Водород для отопления зданий — необоснованное решение

Издание Energy Monitor опубликовало любопытный материал по вопросу использования зелёного водорода для отопления зданий. Речь идёт о «прямом» использовании h3, то есть о замене отопительных устройств (котлов), работающих на природном газе, на водородные.

Подобные намерения и проекты автор статьи характеризует английской идиомой «to sell someone a pup» («продать щенка»), которая означает подмену, обман, ситуацию, когда под видом одного товара продаётся другой.

Задачи перехода к климатически нейтральному состоянию в европейских странах подразумевают, что в энергосистемах (почти) не будет места для природного газа. Поэтому газовая промышленность пытается продать идею, что можно заместить ископаемый газ водородом, используя существующую газовую распределительную инфраструктуру.

Соотвествующие пилотные проекты уже ведутся. Например, шотландская газораспределительная сеть SGN реализует проект по водородному отоплению 300 домов.

В его рамках гражданам предлагаются демонстрационные водородные устройства (бойлеры-нагреватели), и в Великобритании даже принят соответствующий стандарт, позволяющий использовать такие котлы.

Однако данное «простое» решение является чрезвычайно неэффективным.

Зелёный водород может играть важную роль в энергетическом переходе, у него множество конкретных применений, для которых мало альтернатив. h3 потребуется в больших количествах для декарбонизации промышленности и транспортного сектора, например, химического производства и судоходства. Кроме того, водород может использоваться для выработки электроэнергии в периоды, когда выработки из возобновляемых источников энергии недостаточно. Тем не менее, стоимость и потери эффективности, скорее всего, будут ограничивающими факторами, препятствующими широкому распространению этой опции.

Использование водорода для отопления зданий в больших масштабах проблематично по разным причинам.

Во-первых, производство «зеленого водорода» путем электролиза чрезвычайно расточительно по сравнению с использованием возобновляемой энергии непосредственно для работы тепловых насосов или электромобилей. Для обогрева дома водородом требуется примерно в пять раз больше энергии ветра или солнца, чем для обогрева того же дома с помощью эффективного теплового насоса. Для иллюстрации тезиса приводится следующий график: 

«Кажется маловероятным, что у Европы есть деньги и земля, чтобы построить в пять раз больше турбин и солнечных панелей, только для того, чтобы поддерживать в эксплуатации старые газовые магистрали», — отмечает автор.

Во-вторых, «зеленый» водород недешев и, как ожидается, будет стоить около 0,1 евро за киловатт-час (кВтч) в 2030 году в месте производства, согласно недавнему исследованию Международного энергетического агентства. На национальном уровне Комитет по изменению климата Великобритании представил очень похожие цифры. Они значительно превышают текущие цены на газ для жилых домов во многих европейских странах.

Перенаправление ограниченных поставок зеленого водорода в сектор недвижимости также приведет к увеличению стоимости водорода для ключевых отраслей, где он будет исключительно необходим.

Инновации и дальнейшее снижение стоимости возобновляемой электроэнергии, конечно приведут к снижению затрат на водород в будущем, но большая часть затрат на производство водорода путем электролиза — это стоимость входящей электроэнергии (80–86%), а не капитальные или эксплуатационные расходы. Это означает, что разница в стоимости с прямой электрификацией останется такой же.

Также отмечается, что преобразовать газовую сеть в водородную не так уж просто. Требуется замена существующих газовых счетчиков и горелок в бытовых приборах, а иногда и устройств целиком. Это колоссальная задача, как показали исследования по логистике перехода на водород.

Всё сказанное не означает, что водород неприменим для отопления. Гибридные тепловые насосы могут сыграть роль, используя небольшое количество водорода в качестве резерва во время длительных периодов холода. Водород также может играть роль в балансировании системы электроснабжения и таким образом косвенно поддерживать электрификацию теплоснабжения.

Однако, даже если водород станет доступным в больших количествах и по более низким ценам, чем ожидается, в ближайшее время он не будет играть большой роли в декарбонизации систем отопления. Centrica, старейшая в мире и крупнейшая газовая компания в Великобритании, недавно заявила, что «для использования водорода в домашних условиях, скорее всего, потребуется больше десяти лет, а затраты для потребителей пока неизвестны».

Автор считает, что нужно отказаться от этого «необоснованного» решения.

Я с ним солидарен. По моему убеждению, электрическое решение является однозначно предпочтительным. Дома с низким энергопотреблением (например, пассивные дома) в сочетании с теплоснабжением, основанным на электричестве (как при локальной, так и централизованной организации теплоснабжения) – это просто, надежно и энергетически эффективно. Водородный вариант отопления – это слишком сложно и дорого. Да, со временем к такому можно привыкнуть, и стоимость снизится, но в этом просто-напросто нет необходимости.

Например, в случае водородного «Дома будущего», который уже несколько лет заселён в Швейцарии, и который является полностью автономным, водород используется в качестве промежуточной субстанции, в которой сохраняется энергия. Но конечные потребители-жители получают в свои квартиры всё-таки готовые тепло и электричество, а не водород.

Вопрос использования водорода для отопления подробно исследовал немецкий институт Fraunhofer IEE и пришёл к аналогичным выводам.

Результаты исследования однозначны: водород не подходит для отопления зданий. Количество зеленой электроэнергии, необходимой для производства зеленого водорода для этой цели, на 500-600 процентов больше, чем количество, необходимое для питания эквивалентного количества тепловых насосов.

Уважаемые читатели!

Ваша поддержка очень важна для существования и развития RenEn, ведущего русскоязычного Интернет-сайта в области возобновляемых источников энергии.

Яндекс Кошелёк 

Карта Сбербанка: 4276 3801 2452 1241

Котел отопления на водороде: обзор лучших.

Водородный котел

Использование водорода в отоплении

В век технологий существует множество вариантов отопить свой дом. Однако любители самостоятельно создавать разные технические приспособления могут сделать отопление дома водородом своими руками. Это экологически чистый, в то же время, очень мощный источник тепла, благодаря которому можно отопить большое помещение.

Котел отопления на водороде итальянского производства

Водородное отопление дома было разработано одной из компаний в Италии. Когда такая установка работает, она не производит никаких вредных выбросов. Таким образом, это экологически чистое, эффективное, бесшумное отопление дома.

Ученые разработали способ сжигать водород для отопления дома при такой температуре, как 300 градусов по Цельсию. Благодаря этому появилась возможность производить котлы для отопления из традиционных материалов. Такого типа котлы для функционирования не требуют специальной системы отвода продуктов сгорания в атмосферу, так как здесь таковых продуктов нет. В данном случае выделяется только пар, не вредный для окружающей среды. А получить водород – это доступный процесс. Все, на что будут идти расходы, — это только электроэнергия. А если вы будете, используя водородный генератор для отопления, задействовать еще и солнечные панели, то и затраты на электричество можно минимизировать.

Чаще всего котел на водороде применяется для того чтобы обогревать полы. И такие системы на сегодняшний день можно найти с самой разной мощностью. Монтируются они собственноручно.

Водородная установка для отопления дома состоит из следующих компонентов: котел и трубы, имеющие диаметр 25-32 мм (1-1,25 дюймов). Трубы других размеров используются редко. Трубы можно смонтировать самостоятельно, но здесь следует выполнять одно условие – после каждого разветвления диаметр должен быть меньшим. И порядок уменьшения диаметра следующий – труба D32, труба D25. После разветвления – труба D20, последняя – труба D16. Когда такое правило соблюдается, то водородная горелка для отопления будет работать эффективно и качественно.

Принцип работы водородного отопления

Газ выделяет большой объем тепловой энергии, которая образуется при взаимодействии водородных и кислородных молекулярных соединений. Процесс требует много места, выделяет КПД более 80% и при обустройстве схемы необходимо позаботиться о большой емкости, в которой и будет происходить взаимодействие молекул с последующим выделением тепла.

Если хозяин просчитывает, как сделать водородное отопление дома, нужно знать, что при выходе из котла температура теплоносителя может достигать показателей +40 С. Таких параметров хватает для подачи тепла в помещения большого размера. По устройству котлы могут быть модульными, оснащенными катализатором в каждом канале выхода. Это свойство особенно удобно при формировании системы отопления на много лучей – каждый канал можно отрегулировать с подачей теплоносителя по индивидуальным параметрам температуры.

Получается, что если правильно рассчитать показатели, то при монтаже одного котла с водородным отоплением можно провести отопление по нескольким комнатам с учетом разных температурных показателей. Например, один вывод запускается на теплые полы, второй – к трубопроводу под потолок, третий – запускается в гостиную и так далее.

Совет! Чтобы снизить расходы, можно оборудовать обогрев на солнечных батареях, коллекторах, поставить водородный генератор для отопления частного дома. В этом случае затраты на обслуживание потребуются минимальные, регулярных расходов практически не будет.

Преимущества и недостатки

Профессионалы выделяют следующие достоинства отопления на водороде:

1. Нет огня. Тепловая энергия вырабатывается в процессе протекания химической реакции, где не требуется горения любого вида топлива.
2. Постоянство температурных показателей. Теплоноситель поддерживается в нагретом до +40 С состоянии на всем протяжении времени, пока котел запущен в эксплуатацию.
3. Универсальность применения. Нет никаких ограничений для формирования системы в любых строениях.
4. Практичность. Невысокая температура теплоносителя гарантирует отсутствие ожогов, а смонтировать схему отопления сможет домашний мастер с минимальными навыками владения инструментом.
5. Экологичность. В процессе работы прибор не выделяет вредных газов, продуктов сгорания, частиц отработки и шлака. Котел выделяет нейтральный газ, не загрязняющий атмосферу.

Окупается схема через 3-3,5 года, при условии применения в качестве постоянного и основного источника тепла. Единственной альтернативой может стать газовое отопление, но при всей дешевизне топлива, подключение к магистрали не всегда возможно.

К минусам относят высокую взрывоопасность водорода, поэтому важно обеспечить все степени безопасности при использовании сырья и транспортировку топлива только в низкотемпературных режимах. Именно из-за сложностей в подвозе водорода такая схема отопления применяется сегодня достаточно редко.

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 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, h3ydroGEM — котел отопления на водороде итальянского производства giacomini – укомплектован горелкой температурой пламени  до 300 градусов Цельсия.

Составные части водородной установки

Устройство системы для отопления, функционирующей на водороде, достаточно проста.

Котел, играющий роль теплообменника, – это основной элемент, где происходит выработка водорода.

Котел, функционирующий на водороде, можно собрать из доступных элементов, а для его работы необходима лишь обычная или дистиллированная вода (+)

Элетролизер – главная действующая часть котла, где происходит электролитическая реакция, приводящая к распаду воды на h3 и О2. Элемент представляет собой резервуар, наполненный водой, в который помещаются металлические электроды, обладающие максимальной проводимостью тока.

К пластинкам подсоединены провода, по которым осуществляется подача электричества.

