ознакомит статья, с которой мы рекомендуем ознакомиться.

И вот пример одного из пыточных вариантов:

  1. Подготавливается герметичная надёжная ёмкость.
  2. Делаются трубчатые или пластинчатые электроды.
  3. Собирается схема управления рабочим напряжением и током.
  4. Делаются дополнительные модули для рабочей станции.
  5. Подбираются аксессуары (шланги, провода, крепёж).

Естественно, потребуется инструментальный набор, включая специальное оборудование, например, осциллограф и частотомер. Укомплектовавшись всем необходимым, можно приступать непосредственно к изготовлению водородной отопительной установки для дома.

Реализация проекта своими руками

Изначально потребуется сделать ячейку генерации водорода. Топливная ячейка имеет габаритные размеры чуть меньше внутренних размеров длины и ширины корпуса генератора. По высоте размер блока с электродами составляет 2/3 высоты основного корпуса.

Ячейку можно сделать из текстолита или оргстекла (толщина стенки 5-7 мм). Для этого нарезаются по размерам пять текстолитовых пластин. Из них склеивается (эпоксидным клеем) прямоугольник, нижняя часть которого остаётся открытой.

Примерно такие пластины из органического стекла образуют корпус топливной ячейки водородного генератора. Правда, здесь показан несколько иной вариант инженерной мысли – под сборку и скрепление винтами

На верхней стороне прямоугольника высверливаются нужное количество мелких отверстий под хвостовики электродных пластин, одно мелкое отверстие для датчика уровня, плюс одно отверстие диаметром 10-15 мм для выхода водорода.

Внутри прямоугольника размещаются платины электродов, контактные хвостовики которых выводят через отверстия верхней пластины за пределы ячейки. Устанавливается датчик уровня воды на отметке 80% заполнения ячейки. Все переходы в текстолитовой пластине (кроме выхода водорода) заливают эпоксидным клеем.

Особенность конструкции модулей изображенного на фото генератора – цилиндрическая форма исполнения. Также по-иному исполнены электроды этого миниатюрного источника энергии

Отверстие выхода водорода нужно оснастить штуцером – закрепить его механически, применяя уплотнение или же вклеить. Собранная ячейка генерации водорода размещается внутри главного корпуса устройства и по верхнему периметру тщательно герметизируется (опять же можно применить эпоксидную смолу).

Таким был выбран корпус генератора водорода для очередного экспериментального проекта. Привлекает простая идея, но вряд ли этот вариант подойдёт для мощной станции, предназначенной под нагрев помещений частного дома

Но перед тем как заложить ячейку внутрь, корпус генератора нужно подготовить:

  • сделать подвод для воды в области днища;
  • изготовить верхнюю крышку с крепежом;
  • подобрать надёжный уплотнительный материал;
  • разместить на крышке электрический клеммник;
  • разместить на крышке водородный коллектор.

В результате должен получиться частично готовый к действию водородный генератор после того, как:

  1. Топливная ячейка загружена в корпус.
  2. Электроды подключены на клеммнике крышки.
  3. Штуцер выхода водорода соединён с водородным коллектором.
  4. Крышка установлена на корпус через уплотнитель и закреплена.

Останется только подключить воду и дополнительные модули.

Дополнения к водородному генератору

Самодельное устройство для получения водорода необходимо дополнить вспомогательными модулями. Например, модулем подачи воды, который функционально объединяется с датчиком уровня, установленным внутри генератора.

В простом виде такой модуль представлен водяным насосом и контроллером управления. Насос управляется контроллером по сигналу датчика, в зависимости от уровня воды внутри топливной ячейки.

Дополнительные конструктивные элементы, которые требуется включать в конструкцию любой водородной станции и даже экспериментальной. Без устройств автоматики, контроля и защиты водородный генератор эксплуатировать нельзя

По сути, желательно также иметь устройство, регулирующее частоту электрического тока и уровень напряжения, подаваемых на клеммы рабочих электродов топливной ячейки. Как минимум, электрический модуль должен оснащаться стабилизатором напряжения и защитой от перегрузки по току.

Водородный коллектор, в простейшем его виде, выглядит как трубка, где размещается вентиль, манометр, обратный клапан. От коллектора забор водорода осуществляется через обратный клапан и фактически уже может подаваться к потребителю.

Водородный коллектор и манометрический измерительный прибор – неотъемлемые детали водородной установки, благодаря которым обеспечивается распределение газа и контроль давления

Но на практике всё несколько сложнее. Водород – взрывоопасный газ, имеющий высокую температуру сгорания. Поэтому просто взять и закачать водород в систему отопительного котла в качестве топлива – так сделать не получится.

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

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.

Критерии качества установки

Собрать качественную эффективную и продуктивную установку в домашних условиях крайне сложно. К примеру, если даже взять в расчёт такой критерий, как металл, из которого делаются электродные пластины или трубки, уже есть риск столкнуться с проблемами.

Долговечность электродов зависит от вида металла и его свойств. Можно, конечно, использовать ту же самую нержавейку, но продолжительность жизни таких элементов будет недолгой.

Некая пародия электродных пластин для генератора водорода. Взяты пластины от обычного переменного конденсатора, которые сделаны из алюминия. Таких электродов хватит ровно на полчаса работы даже в составе малой экспериментальной системы

Существенную роль играют также монтажные размеры. Необходимы расчёты с высокой точностью по отношению к требуемой мощности, качеству воды и прочим параметрам.