Горелка – приспособление, способствующее разогреву теплоносителя в отопительной системе. Находится в топочной камере, для ее разжигания подается искра.

Клапан горелки – специальная деталь, находящаяся в верхней части устройства. Благодаря этой детали h3, поднявшийся наверх, легко преодолевает барьер, недоступный другим выделившимся веществам, и поступает непосредственно в горелку.

В заводских водородных котлах предусмотрен блок управления. На панели отображаются показатели напряжения и тока, регулятор мощности и рычаги настройки других параметров работы

Трубопровод – коммуникации, которые отходят от агрегата и используются для подачи тепла во все помещения дома. Для обвязки используют трубы отопления диаметром диаметром 25-32 мм. При прокладке соблюдают основополагающее правило: диаметр каждого следующего разветвления должен быть меньше, чем у предыдущего.

Критерии выбора генераторов

При решении приобрести подобную технику, важно обращать внимание на следующие критерии.

Мощность. У современных приборов величина этого показателя может значительно варьироваться, что позволяет выбрать оптимальный вариант как для небольшого дома, так и для двух-, трехэтажного строения.

Средний расход воды в современных моделях генератора не слишком велик. В течение 24 часов для функционирования прибора понадобится примерно 5,5 литров, за счет которых генерируется 1,2-2 литров топлива

Число контуров. На приборах, функционирующих на водороде, обычно устанавливается отопительный контур. В некоторых моделях предусмотрен также дополнительный монтаж второго (нагревательного) контура.

Уровень потребления электроэнергии. Технологии сегодняшнего дня позволяют добиться отличной производительности тепла при использовании минимума электричества. Энергопотребление различных видов генераторов варьируется от 1,2 до 3 кВт за 1 час.

Низкий расход электроэнергии достигается благодаря тому, что водородный котел работает не беспрерывно, а лишь для поддержания определенной температуры в помещении.

Источник питания. Все разновидности водородных генераторов можно разделить на две большие категории: одна работает от газа, другая – от электричества.

Производитель. Лучше предпочесть проверенных производителей (Италия, США). Стоит опасаться некачественной продукции, предлагаемой сомнительными предприятиями по крайне низким ценам.

Советы по эксплуатации котла

Для улучшения функционала агрегата важно придерживаться прилагаемой инструкции. Усовершенствовать работу прибора можно, добавив дополнительные детали (при этом следует строго соблюдать правила безопасности).

Установленный на горелке датчик пламени повышает безопасность системы. При затухании огня устройство в автоматическом режиме перекрывает поступление горючего газа в горелку, тем самым препятствуя его попаданию в помещение

Можно вмонтировать во внутреннюю часть теплообменника специальные датчики, позволяющие отслеживать повышение показателей нагрева воды, а также дополнить конструкцию горелки запорной арматурой.

Достаточно подключить ее непосредственно к датчику температуры, чтобы котел автоматически выключался, как только нагрев достигнет заданного показателя.

Полезно также установить устройство нормированного охлаждения котла.

Устройства на водороде могут применяться не только как единственное отопительное оборудование в доме, но и совмещаться с другими системами нагрева. Основные теплоустановки в этом случае могут работать в низкотемпературном режиме.

В случае соблюдения норм эксплуатации агрегат, работающий на водороде, послужит не один десяток лет. Хотя гарантийный срок подобных устройств составляет 15 лет, на практике они могут качественно работать на протяжении 20-30 лет.

Починка подобных аппаратов не составит труда опытному мастеру, поскольку принципиальная схема котла на водороде не слишком отличается от аналогов, работающих на иных видах топлива.

Что необходимо для изготовления топливной ячейки дома

Приступая к изготовлению водородной топливной ячейки, надо обязательно изучить теорию процесса образования гремучего газа. Это даст понимание происходящего в генераторе, поможет при настройке и эксплуатации оборудования. Кроме того, придётся запастись необходимыми материалами, большинство из которых будет нетрудно найти в торговой сети. Что же касается чертежей и инструкций, то мы постараемся раскрыть эти вопросы в полном объёме.

Проектирование водородного генератора: схемы и чертежи

Самодельная установка для получения газа Брауна состоит из реактора с установленными электродами, ШИМ-генератора для их питания, водяного затвора и соединительных проводов и шлангов. В настоящее время существует несколько схем электролизёров, использующих в качестве электродов пластины или трубки. Кроме того, в Сети можно найти и установку так называемого сухого электролиза. В отличие от традиционной конструкции, в таком аппарате не пластины устанавливаются в ёмкость с водой, а жидкость подаётся в зазор между плоскими электродами. Отказ от традиционной схемы позволяет значительно уменьшить габариты топливной ячейки.

Электрическая схема ШИМ-регулятора

Схема единичной пары электродов, используемых в топливной ячейке Мейера

Схема ячейки Мейера

Электрическая схема ШИМ-регулятора

Чертёж топливной ячейки

Чертёж топливной ячейки

Электрическая схема ШИМ-регулятора

В работе можно использовать чертежи и схемы рабочих электролизёров, которые можно адаптировать под собственные условия.

Выбор материалов для строительства генератора водорода

Для изготовления топливной ячейки практически никаких специфичных материалов не требуется. Единственное, с чем могут возникнуть сложности, так это электроды. Итак, что надо подготовить перед началом работы.

1. Если выбранная вами конструкция представляет собой генератор «мокрого» типа, то понадобится герметичная ёмкость для воды, которая одновременно будет служить и корпусом реактора. Можно взять любой подходящий контейнер, главное требование — достаточная прочность и газонепроницаемость. Разумеется, при использовании в качестве электродов металлических пластин лучше использовать прямоугольную конструкцию, к примеру, тщательно загерметизированный корпус от автомобильного аккумулятора старого образца (чёрного цвета). Если же для получения HHO будут применяться трубки, то подойдёт и вместительная ёмкость от бытового фильтра для очистки воды. Самым же лучшим вариантом будет изготовление корпуса генератора из нержавеющей стали, например, марки 304 SSL.

   Электродная сборка для водородного генератора «мокрого» типа

   При выборе «сухой» топливной ячейки понадобится лист оргстекла или другого прозрачного пластика толщиной до 10 мм и уплотнительные кольца из технического силикона.

2. Трубки или пластины из «нержавейки». Конечно, можно взять и обычный «чёрный» металл, однако в процессе работы электролизёра простое углеродистое железо быстро корродирует и электроды придётся часто менять. Применение же высокоуглеродистого металла, легированного хромом, даст генератору возможность работать длительное время. Умельцы, занимающиеся вопросом изготовления топливных ячеек, длительное время занимались подбором материала для электродов и остановились на нержавеющей стали марки 316 L. К слову, если в конструкции будут использоваться трубки из этого сплава, то их диаметр надо подобрать таким образом, чтобы при установке одной детали в другую между ними был зазор не более 1 мм. Для перфекционистов приводим точные размеры:
   — диаметр внешней трубки — 25.317 мм;
   — диаметр внутренней трубки зависит от толщины внешней. В любом случае он должен обеспечивать зазор между этими элементами равный 0.67 мм.
   

   От того, насколько точно будут подобраны параметры деталей водородного генератора, зависит его производительность

3. ШИМ-генератор. Правильно собранная электрическая схема позволит в нужных пределах регулировать частоту тока, а это напрямую связано с возникновением резонансных явлений. Другими словами, чтобы началось выделение водорода, надо будет подобрать параметры питающего напряжения, поэтому сборке ШИМ-генератора уделяют особое внимание. Если вы хорошо знакомы с паяльником и сможете отличить транзистор от диода, то электрическую часть можно изготовить самостоятельно. В противном случае можно обратиться к знакомому электронщику или заказать изготовление импульсного источника питания в мастерской по ремонту электронных устройств.
   

   Импульсный блок питания, предназначенный для подключения к топливной ячейке, можно купить в Сети. Их изготовлением занимаются небольшие частные компании в нашей стране и за рубежом.

4. Электрические провода для подключения. Достаточно будет проводников сечением 2 кв. мм.
5. Бабблер. Этим причудливым названием умельцы обозвали самый обычный водяной затвор. Для него можно использовать любую герметичную ёмкость. В идеале она должна быть оборудована плотно закрывающейся крышкой, которая при возгорании газа внутри будет мгновенно сорвана. Кроме того, рекомендуется между электролизёром и бабблером устанавливать отсекатель, который будет препятствовать возвращению HHO в ячейку.
   

   Конструкция бабблера

6. Шланги и фитинги. Для подключения генератора HHO понадобятся прозрачная пластиковая трубка, подводящий и отводящий фитинг и хомуты.
7. Гайки, болты и шпильки. Они понадобятся для крепления частей электролизёра между собой.
8. Катализатор реакции. Для того чтобы процесс образования HHO шёл интенсивнее, в реактор добавляют гидроксид калия KOH. Это вещество можно без проблем купить в Сети. На первое время будет достаточно не более 1 кг порошка.
9. Автомобильный силикон или другой герметик.

Заметим, что полированные трубки использовать не рекомендуется. Наоборот, специалисты рекомендуют обработать детали наждачной бумагой для получения матовой поверхности. В дальнейшем это будет способствовать увеличению производительности установки.

Инструменты, которые потребуются в процессе работы

Прежде чем приступить к постройке топливной ячейки, подготовьте такие инструменты:

• ножовку по металлу;
• дрель с набором свёрл;
• набор гаечных ключей;
• плоская и шлицевая отвёртки;
• угловая шлифмашина («болгарка») с установленным кругом для резки металла;
• мультиметр и расходомер;
• линейка;
• маркер.

Кроме того, если вы будете самостоятельно заниматься постройкой ШИМ-генератора, то для его наладки потребуется осциллограф и частотомер. В рамках данной статьи мы этот вопрос поднимать не будем, поскольку изготовление и настройка импульсного блока питания лучше всего рассматривается специалистами на профильных форумах.

Техника безопасности и особенности эксплуатации

Отопительный котел на водороде нужно правильно эксплуатировать.

В ходе его использования придерживайтесь следующих правил:

• Нельзя самостоятельно модернизировать и переделывать водородное нагревательное оборудование. Это повышает вероятность утечки водорода. При его взаимодействии с воздухом создается взрывоопасная ситуация.
• Установите внутри теплообменника датчики температуры. Это позволит контролировать степень нагрева воды. Периодически проверяйте температуру, не допускайте перегревания теплоносителя.
• Не эксплуатируйте отопительное оборудование в режимах и условиях, которые не предусмотрены производителем. Это может привести к нежелательной цепной реакции.
• На горелочное устройство установите запорную арматуру и подключите ее к температурному датчику. Это позволит при необходимости обеспечивать охлаждение котла.
• Если давление газа в камере сгорания критически повышается, то нужно выяснить причину такого повышения, принять меры для стабилизации работы.
• Следите за подачей воды, периодически меняйте электролитный раствор.

Важно! При правильной и бережной эксплуатации водородное нагревательное оборудование прослужит до 30 лет, вдвое превысив гарантийный срок.

Выводы и полезное видео по теме

На представленном ниже видеоролике вы увидите обзор модели газового котла, работающего на водородном топливе, произведенного известной корейской компанией DAEWOO.

Водород не без основания называют топливом будущего: этот газ может стать практически безграничным ресурсом дешевого экологически чистого горючего, которое можно использовать в разных установках.

Котел на водородном топливе, изготовленный в заводских условиях или самостоятельно, позволит создать автономную отопительную систему. Это поможет значительно сократить платежи в ЖКХ, решит вопрос о поддержании комфортной температуры в жилых комнатах и подсобных помещениях.

Источники

• https://otoplenie-doma.org/otoplenie-na-vodorode.html
• https://dizain-vannoy.ru/sistema-otopleniya/sistemy-otopleniya/vodorodnoe-induktsionnoe/otoplenie-na-vodorode.html
• http://teplodom1.ru/domotopl/286-toplivo-iz-vody-samoe-deshevoe.html
• https://www.tproekt.com/vodorodnyj-kotel-otoplenia-aponcy-uze-10-let-tak-topat-domiki/
• https://sovet-ingenera.com/otoplenie/kotly/vodorodnyj-kotel-otopleniya. html
• https://aqua-rmnt.com/otoplenie/generator-vodoroda-dlya-sistemy-otopleniya-sobiraem-dejstvuyushhuyu-ustanovku-svoimi-rukami.html
• https://dizain-vannoy.ru/sistema-otopleniya/oborudovanie/kotly/kotel-vodorodnyy.html

отопление частного дома водородом своими руками

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

Что такое водород и как он используется

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

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

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

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

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

Водородное отопление

Существует довольно большое количество отопительных систем, которые можно установить своими руками. Совсем недавно этот список пополнился еще одной схемой, которая использует экологически чистый и довольно мощный энергоноситель, позволяющий обогревать большие помещения – отоплением на водородном топливе. Основное участие в разработке водородной отопительной системы приняли итальянские разработчики. Процесс работы длился долгих семь лет, но взамен получилась экологически чистая, бесшумная и крайне эффективная система отопления жилых помещений.

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

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

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

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

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

При монтаже системы трубопровода необходимо соблюдать следующий алгоритм:

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

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

Преимущества отопления водородом

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

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

Заключение

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

Водородный генератор своими руками. Отопление дома водородом

Водородный генератор своими руками. Его ещё называют электролизёром, HHO генератором… А газ называют газом Брауна…

Из такой водородной установки можно сделать систему отопления. Вот лишь несколько таких установок, которые воплотили в жизнь:

Предлагаю вашему вниманию водородный генератор. Используется как сварочный аппарат для отопления дома, для авто.

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

В Нидерландах начали отапливать жилой дом водородом

Новости

21 апреля 2020, 10:52

В Нидерландах начали отапливать жилой дом водородом

В городе Розенбург (Нидерланды) для отопления жилого дома был введен в эксплуатацию бытовой котел на водороде.

Пилотное тестирование 100% водородного котла осуществляет BDR Thermea Group с июня 2019 в рамках проекта инициированного владельцем газовых сетей Stedin в партнерстве с муниципалитетом Роттердама и жилищным кооперативом Ресорт Вонн (Ressort Wonen).

Котел сжигает чистый водород, который производится с помощью ветровой или солнечной электроэнергии без выделения CO2. Принцип работы такой же, как и у котла, работающего на природном газе.

Водородный котел был установлен в котельной рядом с существующим обычным котлом на природном газе, и постоянно обеспечивает жителей достаточным теплом и горячей водой. Stedin использует существующий трубопровод для подачи водорода. В этом проекте сетевой оператор и его партнеры рассматривают всю цепочку будущей системы: производство водорода, распространения и перевод потребителей на водород с конечной целью обеспечения нулевых выбросов углерода.

Это первый реальный случай, когда чистый водород используется в качестве топлива для системы центрального отопления жилого дома.

В ноябре прошлого года BDR Thermea Group стала первой в Европе компанией, которая получила сертификацию на использование водородной смеси в бытовых котлах в Нидерландах. Компания участвует в британской программе Hy4Heat и активно изучает водородные экспериментальные проекты по всей Европе. В ближайшие два года будет установлено более 400 водородных котлов.

Ранее ЭлектроВести писали, что исследовательская компания BloombergNEF (BNEF) опубликовала доклад «Перспективы водородной экономики» (Hydrogen Economy Outlook).

В нём утверждается, что до 2050 года в большинстве регионов мира водород может производиться с помощью солнечной и ветровой энергии по цене 0,8 до 1,6 долларов США за килограмм (см. график выше). Это примерно соответствует текущим ценам на природный газ в энергетическом эквиваленте ($6-12 за млн БТЕ). Стоимость может быть еще ниже в богатых возобновляемыми источниками энергии странах.

Читайте самые интересные истории ЭлектроВестей в Telegram и Viber

Электролизер для отопления дома — Система отопления

Система отопления имеет терморегуляторы, механизм управления тепла, крепежную систему, фиттинги, автоматические развоздушиватели, радиаторы, расширительный бачок, циркуляционные насосы котел отопления, провода или трубы. Любой элемент большою роль. Посему выбор частей монтажа нужно осуществлять технически правильно. Монтаж обогрева квартиры имеет различные элементы. На этой странице ресурса мы сможем определить для нужной дачи нужные части отопления.

Электролизер для отопления дома

Водород – один из источников отопления дома

В средневековье известным ученым Парацельсом в ходе опытов был замечен такой процесс, как выделение пузырьков воздуха при взаимодействии железа и серной кислоты. Однако это был не воздух, а водород. Это легкий газ, который не имеет ни цвета, ни запаха. А если он смешивается с кислородом, то газ является взрывоопасным. Сегодня отопление на водороде своими руками – это распространенное явление. Ведь водород можно получить в любом количестве, где есть вода и электричество.

Под действием электролиза молекулы воды делятся на кислород и водород. Последний обладает массой уникальных свойств. В жидком состоянии при температуре -250 градусов Цельсия это наиболее легкая жидкость, а в твердом состоянии – самое легкое вещество. Атомы водорода являются самыми маленькими. А при смешивании с атмосферным воздухом водород превращается в смесь, которая способна взорваться от даже самой маленькой искры.

В век технологий существует множество вариантов отопить свой дом. Однако любители самостоятельно создавать разные технические приспособления могут сделать отопление дома водородом своими руками. Это экологически чистый, в то же время, очень мощный источник тепла, благодаря которому можно отопить большое помещение.

Котел отопления на водороде итальянского производства

Водородное отопление дома было разработано одной из компаний в Италии. Когда такая установка работает, она не производит никаких вредных выбросов. Таким образом, это экологически чистое, эффективное, бесшумное отопление дома.

Ученые разработали способ сжигать водород для отопления дома при такой температуре, как 300 градусов по Цельсию. Благодаря этому появилась возможность производить котлы для отопления из традиционных материалов. Такого типа котлы для функционирования не требуют специальной системы отвода продуктов сгорания в атмосферу, так как здесь таковых продуктов нет. В данном случае выделяется только пар, не вредный для окружающей среды. А получить водород – это доступный процесс. Все, на что будут идти расходы, – это только электроэнергия. А если вы будете, используя водородный генератор для отопления, задействовать еще и солнечные панели, то и затраты на электричество можно минимизировать.

Чаще всего котел на водороде применяется для того чтобы обогревать полы. И такие системы на сегодняшний день можно найти с самой разной мощностью. Монтируются они собственноручно.

Водородная установка для отопления дома состоит из следующих компонентов: котел и трубы, имеющие диаметр 25-32 мм (1-1,25 дюймов). Трубы других размеров используются редко. Трубы можно смонтировать самостоятельно, но здесь следует выполнять одно условие – после каждого разветвления диаметр должен быть меньшим. И порядок уменьшения диаметра следующий – труба D32, труба D25. После разветвления – труба D20, последняя – труба D16. Когда такое правило соблюдается, то водородная горелка для отопления будет работать эффективно и качественно.

Водородное отопление имеет несколько важных достоинств, которые обусловливают распространенность системы:

• Это экологически чистые системы. И здесь единственным побочным продуктом, выбрасывающимся в атмосферу при работе, является вода в состоянии пара. Этот пар никоим образом не наносит вред окружающей среде.
• Водород в системе отопления функционирует без применения пламени. Тепло создается в результате каталитической реакции. Когда водород соединяется с кислородом, получается вода. При этом выделяется много тепловой энергии. Поток тепла температуры примерно 40 градусов идет в теплообменник. Для теплых полов – это идеальный температурный режим.
• Очень скоро водородное отопление своими руками сможет заменить традиционные системы, таким образом, освободив общество от добывания разного топлива – нефти, газа, угля и дров.

КПД, который вырабатывает отопление частного дома водородом, может достигнуть 96%.

Еще одним способом, в настоящее время довольно спорным, является применение газа Брауна для отопления. Газ брауна для отопления дома является химическим соединением, состоящим из двух атомов водорода и одного атома кислорода. При сгорании такого газа создается практически в 4 раза больше энергии.

Установка для получения газа Брауна

Источник: http://otoplenie-doma.org/otoplenie-na-vodorode.html

Электролизер для отопления дома

Прошли те времена, когда частный дом можно было обогреть одним-единственным способом — русской печью. Благо, в нашем современном мире, цивилизация добралась и до загородных домов. Теперь любой человек желает иметь свой дом, со всеми удобствами и комфортом. Усовершенствованные технологии и материалы дают возможность оборудовать отопление частного дома различными способами, а в качестве теплоносителя можно использовать — воду, пар, антифриз, а также газообразное вещество. Как видите, выбор очень большой. И изучив все плюсы и минусы данных систем, можно выбрать для себя наиболее подходящий вариант. Сейчас мы здесь обсудим, как можно использовать газ Брауна в системе отопления. В народе его еще обзывают: коричневым или зеленым газом, оксигидрогеном.

Немного углубимся в теорию, чтобы вам было понятно, что собой представляет — это газообразное вещество. Газ Брауна — это «гремучий» газ без цвета и запаха, состоящий из двух частей газообразного водорода и одной части кислорода. Химическая формула газа Брауна (ННО).

На сегодняшний день — отапливание дома водородом, это ноу-хау, которое хоть и не имеет масштабного использования, но уже успело завоевать и привлечь к себе пристальное внимание потребителей. В интернет сообществе активно дискутируют на тему, целесообразно ли использовать газ Брауна для систем отопления.

Дискуссии идут в нескольких направлениях:

1. С точки зрения безопасности — можно ли газ «гремучку» использовать и при этом не произойдет никакого взрыва, так как водород славится своей взрывоопасностью.
2. Экономичность получения этого продукта — стоит ли он тех затрат, которые будут затрачены на получения этого газа.

Давайте разберемся, откуда этот газ появляется. Есть устройство обзываемое генератором газа Брауна — предназначен он для получения того самого газа, о котором так активно рассуждает интернет сообщество. Данное изобретение позволило снизить затраты на производство водорода и значительно уменьшить количество вредных выбросов. Под действием переменного тока, вода расщепляется на самостоятельные составляющие, на два атома водорода НН и атом О (кислорода). Если выражаться научным языком, то этот метод называется — электролизом воды, в результате чего получается газ с химической формулой ННО.

Для того чтобы расщепить воду методом электролиза необходимо затратить 442,4 килокалории на Моль. В итоге из одного литра воды получится — 1866,6 литров гремучего газа. При сгорании водорода, вступившим в реакцию с кислородом, энергии возвращается в 3,8 раза больше, чем было затрачено на его получение. Добывая водород таким способом, можно использовать его для энергообеспечения зданий и сооружений.

У многих сограждан наслышавшись о такой системе, возникают вопросы:

1. Возможно ли «гремучку» применить для отапливание дома?
2. Сколько выделяется при электролизе — газа Брауна?
3. Как будет происходить процесс горения?
4. Есть ли на Российском и Зарубежном рынке — готовое запатентованное устройство, которое будет преобразовывать воду в «гремучку»?
5. Конечно же, еще многих волнует вопрос — экономичность и безопасность такой системы.

Отопление домов газом Брауна на сегодняшний момент, в силу своей новизны, еще не приобрело широкого применения. Производители водородных котлов, только начинают набирать свои обороты в изготовлении и поставках их на Российский и Западный рынки.

На сегодняшний момент, генераторы газа Брауна, активно используются на рынке автолюбителей. Все мы знаем, что топливо в двигателе внутреннего сгорания сгорает не эффективно. В двигателе авто сгорает лишь 40% топлива, а остальные 60%, можно сказать, улетают в воздух. Эта система дает сильный прирост мощности двигателя, что позволяет экономить бензин, а также снижает количество вредных выбросов в атмосферу, что благоприятно сказывается на нашей экологии. К сожалению, на сегодняшний день водородные генераторы, практически, можно использовать только для автомобилей. Для системы отопления, промышленные выпускаемые генераторы, использовать нельзя. Они для этого еще плохо приспособлены и не до конца разработаны. Да еще выбор в магазинах очень скуден и невелик.

Но откуда тогда пошел слух, что газ Брауна можно использовать для отопления. А это непросто слух, а уже доказанный факт, как многие наши сограждане устанавливают самодельные генераторы газа Брауна, у себя в частных домах, в гаражных кооперативах.

Всеобщий интерес к генераторам газа Брауна, продолжает набирать обороты. Существует большое количество людей, которые планируют или уже собирают своими руками водородные генераторы для котла. Цена на них, мягко говоря, слегка завышена, коэффициент полезного действия (КПД) редко превышает 50% и никогда не превышает даже 90%. На сегодняшний день есть только одно верное решение. Этот генератор необходимо будет сделать самому, для того, чтобы он работал эффективно. с КПД более единицы.

Потребители, которые уже опробовали такую систему для отапливания своих домов. отмечают положительную динамику при использовании данной системы.

Генератор газа Брауна можно собрать несколькими способами. Для того чтобы собрать такую установку в домашних условиях, необходимо приобрести некоторые комплектующие.

Емкость для дистиллированной воды. Вода будет подаваться в герметичную конструкцию с диэлектриком, где располагается комплект собранных нержавеющих пластин, примыкающих друг к другу через изолятор. На нержавеющие пластины должно поступать напряжение 12 Вольт, при таком напряжении происходит распад воды на газы. Но наиболее результативный способ — это подача переменного тока с определенной частотой от ШИМ генератора, где вместо постоянного тока используется переменный или импульсный ток, при этом эффективность установки резко возрастет.

Комплектующие приобретены, теперь начинаем все это собирать.

Для этого нам понадобятся: ​​

• нержавеющие трубки разных диаметров или листовой нержавеющий металл;
• шим регулятор с мощностью не меньше 30 А;
• емкость для размещения этой конструкции;
• для питания, необходим источник — 12 Вольт.

На Шим подается напряжение, регулятор образует напряжение с необходимой частотой. От того какая будет частота, зависит плодотворность выработки газа. Затем напряжение подается на нержавеющие трубки или пластины, в которых находится вода. В них, под действием тока, выделяется «гремучка». Далее она поступает по гибким трубкам в емкость осушителя. А уже из осушителя, газ подается в контур подачи воздуха.

Такую установку можно применять для отапливания: гаражных кооперативов, загородных домов, все зависит от полета вашей фантазии. Чтобы применить данную установку для отапливания дома, нужно переделать твердотопливный котел или газовый, под газ Брауна. Если вы все-таки надумаете собирать и активно использовать данную самодельную установку, то вы получите дешевое топливо. И экологически чистый продукт, который не загрязняет воздух. При сборке генератора газа Брауна, у вас будут возникать вопросы. Здесь мы ответим на наиболее часто задаваемые вопросы.

Какую воду использовать, обычную водопроводную или дистиллированную?

Можно использовать водопроводную воду, если в ней нет тяжелых металлов или дистиллированную. Но лучший эффект достигается при использовании раствора гидроксида натрия, добавленного в дистиллированную воду. Необходимо соблюсти пропорцию, на десять литров воды нужно добавить одну столовую ложку гидроксида натрия и тщательно размешать.

Какой металл использовать?

В разных пособиях и руководствах, пишут о том, что необходимо использовать только редкие металлы.

Вас вводят в заблуждение. Можно использовать любую нержавеющую сталь. Самые хорошие результаты при работе со сталью, показала ферромагнитная сталь, которая не притягивает частицы ненужного мусора. Еще один важный момент, главное, при выборе металла, отдать предпочтение нержавеющей стали, и чтобы она не была подвержена окислению.

Насколько долговечны пластины электродов?

Менять пластины на новые нет надобности, так как при работе они совсем не разрушаются.

Что нужно сделать, чтобы подготовить пластины для электродов? И как правильно это сделать?

В первую очередь, перед сборкой пластин их необходимо очень тщательно промыть в мыльном растворе, а потом обработать их поверхность спиртосодержащим веществом (водкой или спиртом). Электролизер некоторое время необходимо «погонять», периодически заменяя грязную воду, на чистую. Продолжаем до тех пор, пока вода не вымоет всю грязь. Если вода будет достаточно чистая, то установка нагреваться не будет.

Если вы собрали электролизер правильно, то при его использовании вода и пластины нагреваться не будут. Важно не перегревать электролизер выше 65 градусов. Если температура поднимется выше указанной температуры, то к пластинам пристанет грязь, металлы с минералами. И их придется удалять при помощи наждачной бумаги или заменять их на новые.

Источник: http://teplo.guru/sistemy/otoplenie-gazom-brauna.html

Так же интересуются

29 апреля 2021 года

Зелёный водород заменит природный газ в трёх сотнях домов Шотландии

Власти Великобритании продолжают осуществлять масштабные эксперименты по переводу жизни и экономики на «зелёные» рельсы. Один из таких экспериментов готовится в Шотландии. Около 300 домов будут переведены на отопление, подогрев воды и готовку пищи с использованием экологически добытого водорода вместо природного газа. Утверждается, что аналогов этому опыту сегодня нет нигде в мире.

Ремонт котла на природном газе. Источник изображения: ronstik/Alamy

Согласно проекту, около 300 домов в округе Файф, Шотландия, бесплатно будут оснащены водородными топливными котлами, бойлерами и кухонными принадлежностями. Переоборудование домохозяйств на экологически чистое топливо будет завершено к концу 2022 года. Плата за водород взиматься не будет.

Эксперимент будет продолжаться в течение примерно четырёх лет и должен либо доказать правильность перевода отопления на водород, либо его опровергнуть. Успех на этом первом этапе позволит расширить опытную эксплуатацию водородных энергоносителей до 1000 или более домохозяйств. В Великобритании 85 % домохозяйств для отопления используют газовые котлы, поэтому данный вид оборудования оставляет в углеродном следе острова значительный отпечаток.

Подчеркнём, в опыте в Шотландии будут использовать водород, добытый с помощью возобновляемой энергетики. Это так называемый зелёный водород. Добытый с помощью угля и природного газа водород называют серым, а с помощью электричества с АЭС — синим.

На эксперимент в Файфе офис британского регулятора рынка газа и электричества, Ofgem, выделит компании SGN 18 млн фунтов стерлингов ($24 млн). Правительство Шотландии поддержит проект грантом в размере 6,9 млн фунтов стерлингов ($9,2 млн). Ещё один грант на сумму 12,7 млн фунтов стерлингов ($16,9 млн) будет предоставлен компании National Grid для проверки безопасной транспортировки газообразного водорода по старым газовым распределительным сетям по стране. Предусмотрено также финансирование ряда других инновационных проектов, например, по улучшению пропускной способности ЛЭП, подстанций и совершенствования механизмов распределения электричества.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Проект отопления домов с использованием возобновляемого водорода получил зеленый свет

Идея проекта в Шотландии заключается в использовании водорода для приготовления пищи и отопления.

Фотограф, Basak Gurbuz Derman | Момент | Getty Images

Достаточно взглянуть на постоянно увеличивающееся количество технологий в наших домах, чтобы понять, что здания, в которых мы живем, меняются.

От телевизоров с голосовым управлением до духовок, которыми можно управлять с помощью мобильного телефона, — эти комплекты представляют собой кардинальные изменения в бытовой технике, обусловленные инновациями.

По мере роста озабоченности по поводу окружающей среды и изменения климата способы обогрева наших домов также могут оказаться на пике значительного изменения, поскольку водород потенциально играет важную роль в некоторых частях мира.

В Великобритании, например, премьер-министр Борис Джонсон в прошлом месяце обнародовал подробности плана из 10 пунктов так называемой «зеленой промышленной революции».

Этот план включает в себя цель развития города, «полностью отапливаемого водородом» к концу этого десятилетия.

В понедельник идея отопления домов водородом получила еще один удар. Ofgem, регулирующий орган Великобритании в области энергетики, объявил, что выделит до 18 миллионов фунтов стерлингов (24,12 миллиона долларов) на финансирование шотландской схемы, основанной на использовании водорода для отопления домов.

Еще 6,9 миллиона фунтов стерлингов инвестиций в проект, известный как h200 Fife, поступят от правительства Шотландии.

В заявлении SGN, фирмы, ответственной за газовую сеть в Шотландии и на юге Англии, говорится, что начнется работа по поставке того, что она описала как «100% -ная демонстрационная сеть на водороде … которая обеспечит безуглеродное отопление. и приготовление пищи примерно в 300 домах с конца 2022 года.«

Демонстрация, которую SGN называет« первой в мире », будет базироваться в Левенмуте, Файф, и будет использовать« зеленый водород », термин, который относится к водороду, производимому с использованием возобновляемых источников.

Для h200 Fife В соответствии с инициативой, морской ветер будет использоваться для питания электролизной установки, которая, в свою очередь, будет производить водород.

В заявлении, опубликованном в понедельник, министр энергетики Шотландии Пол Уилхаус описал проект как «важный шаг к пониманию наших вариантов декарбонизации для нагревать.«Это, — добавил он, -« поставит специально созданную непрерывную водородную систему ».

Описанный Международным энергетическим агентством как« универсальный энергоноситель », водород имеет широкий спектр применений и может быть использован в различных секторах. например, промышленность и транспорт. Примеры его использования в последнем включают поезда, самолеты, автомобили и автобусы, работающие на водородных топливных элементах.

Вдали от Великобритании он рассматривается как решающий фактор в стремлении Европейского Союза к декарбонизации. ЕС изложил планы по установке 40 гигаватт возобновляемых водородных электролизеров и производству до 10 миллионов метрических тонн возобновляемого водорода к 2030 году.

В настоящее время, однако, роль зеленого водорода в общем энергобалансе невелика, по данным Wood Mackenzie, на ее долю в 2020 году будет приходиться всего 0,1% мирового производства водорода.

Его производство также является дорогостоящим, хотя в отчете Wood Mackenzie, опубликованном в августе, говорится, что к 2040 году затраты могут снизиться на 64%.

Пора поговорить о водороде

За последние несколько десятилетий экологически чистые и возобновляемые источники энергии прошли долгий путь.Великобритания недавно испытала свой первый полный рабочий день электроэнергии без использования угля после промышленной революции, в то время как в мире 26% всей электроэнергии будет вырабатываться из возобновляемых источников к 2020 году.

Однако, в то время как производство электроэнергии с низким уровнем выбросов улучшается стремительно, системы отопления отстают. На отопление и охлаждение зданий и промышленную деятельность приходится почти половина всего спроса на энергию в ЕС, но декарбонизация системы отопления принесла незначительный прогресс.

Это, наконец, меняется, поскольку более чистое отопление продолжает обсуждаться и исследоваться. Одним из популярных предлагаемых решений является перевод отопительной сети с природного газа на водород. Это была ключевая тема разговора на недавнем мероприятии, организованном DNV GL. Семинар под названием «Разработка и эксплуатация безопасной водородной сети» собрал около 100 профессионалов из газораспределительных сетей и других заинтересованных сторон, чтобы обсудить потенциал водорода.

«Цель мероприятия и то, что мы делали, заключались в том, чтобы рассматривать водород как топливный газ, а также риски и последствия, которые он представляет», — говорит Гэри Томлин, руководитель отдела DNV GL в Spadeadam Testing and Research.

Но каковы риски и преимущества?

Более чистая система отопления

Основная причина, по которой водород рассматривается как альтернативное топливо, — его экологичность. При сжигании водород не производит выбросов CO ₂ , образуя только водяной пар и тепло.Водород также содержит большое количество энергии, что делает его относительно эффективным, так как в 1 кг водорода содержится столько же энергии, сколько в 2,8 кг бензина.

Большинство бытовых систем отопления работают на природном газе — в Великобритании его используют 90% всех домов — хотя природный газ производит наименьшие выбросы по сравнению с любым ископаемым топливом, он по-прежнему способствует глобальному потеплению. На каждый миллион британских тепловых единиц (БТЕ) ​​энергии природный газ выделяет 117 фунтов CO ₂ , в то время как уголь (антрацит) является самым большим источником выбросов, производя 228 фунтов.6 фунтов. В Великобритании 30% выбросов CO ₂ приходится на отопление и приготовление пищи. Если бы вся газовая система страны была переведена с природного газа на водород, это снизило бы выбросы тепла как минимум на 73%, что во многом поможет достичь целей Великобритании по декарбонизации.

«В Великобритании 30% выбросов CO ₂ приходится на отопление и приготовление пищи».

Экологичность водорода — лишь одно из преимуществ его использования в качестве топлива. В восточной Германии проект Hydrogen Power Storage and Solutions (HYPOS) начал серию исследовательских инициатив по изучению потенциального использования водорода в качестве источника энергии.HYPOS подчеркнула, что одним из основных преимуществ является легкость хранения водорода. В качестве газа он может содержаться несколькими способами: сжат, храниться в соляных пещерах, сжижаться или храниться в виде аммиака.

«[Водород] единственный энергоноситель с возможностью длительного хранения», — говорит менеджер проекта HYPOS Александр Шписс. «Поэтому мы всегда помним, что нам необходимо достичь целей Германии по получению более 80% нашей энергии. из возобновляемых источников. Но если вы посмотрите на новые результаты обязательств по изменению климата, они будут более или менее близки к 100%.Для этого нам придется использовать варианты длительного хранения ».

Тематические отчеты

Беспокоитесь ли вы о темпах инноваций в вашей отрасли?

В отчете

GlobalData по темам TMT за 2021 год рассказывается все, что вам нужно знать о темах подрывных технологий и о том, какие компании лучше всего могут помочь вам в цифровой трансформации вашего бизнеса.

Узнать больше

Еще одним преимуществом является возможность использования существующей инфраструктуры. Электрификация системы отопления была предложена многими как возможный способ обезуглероживания; однако это повлечет за собой существенное изменение инфраструктуры. В настоящее время ряд групп, включая Северную газовую сеть (NGN) в Великобритании, проводят исследования относительно того, подходят ли трубы для природного газа по размеру и мощности для простого преобразования в водород.Пока что кажется вероятным, что в Великобритании можно будет использовать существующую газовую инфраструктуру для распределения водорода, что значительно снизит инфраструктурные проблемы и затраты на декарбонизацию сети.

«Одна из больших возможностей — использовать существующую инфраструктуру, газовую инфраструктуру вместо строительства новой», — говорит Шписс, добавляя, что «есть исследования, которые смотрели на это и говорят, что стоимость инфраструктуры будет дешевле, чем внедрение электрической сети или расширение электрической сети повсюду.”

Слишком жарко для обработки

Переключение систем отопления было бы колоссальным проектом даже при использовании существующей инфраструктуры, и это повлечет за собой ряд проблем, например, обеспечение безопасности использования водорода в домашних условиях было специально обсуждено на семинаре DNV GL, и проблема, которая должна быть гарантирована, если мы хотим, чтобы она получила более широкое распространение.

Водород обычно считается опасным из-за его высокой воспламеняемости, так как он будет гореть в воздухе в концентрации от 4% до 75%.Но «водород имеет очень маленький размер молекулы, поэтому, если происходит выделение водорода, вполне возможно, что он с меньшей вероятностью станет горючим, чем природный газ», — говорит Томлин, поясняя, что «наоборот, диапазон воспламеняемости намного шире, так что это то, что нужно учитывать.

«У вас есть баланс между вероятностью того, что он станет горючим с меньшей вероятностью, но если он действительно станет горючим, то с большей вероятностью загорится, и последствия могут быть довольно серьезными». Этот баланс рисков необходимо учитывать при внесении изменений в газовую сеть, чтобы обеспечить максимальную безопасность подачи водорода.

«Одна из более практических проблем заключается в том, что, хотя водород не выделяет никаких выбросов в точке использования, создание самого водорода производит углерод».

Одна из наиболее практических проблем заключается в том, что, хотя водород не выделяет никаких выбросов в точке использования, при его создании образуется углерод. «Что вам нужно сделать, так это производить водород таким образом, чтобы вы не переносили проблему с отдельных домов, производящих CO ₂ , на производство большого количества CO ₂ у источника, поэтому у вас есть проблема улавливания этого CO. ₂ у источника и секвестрируя его, или фактически производя водород без образования CO ₂ », — говорит Томлин.

В настоящее время около 90% мирового водорода производится в установках парового риформинга метана. Это объединяет природный газ с высокотемпературным паром, который отделяет водород и углерод, последний из которых затем улавливается, улавливается и хранится. Это необходимо делать эффективно, чтобы углерод не просачивался и не выбрасывался в атмосферу; без этого это не чистое топливо.

Вывод водорода на новый уровень

NGN в настоящее время является пионером проекта под названием h31, в рамках которого газовая сеть города Лидса будет полностью переведена на водород.Это станет огромным шагом вперед для водородной технологии, и опубликованный отчет h31 уже привлекает международное внимание. Потенциальная конверсия газа обойдется примерно в 2 миллиарда фунтов стерлингов и будет финансироваться за счет регулирующих бизнес-планов — экономической системы, ранее использовавшейся для перевода газовой сети Великобритании с городского газа на природный в конце 1960-х годов. NGN надеется, что, если проект будет успешным в Лидсе, его можно будет развернуть в остальной части Великобритании и за ее пределами.

Помимо экспериментальных проектов, ряд технологических достижений делают водородное топливо все более привлекательным во всем мире.Например, Австралийская организация научных и промышленных исследований (CSIRO) разработала тонкую металлическую мембрану, которая позволила бы легко транспортировать водород в виде аммиака, а затем отделять его в месте использования. В настоящее время транспортировка водорода сложна и относительно дорога; Мембрана CSIRO может значительно снизить эти расходы, поскольку аммиак уже продается и транспортируется по всему миру. Проект получил 1,7 млн ​​долларов из благотворительного фонда науки и промышленности для продолжения разработки по мере его перехода к завершающей стадии.

Хотя водород является самым распространенным элементом на Земле, его получение может быть невероятно энергоемким. Водород имеет явные экологические преимущества по сравнению с чистым метаном или другими природными газами, из которых он может быть изолирован, но при этом все равно выделяет углерод. Исследования по расщеплению воды на водород и кислород продолжаются, и мы надеемся, что будет найден катализатор, который позволит производить водородное топливо в чистом виде посредством электролиза, устраняя зависимость от углеводородов.

Потенциал использования водорода в качестве топлива только начинает реализовываться.Поскольку все больше внимания уделяется обезуглероживанию, в частности, газораспределительной сети, очевидно, что водород будет играть важную роль.

Связанные компании

ESI Eurosilo

Расширенные решения для хранения сыпучих материалов

28 августа 2020

Quartzelec Ltd

Услуги вращающихся машин (до 600 МВт) | Подрядные услуги по ВН / НН

28 августа 2020

Отопление водородом — Ассоциация топливных элементов и водородной энергетики

Водород также можно смешивать с текущим источником тепловой энергии, природным газом, для уменьшения количества сжигаемого ископаемого топлива и сокращения выбросов.Несмотря на то, что в настоящее время проводятся испытания и демонстрация смешения водорода, ожидается, что концентрация водорода до 20% от количества топлива для отопления не потребует замены или изменения существующей инфраструктуры или оборудования. Это может стать отличной отправной точкой для конверсии, в то время как штат или страна увеличивает свои производственные мощности по производству водорода и обновляет свои трубопроводы и домашние системы

Хотя эти изменения могут показаться сложными, такие страны, как Великобритания, предпринимают активные шаги в направлении будущее водородного отопления.Премьер-министр Великобритании Борис Джонсон попытался стимулировать сектор отопления, построив к концу этого десятилетия один город, полностью отапливаемый водородом, в рамках своей «зеленой промышленной революции». Этот водородный город — пробный запуск для более широкого внедрения. Другой небольшой городок в Англии испытывает смесь водорода и природного газа для обогрева более 650 жилых и коммерческих объектов.

Важным ресурсом, которым Соединенные Штаты могли бы воспользоваться для капитального ремонта водородной экономики, является Дорожная карта к водородной экономике США , разработанная McKinsey и компанией в сотрудничестве с Ассоциацией топливных элементов и водородной энергетики и многочисленными компаниями, инвестировавшими в будущее водорода.В отчете говорится, что США должны начать смешивать водород с природным газом для отопления уже в 2026 году, при этом практически не потребуется модернизация устройств или оборудования. Большинство домов в Соединенных Штатах, которые используют природный газ для отопления, расположены на северо-востоке, где есть значительные возможности для расширения трубопроводов и сетей. Также есть многообещающая возможность установки топливных элементов в жилых и коммерческих зданиях для обеспечения возобновляемой энергии. С этими шагами по направлению к низкоуглеродным отопительным ресурсам, подробно описанным в отчете, Соединенные Штаты могут выйти на путь водородного будущего к 2050 году.

В мире водородного отопления есть чего ожидать. Поскольку такие страны, как Великобритания, делают серьезные шаги в направлении универсального углеродно-нейтрального отопления, остальной мир, вероятно, последует их примеру. Его рентабельность, нулевые выбросы возобновляемых источников и потенциальное использование существующей инфраструктуры делают водород главным кандидатом на замену природного газа. Хотя еще предстоит решить логистические проблемы, можно ожидать значительного прогресса по мере приближения мира к своим климатическим целям на 2050 год.

Отопление голландских домов водородом

«Поскольку водород для отопления такого рода во всем мире все еще находится в зачаточном состоянии, такие проекты, как Power2Gas Rozenburg, имеют неоценимое значение для производителей оборудования, поскольку они могут увидеть и доказать, как их инновационные продукты работают в реальных ситуациях и соответствуют стандартам», — сказал Йохан Книжп, региональный менеджер, Нидерланды. , DNV GL — Нефть и газ. Другие производители оборудования сотрудничают со Stedin и DNV GL в проекте Роттердам. Среди них производитель горелок Bekaert Heating и производитель систем отопления и горячего водоснабжения Remeha.

DNV GL управляет проектом для Стедина, предварительно определив его объем и спроектировав, обеспечив руководство на месте на этапе строительства инфраструктуры и проверив безопасность. Специализированные лаборатории технического консультанта в Гронингене, Нидерланды, провели испытания и измерения качества газа для Роттердамского проекта. В помещениях Гронингена также были введены в эксплуатацию электролизеры и оборудование для метанирования для Power2Gas.

«DNV GL является важным техническим партнером в проекте Розенбург с 2013 года», — сказал ван дер Молен.«Он обладает правильными знаниями о водороде и демонстрирует прагматизм, необходимый для демонстрации новых вещей, для которых еще не существует нескольких правил и стандартов. Люди из DNV GL также предлагают мне гибкость как клиента, что оказалось ценным ».

Нидерланды становятся лидером в области использования водорода для энергетики

Следующий проект Стедина после демонстрации в Розенбурге будет в деревне Стад-ан-т-Харингвлит, Южная Голландия, где к 2025 году 550 существующих домов будут использовать 100% водород с использованием существующей сети природного газа .

В Нидерландах реализуются другие инициативы по продвижению водородной экономики по мере того, как национальное правительство продвигается к национальному соглашению по климату. Согласно текущим предложениям (2019 г.), это соглашение будет включать финансирование инноваций в области водорода и других устойчивых видов топлива. ¹

Например, государственно-частный консорциум HEAVENN начинает шестилетний проект стоимостью 90 млн евро по развитию полностью функционирующей цепочки создания стоимости экологически чистого водорода в регионе Северных Нидерландов. ² В планах — крупномасштабное производство зеленого водорода в качестве сырья для промышленности; хранение, транспортировка и распределение водорода, а также его использование в промышленности, строительстве и на транспорте; модернизация существующих газопроводов для транспортировки водорода; и прокладка водородных труб в промышленных и бизнес-парках. Тем временем правительство Нидерландов оказывает финансовую поддержку глобальному совместному отраслевому проекту (JIP) под руководством DNV GL, который позволяет использовать водород для декарбонизации энергоемких высокотемпературных промышленных процессов (см. Статью ниже).

Тем не менее, вероятно, потребуется много лет для голландских операторов газовых сетей, чтобы они могли снабжать большое количество потребителей водородом для отопления и приготовления пищи, — сказал ван дер Молен: «Прежде всего, необходимо изменить правила. Например: голландским операторам газораспределительной системы (DSO) в настоящее время не разрешено распределять 100% водород с использованием существующей сети природного газа. Во-вторых, первоначально поставки зеленого водорода будут ограничены, что приведет к относительно высоким затратам ».

Водород для отопления? Варианты декарбонизации домашних хозяйств в Соединенном Королевстве в 2050 году

На сектор отопления приходится 10% углеродного следа Соединенного Королевства, а на жилые дома приходится большая часть спроса.В настоящее время центральное отопление от котла, работающего на природном газе, является наиболее распространенной системой в Великобритании, но водород с низким или нулевым содержанием углерода и возобновляемая электроэнергия являются двумя вариантами замены первичной энергии для уменьшения углеродного следа. Важно учитывать, как использование любого из источников энергии повлияет на расходы на отопление.

В этой оценке прогнозируются затраты на типичное односемейное домашнее хозяйство в Великобритании и климатические показатели в 2050 году при использовании водорода с низким или нейтральным парниковым газом, возобновляемой электроэнергии или их комбинации.Оценивается стоимость использования котлов или топливных элементов в 2050 году с двумя типами водорода: произведенным путем парометанового риформинга (SMR) в сочетании с улавливанием и хранением углерода (CCS), и электролизом с использованием возобновляемой электроэнергии с нулевым выбросом углерода. Стоимость тепловых насосов, наиболее перспективной технологии отопления для прямого использования возобновляемой электроэнергии, также оценивается в двух сценариях: только тепловой насос и гибридный тепловой насос со вспомогательным водородным котлом.

В настоящее время ископаемая энергия используется для процесса преобразования SMR + CCS, а это означает, что производство водорода таким способом обеспечивает сокращение выбросов парниковых газов на 42–61% по сравнению с ископаемым газом.Когда в качестве технологического топлива используется водород, а не природный газ, производство водорода с помощью SMR + CCS обеспечивает экономию парниковых газов на 69–93% по сравнению с ископаемым газом. При использовании возобновляемой электроэнергии и электролиза водород, полученный из ветра и солнца, имеет нулевую углеродоемкость.

В 2050 году оба сценария с тепловым насосом будут более рентабельными, чем четыре технологии, использующие только водород. Водородные котлы, использующие SMR + CCS, менее дороги, чем котлы, использующие электролизный водород из электроэнергии с нулевым выбросом углерода.Топливные элементы, использующие любой из типов водорода, будут значительно дороже, чем другие варианты.

Эти результаты содержат неточности. Если бы цены на возобновляемую электроэнергию были на 50% ниже или цены на природный газ на 50% выше, стоимость использования котла с электролизным водородом могла бы стать конкурентоспособной по стоимости с котлом, использующим водород SMR + CCS, и экономическое преимущество сценариев теплового насоса было бы увеличивать. Даже в том случае, если цены на возобновляемую электроэнергию будут на 50% выше, а цены на природный газ на 50% ниже, тепловой насос все равно будет наиболее экономически эффективным вариантом.

Является ли водород лучшим вариантом для замены природного газа в доме? Глядя на числа

Диаграмма любезно предоставлена ​​Lazard

Пол Мартин, эксперт по развитию химических процессов

В последнее время много говорят о водороде в качестве замены природного газа. Схема заключается в постепенном добавлении h3 в сеть природного газа, при этом h3 производится из воды с использованием «избыточной» возобновляемой электроэнергии, когда она доступна. Но, в конечном счете, есть люди, которые думают, что нам следует поставлять в дома чистый водород вместо природного газа, используя те же трубопроводы и распределительную сеть, которые есть у нас сейчас.По их мнению, все, что нам нужно сделать, это повторно продуть все наши котлы, печи, варочные панели и духовки, и мы уедем на гонки. Не нужно отказываться от всего этого дорогостоящего капитала — мы просто поменяем топливо! Мы будем сжигать водород без цвета и запаха, образуя только водяной пар, и проблема глобального потепления будет на шаг ближе к решению.

Отлично звучит! Где подписать?

Держись — не так быстро!

Замена газа водородом — неэффективное использование энергии

Первая и самая очевидная критика этой схемы — эффективность.Неважно, начинаете ли вы с природного газа или электричества, лучшее, что вы можете сделать, — это преобразовать около 70% энергии сырья — низкую теплотворную способность (НТС) метана или кВтч электроэнергии — в НТС получаемого водорода. Лучший случай. Если альтернативой является использование природного газа или электричества напрямую, водород не принесет ничего, кроме потерь для этого уравнения.

Очевидно, вся идея здесь состоит в том, чтобы исключить выбросы ископаемых парниковых газов (ПГ), связанные с горением, которое происходит на вашем конце трубы.Водород предлагает такую ​​возможность. Вы можете начать с биометана в результате анаэробного сбраживания, поэтому CO2, который вы выделяете при производстве водорода, является лишь частью естественного углеродного цикла. Или вы можете улавливать весь или часть CO2, образующегося при производстве водорода из ископаемого природного газа на водородной установке, или путем пиролиза метана и продажи углерода в качестве побочного продукта для других целей, кроме сжигания, или вы можете полностью избежать CO2, сделав электричество, которое вы питаете свой электролизер от ветра или солнца, атомной энергии, гидроэнергетики, геотермальной энергии и т. д.Это все способы, с помощью которых вы могли бы получить ископаемое топливо без выбросов парниковых газов для своей горелки — в идеале, если вы можете себе это позволить.

Вы, конечно, могли бы вместо этого подпитывать сеть метаном из биогаза — но хотя я убежден, что биогаз будет важным топливом для тех видов топлива, которые нам действительно нужны в будущем после ископаемого топлива, никто не должен пытаться убедить вас, ВСЕГДА будет достаточно биогаза, чтобы просто заменить существующие запасы природного газа — или даже небольшую часть этих запасов.Поэтому, если вы хотите сохранить свои горелки и не выделять ископаемые парниковые газы, водород кажется вашим единственным вариантом. И это именно то, что газовая промышленность говорит правительствам всего мира.

Конечно, эти газовые компании и поставщики электролизеров не дают своих советов без всяких собственных интересов. Они исходят из того, что им нужно оставаться в бизнесе, а вам нужно сохранить свои горелки — достаточно справедливо! Очевидная альтернатива — заменить ваши горелки напрямую электричеством и исключить посредников по водороду с потерями, но это оставит их вне бизнеса.Для отопления дома и даже для горячего водоснабжения тепловой насос не только сэкономит 30% потерь при преобразовании в водород, но и даст вам около 3 кВт тепла на каждый кВт электроэнергии, которую вы потребляете. Гораздо эффективнее. Но это не дешево — тепловой насос обойдется вам в несколько долларов — и хотя возобновляемая электроэнергия становится дешевле с каждым днем, электроэнергия в сети по-прежнему продается по цене, во много раз превышающей стоимость природного газа за единицу энергии — потому что налоги на выбросы углерода недостаточны, и потому что в некоторых местах ископаемое топливо все еще питает сеть.

Для вашей варочной панели индукционный нагреватель даст вам даже лучшую производительность, чем пламя — вам, возможно, придется выбросить несколько ваших старых алюминиевых кастрюль и сковородок, но в противном случае вы, вероятно, будете очень довольны этим изменением. И ваша духовка прекрасно подойдет к обычному старому резистивному нагревателю — с гораздо лучшим контролем температуры.

Напомните, зачем нам опять нужен топливный газ? Я знаю только один ответ на этот вопрос: в настоящее время природный газ является очень и очень дешевым топливом, ЕСЛИ игнорировать выбросы ископаемых парниковых газов при его производстве, распределении и сжигании.Заменить использование природного газа домашним отоплением будет нелегко, независимо от того, как мы это сделаем, потому что альтернативы будут стоить дороже, по крайней мере, на начальном этапе.

С другой стороны, водород — недешевое топливо, и точка. И должно быть очевидно, что он НИКОГДА не может быть таким же дешевым, как природный газ или электричество, из которого он производится.

Распределение водорода с потерями и дорогое

Даже если предположить, что вы настолько ностальгически привязаны к своим газовым приборам, что не можете с ними расстаться, газовой промышленности все равно придется преодолеть некоторые серьезные проблемы, которые не обсуждаются, прежде чем водород начнет течь через сеть природного газа.

Если мы собираемся производить водород, будь то «синий» водород из природного газа с улавливанием и хранением углерода или «зеленый» водород, полученный из воды с использованием возобновляемой электроэнергии, его все равно нужно доставить в ваш дом оттуда, где он производится. . И это не так просто, как просто изменить то, что течет по трубам.

Сжатие — убийца сделок

Для экономичного перемещения любого газа его необходимо сжимать. Оказывается, это большая проблема с распределением водорода — это причина того, что 85% водорода, производимого, например, в Европе, практически не перемещается туда, где он потребляется, потому что он производится прямо на том же месте или по соседству.

Природный газ примерно в 8,5 раз плотнее водорода, а плотные газы легче перемещать (более энергоэффективно), чем менее плотные. Водород частично компенсирует этот факт, будучи более плотным по энергии на единицу массы — примерно в 3 раза больше, чем природный газ. Но, к сожалению, работа (механическая энергия), необходимая для приведения в действие компрессора, линейно связана с количеством молей газа, которые мы сжимаем, а не с их массой или объемом как таковыми. Это также зависит, более слабо и более сложным образом, от соотношения удельных теплоемкостей газа, которое, как оказалось, имеет незначительное значение (в пользу природного газа), которое увеличивается с увеличением степени сжатия.Но когда мы сравниваем НТС водорода на моль с НТС природного газа на моль, мы обнаруживаем, что природный газ примерно в 2,9 раза плотнее по энергии в молярных единицах. Другими словами, требуется примерно в три раза больше энергии , чтобы сжать тепловую энергию в МДж, если вы поставляете ее в виде водорода, чем если вы поставляете ее в виде природного газа. И это, ребята, по крайней мере частично, объясняет, почему мы не перемещаем водород по трубопроводам. Вместо этого мы перемещаем природный газ туда, где нужен водород, и строим там водородный завод.(См. Доказательство в конце статьи.)

Это 3-кратное увеличение работы по сжатию не только требует затрат энергии, но и обойдется газовой компании в большие деньги, поскольку это будет означать, что каждый компрессор в их сети необходимо будет заменить новым агрегатом с мощностью в 3 раза большей. , а также физически большего размера — с 3-кратным объемом всасывания. А поскольку водород настолько известен своей негерметичностью, объемный расход водорода выше для данного теплового потока в трубопроводе и т. Д., Компрессоры должны быть совершенно другими машинами — значительно более дорогими.

Водород — это уже круглые числа, примерно на 37% лучший вариант эффективности цикла при запуске и завершении работы с электричеством. В то время как природный газ и электричество примерно одинаковы по стоимости и эффективности для распределения на единицу энергии, водород будет стоить примерно в 3 раза больше, чем природный газ в потерях энергии, просто для того, чтобы переместить газ. А поскольку оборудование, расположенное ниже по потоку, снова производит электричество с эффективностью только на 50–60%, вам придется переместить примерно , вдвое больше водородной энергии , к месту назначения, чтобы выполнить ту же работу, как если бы вместо этого вы перемещали электричество.При этом забываем о дополнительных капитальных затратах, которые также придется потратить.

Падение давления в трубопроводе — промывка

Вы могли подумать, что при перемещении водорода по трубопроводу вы понесете дополнительный штраф, как только вы доведете его до желаемого давления — это, безусловно, было моим первым впечатлением. Но, как выясняется, ответ на этот вопрос довольно сложен и зависит от того, в каких условиях вы проводите вычисления. Водород менее плотный, менее вязкий и более плотный по энергии на единицу массы, чем природный газ.Но когда вы выполняете расчеты перепада давления при таких скоростях и перепадах давления, которые используются в трубопроводах, несущих газы на большие расстояния (где перепады давления составляют порядка 5 фунтов на квадратный дюйм на милю трубы, а не 5 фунтов на квадратный дюйм на 100 футов трубы) что может быть типичным для трубопроводов химического завода), водород и природный газ выходят почти даже при заданной скорости LHV тепла, доставляемой в час по трубе заданного размера.

Это действительно меняется в разных точках системы распределения, и в 1-м приближении среднее значение соответствует существующей газовой трубе, способной передавать около 90% энергии в форме водорода, которую она могла бы переносить, если бы была подавали в среднем природного газа, на которое он был рассчитан.Скорость будет примерно в три раза выше, но плотность будет в 1 / 8,5 раза больше, и вместе с умеренно более низкой вязкостью эти факторы почти компенсируют друг друга. Однако, поскольку каждый киловатт-час энергии, потерянной из-за трения в трубопроводе, должен поступать от компрессора, это по-прежнему означает, что водород стоит примерно в 3 раза больше на единицу энергии для перемещения от источника к месту назначения в трубопроводе.

«Линейный пакет» — что это? Другая проблема…

Как я и обещаю своим читателям, я редактирую свои статьи, когда они учат меня новому или указывают на мои ошибки.Хорошо осведомленный специалист обратил мое внимание на эту довольно серьезную проблему, которая является результатом более низкой плотности энергии водорода на единицу объема. «Линейный пакет» — это название, данное количеству природного газа, хранящегося в самой системе распределения трубопроводов. И если мы не увеличим давление в распределительной системе — чего мы не сможем сделать без новой трубы — мы потеряем это хранилище. Типичная газовая система, по-видимому, может справиться со средней потребностью в 3-4 часа, просто используя запасенный газ в линиях.Чистый водород, имеющий 1/3 плотности энергии на единицу объема, сократит это время до ~ 1 часа. Это может означать огромную разницу в надежности распределительной системы, частоте и продолжительности отключений, а также способности существующей сети справляться с колебаниями спроса — большим всплеском, когда все приходят домой, запускают свои печи или котлы и выключаются. на их варочных панелях, например.

Я уже знаю, что иногда подразделения перерастают скорость, с которой газовые компании могут прокладывать к ним новые линии.Соответственно, некоторые коммунальные предприятия испаряют сжиженный природный газ из резервуаров в точки ниже по потоку от «узкого места», чтобы печи и варочные панели продолжали гудеть в часы пик. Делать это с водородом было бы очень дорого и очень опасно, учитывая, что жидкий водород забирает около 40% энергии водорода только для его сжижения, кипит при 24 К (24 градуса выше абсолютного нуля — жидкий метан кипит при приятной температуре 112 Кельвина или -161 ° C) — а в жидком виде он все еще составляет всего 71 кг / м3 — метан составляет около 600 кг / м3 по сравнению с жидкостью.

Трубопроводы и оборудование

Если не нагревать его слишком сильно, водород вполне безопасно переносить в трубопроводах из низкоуглеродистой стали — даже до довольно значительных давлений. То, о чем так много говорят о «водородной хрупкости», не является фактором для труб из мягкой низкоуглеродистой или низколегированной стали, которые используются в трубопроводах большинства химических заводов.

Однако трубопроводы природного газа, особенно трубопроводы, по которым природный газ транспортируется на большие расстояния или под водой, не изготавливаются из мягких сталей.Они сделаны из более твердых и прочных сталей, а эти стали, согласно многим сообщениям, подвержены водородному охрупчиванию или другим механизмам повреждения, связанным с водородом, особенно в их сварных швах и зонах термического влияния — даже при довольно умеренных давлениях и температурах.

Согласно достоверным отчетам, написанным самими газораспределительными компаниями, таким как этот превосходный, большая часть системы распределения природного газа высокого и среднего давления должна быть полностью заменена для работы с чистым водородом.(См. Стр. 12 этого справочника, где это сказано таким же количеством слов — и этим парням, которые владеют трубами, следует знать лучше!) Это огромные затраты — особенно если потратить на замену топлива, которое могло бы быть лучше. все равно заменили на электричество.

Обратите внимание, что водородное повреждение и водородное охрупчивание — сложные металлургические темы, и что возникающий водород (атомы водорода, генерируемые электрохимическим действием, например, во время коррозии) вызывает такие повреждения, которые молекулярный водород не может, пока сочетание высокого давления и высокой температуры не сделает это возможным.Но сообщения о проблемах совместимости h3 с трубопроводами, используемыми для природного газа, довольно хорошо продемонстрированы людьми, которые знают этот вопрос намного лучше меня.

Распределительная система низкого давления в основном состоит из низкоуглеродистой стали и трубы из полиэтилена высокой плотности, и через нее достаточно легко пропускать водород. Однако трубопровод, не допускающий утечки природного газа, может пропускать много водорода из-за низкой плотности и высокого коэффициента диффузии водорода. И, к сожалению, ароматизирующие вещества, такие как тиолы (меркаптаны), используемые в природном газе для обнаружения утечек, несовместимы с водородом, и особенно с водородом, который используется для питания топливных элементов PEM, таких как те, которые используются в транспортных средствах.Катализаторы в этих топливных элементах чрезвычайно чувствительны к таким соединениям серы. Учитывая чрезвычайно широкий диапазон взрывоопасности водорода — любая смесь между 4% и 75% водорода в воздухе является взрывоопасной — отсутствие запаха, помогающего обнаруживать утечки, кажется очень сложной проблемой для распределения этого топлива по домам и предприятиям.

Смеси водород / природный газ

Все первоначальные проекты пытаются сгладить эти проблемы путем добавления небольшого количества h3 в природный газ вместо того, чтобы делать большой скачок к чистому водороду.И когда вы слышите о «замене 20% природного газа водородом», вы подумаете, что это будет иметь большое значение!

Подумай еще раз.

20% -ная смесь h3 в природном газе составляет 20% -ную смесь по объему. Эта смесь имеет только 86% энергии среднего природного газа, а это означает, что вам придется сжечь на 14% больше объема газа , чтобы получить такое же количество джоулей или БТЕ тепла. Экономия выбросов парниковых газов нигде не составляет почти 20% — они ближе к 6%, просто глядя на горение, и меньше, если учесть сжатие и потерю давления, указанные выше.Такое снижение уже заставило бы кричать пользователей, чувствительных к теплоносителю, так что забудьте о 30% h3! При заданном количестве доставляемой энергии 20% -ная смесь водорода в природном газе потребует на 13% больше энергии для сжатия и потеряет примерно на 10% больше давления на единицу длины трубы, чем если бы вы использовали природный газ — потому что газ должен течь быстрее, но его плотность недостаточно, чтобы это компенсировать. Эти факторы съедят часть вашей экономии на выбросах парниковых газов. И хотя промышленные пользователи будут защищены — они платят за британские тепловые единицы или джоуль LHV или HHV, которые поставляет газовая компания, — некоторые пользователи могут оказаться в дефиците, поскольку вместо этого они платят за единицу объема.

Но как насчет «отраслей, где трудно декарбонизировать»?

Еще одно оправдание, которое мы слышим в пользу необходимости замены природного газа водородом, — это «высокотемпературное промышленное отопление». По какой-то причине кажется, что люди просто предполагают, что, поскольку мы сейчас запускаем какое-то оборудование, сжигая топливо, мы не можем вместо этого использовать электричество. Часто упоминаются примеры производства стали и цемента, но есть и многие другие.

Здесь я должен принести то, чем я зарабатываю на жизнь.Я проектирую и строю пилотные установки, которые являются прототипами для тестирования новых химических процессов. Эти заводы могут варьироваться от крошечных лабораторных единиц до довольно больших предприятий, которые для обычного человека выглядят как любое другое реальное химическое предприятие. Но единственное, чего почти полностью без исключения будет не хватать на опытной установке, — это любого огневого оборудования . Существуют исключения, но помимо функции удаления потоков отходов горючих материалов, каждая функция, которая выполняется на коммерческом химическом заводе с использованием огневого оборудования, выполняется с использованием электроэнергии, а не на пилотной установке.Это почему? Причин много:

1) Электричество намного безопаснее и легче контролировать, чем огонь, особенно в небольших масштабах. Электрический обогрев обеспечивает быстрое и точное управление и снижает вероятность возникновения горячих точек, снижает риски для строительных материалов и т. Д.

2) Электроэнергия стоит больше, чем топливо в качестве источника тепла, но стоимость энергии пилотной установки редко является самым важным фактором для ее операторов.

3) Для топочных обогревателей обычно требуются разрешения на выбросы в атмосферу и могут потребоваться испытания дымовых газов — затраты, которых пилотная установка позволяет избежать за счет использования электрического обогрева.

4) Чтобы нагреть поток до высоких температур с помощью горелки, у вас остается высокотемпературный дымовой газ, выходящий из агрегата. Химические заводы используют этот горячий дымовой газ для нагрева множества других потоков, чтобы не допустить его утилизации, или используют его для производства пара для привода оборудования или поддержания тепла. На экспериментальной установке просто не стоит заниматься такой интеграцией тепла

5) Топливное оборудование дороже, чем оборудование с электрическим обогревом

6) Когда вам нужны самые высокие температуры, иногда электрический обогрев является единственным возможным вариантом.

В сталелитейном производстве реальная потребность в водороде вовсе не в нагреве — электродуговые печи для выплавки стали уже довольно популярны. Водород необходим для замены химического восстановителя монооксида углерода, получаемого из угольного кокса, который используется для восстановления оксида железа до металлического железа. Также в стадии разработки находятся методы прямого электрохимического восстановления, поэтому возможно, что мы сможем производить сталь вообще без использования водорода.

Во многих других приложениях можно легко использовать электрическое отопление, чтобы избавиться от необходимости сжигать топливо.Однако это потребует модификации основных единиц оборудования, что может повлечь за собой значительную стоимость. Но если альтернативой является потратить несколько раз этой стоимости на водород, полученный из электроэнергии, эта экономия может окупить довольно небольшой капитал.

Фактически, если подходить к делу со свежим листом бумаги и без топки на голове, большинство применений в промышленном отоплении в настоящее время обслуживаются с помощью огня из соображений стоимости (поскольку топливо дешевле, если вы можете сбрасывать ископаемый CO2 в атмосферу) можно было бы легко преобразовать вместо этого на электрическое отопление.

Все, что нам действительно нужно, — это установить цену на выбросы ископаемого углерода по ставке, достаточно высокой — и достаточно длительной — для того, чтобы соответствующие капитальные вложения окупились с экономической точки зрения для затронутых отраслей.

Водород для сезонного накопления энергии

Еще один аргумент, который я часто слышу, заключается в том, что из-за двойного удара, заключающегося в увеличении потребности в энергии для отопления и снижении выработки солнечной энергии зимой, нам понадобится водород, чтобы восполнить дефицит. Летом нам нужно будет производить огромное количество водорода и хранить его в соляных пещерах до зимы.Хотя какое-либо хранимое топливо, вероятно, является полезной частью плана реагирования на чрезвычайные ситуации в будущем после ископаемого топлива, для меня это не следствие того, что только потому, что можно использовать водород для этой цели, это действительно сделало бы энергией или экономический смысл. Метан, будь то из биогаза или даже из ископаемого природного газа, кажется более логичным выбором в качестве газа для хранения, учитывая, что у нас уже есть стратегические и аварийные запасы природного газа. И мы могли бы так же легко накапливать годовой биогазовый метан, как могли бы найти способ производить избыток водорода летом.

Основной экономической проблемой зеленого водорода как носителя энергии является стоимость электролизеров и оборудования для хранения — и, как мы видели в этой статье, стоимость распределения также не будет такой низкой, как некоторые ожидают. Умножение коэффициента низкой мощности ветряной или солнечной установки на другой сезонный коэффициент мощности, скажем, 0,5 или меньше, не приводит к низким капитальным затратам на килограмм хранимого водорода. Это хранимое топливо было бы действительно очень дорого, даже если бы сама энергия была довольно дешевой.

Почему мы делаем это снова?

В целом, мне кажется совершенно очевидным, что роль водорода в качестве замены природного газа больше связана с необходимостью для компаний по добыче и распределению газа оставаться в бизнесе, имея что-то продавать, чем с реальной выгодой от выбросов парниковых газов или значительными техническими преимуществами. нужно. И если они хотят сделать необходимые инвестиции полностью за счет собственного никеля, чтобы обеспечить по-настоящему экологичный или даже «голубой» водород через модернизированную сеть, чтобы заменить природный газ, возможно, меня это устраивает.К сожалению, кажется совершенно очевидным, что их лимиты уже достигнуты, они обращаются к государственному сектору для финансирования необходимых инвестиций в инфраструктуру. Лично я считаю, что это будет разбрасывать хорошие деньги за плохими.

---

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: Это мое личное мнение, основанное на моих знаниях и практике в области химического машиностроения за последние 30 лет. Мое мнение является моим собственным, и его не следует путать с мнением моего работодателя Zeton Inc. или его клиентов. Они мотивированы только искренним желанием избавить нас от ископаемого топлива и тем самым устранить ископаемые парниковые газы и токсичные выбросы, связанные с их сжиганием, с минимальными затратами и воздействием на общество, с которыми мы можем справиться.Мои комментарии никоим образом не мотивированы личными финансовыми интересами с моей стороны или со стороны моего работодателя или его клиентов. Каждая статья, которую я пишу, может разозлить того или иного из моих клиентов — можете не сомневаться!

Я приложил все усилия, чтобы быть точным в сказанном, выполняя собственные подтверждающие вычисления. Я могу предоставить информацию о них любому, кто спросит. Но я человек и, следовательно, склонен к ошибкам. Я также ни на минуту не утверждаю, что знаю все, что нужно знать об этой теме, в которой некоторые люди провели всю свою карьеру.Если вы можете показать мне, где я ошибся в своем анализе или расчетах, ссылками или надежными примерами, я с благодарностью отредактирую свою статью, чтобы отразить эти новые знания с моей стороны.

Вот еще несколько моих статей, которые могут быть вам интересны и актуальны:

Водород из возобновляемых источников энергии — наше будущее?

Mirai FCEV против модели 3 BEV

---

ПРИЛОЖЕНИЕ:

Вот сокращенная логика, объясняющая, почему для перемещения заданного количества h3 LHV требуется в 3 раза больше энергии компрессора, чем для перемещения такого же количества Дж или БТЕ природного газа LHV.б)

Согласно закону идеального газа, P1V1 = nRT1, где n — количество молей газа, R — постоянная идеального газа, а T1 — начальная температура.

Взяв газы 1 и 2 с почти равными значениями a и b (чтобы избежать получения результатов, которые зависят от r), и взяв их при одинаковом начальном давлении, объеме и температуре, можно показать, что:

W1 / W2 = ~ n1 / n2

Водород имеет молярную низкую вязкость 240 кДж / моль, а у среднего автомобильного природного газа LHV может составлять 695 кДж / моль.Соотношение работы, таким образом, составляет ~ 2,9: 1 для водорода по сравнению с природным газом, если бы мы перемещали постоянное количество кДж НТС за такт сжатия или за единицу времени.

Фактические значения a и b (относящиеся к соотношению Cp / Cv) для h3 и природного газа при коммерчески значимых степенях сжатия регулируют это соотношение 2,9: 1 примерно до 3: 1.

---

Цените оригинальность CleanTechnica? Подумайте о том, чтобы стать участником, сторонником, техническим специалистом или представителем CleanTechnica — или покровителем Patreon.

У вас есть совет для CleanTechnica, вы хотите разместить рекламу или предложить гостя для нашего подкаста CleanTech Talk? Свяжитесь с нами здесь.

Водород для отопления | Подразделение энергетической и климатической разведки

В