Так, если величина зазора между рабочими электродами окажется вне расчётного значения, водородный генератор может не функционировать вовсе. В худшем случае мощность, на которую делался расчёт, окажется в несколько раз меньшей.

Даже сечение провода, соединяющего электроды с источником питания, имеет значение в устройстве генератора водорода. Правда, здесь дело касается безопасной эксплуатации устройства. Тем не менее, следует учитывать и эту деталь конструкции в домашнем исполнении.

Возвращаясь к безопасной эксплуатации системы, следует также не забывать о внедрении в конструкцию так называемого водяного затвора, препятствующего обратному движению газа.

Несмотря на довольно внушительное число разработок самодельных генераторов водорода, реально эффективного варианта пока нет. Все модели уступают заводскому оборудованию

Стоимость водорода

Стоимость водорода

Технологии получения водорода влияют на его себестоимость. Итак, себестоимость водорода за 1 кг по мере возрастания составляет:

  • 130 рублей — методом высокотемпературного электролиза на АЭС ;
  • 200 рублей — методом конверсии углеводорода;
  • 320 рублей — методом химической реакции (с АЭС);
  • 350 рублей — методом добычи из биомассы;
  • 420 рублей — методом электролиза;
  • 700 рублей — методом восстановления реагента.

Таким образом, очевидно, что самый дешёвый способ добычи водорода — первый, методом электролиза на АЭС при участии высоких температур. Дело в том, что на АЭС высокие температуры являются побочным производственным эффектом, на их получение не идёт дополнительных затрат. Однако пока ещё ни один из способов получения водорода в качестве топливной энергии не является полностью окупаемым. Ведь даже если купить саму недорогую и при этом эффективную установку, даже если не учитывать её высокую стоимость, всё равно на выделение водорода требуется электроэнергия. Используемое электричество вырабатывается на местных станциях и передаётся по проводам. При этом происходят неизбежные потери энергии.

Есть ли выгода

Выгодно ли дело?

Существует ложное представление, что отопление дома при помощи водородного топлива обходится чуть ли не в копейки. На самом деле, такую идею распространяют производители электролизеров и иных установок для получения водорода. Словом те, кому такое мнение выгодно. Они говорят, что стоит только один раз потратиться на приобретение этой чудо-машины, и живите себе дальше припеваючи и беззаботно. Однако так ли всё на самом деле?

Стоит лишь на минуту задуматься, чтобы понять, что в реальности дела обстоят не так радужно. Во-первых, сама установка очень дорогая. Даже если собирать агрегат самостоятельно, затраты на комплектующие обойдутся не так уж дёшево. То есть первоначальные затраты очень высоки, а перспективы окупаемости — туманны. Во-вторых, для работы электролизера необходима водопроводная вода, которая тоже не бесплатна. И в-третьих, необходимо учитывать затраты на электроэнергию в том случае, если генератор не работает на солнечных батареях.

Таким образом, выгоды в использовании водорода как топлива для хозяйственных нужд практически нет. Возможно, лишь спустя через десяток-два лет, когда технологии станут более совершенными, использовать водородное топливо будет выгоднее, чем существующие на данный момент альтернативные источники. Однако пока что такой метод обходится чуть ли не в 4 раза дороже. И это с учётом не самых высоких тарифов на элестроэнергию и воду. Даже если брать средние и минимальные значения для России и стран СНГ, стоимость получаемого топлива неоправданно высока. Поэтому использование данного способа отопления своего дома приглянётся разве что ярым защитникам природы, ведь водородные установки абсолютно экологичны.

Возможно ли самостоятельное создание водородного генератора?

Лучше не рисковать, т. к. подобный процесс связан не только с необходимостью знания тонкостей техники и химии, но также требует должного соблюдения правил безопасности. Зато монтаж оборудования своими руками возможен. Для этого достаточно соблюдать инструкцию и не допускать самодеятельности.

Обогрев любого дома должен обеспечивать не только комфортное проживание человека, но и экологическую чистоту окружающей среды. Это достигается за счет того, что после сгорания водорода не образуется никаких вредных соединений.

В западных странах отопление с помощью водородных генераторов получило широкое признание и экономическое обоснование. Если подобный метод приживется и в России – это значительно повысит эффективность обогрева с минимальными затратами на ресурсы.

Источники

  • https://VodorodGenerator.ru/
  • https://pechiexpert.ru/dobycha-vodoroda/
  • https://promzn.ru/drugoe-proizvodstvo/poluchenie-vodoroda.html
  • https://himi4ka.ru/arhiv-urokov/urok-26-poluchenie-vodoroda-i-ego-primenenie.html
  • https://seti.guru/vodorodnyj-generator-dlya-otopleniya
  • https://www.tproekt.com/vodorodnyj-kotel-otoplenia-aponcy-uze-10-let-tak-topat-domiki/
  • https://x-teplo.ru/otoplenie/oborudovanie/vodorodnyj-generator-dlya-chastnogo-doma.html
  • https://GradusPlus.com/kotly/gazovye/vodorodnye-kotly-otopleniya/
  • https://sovet-ingenera.com/eco-energy/bio-fuel/vodorodnyj-generator-svoimi-rukami.html
  • https://www.asutpp.ru/opisanie-i-princip-raboty-vodorodnogo-generatora.html

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: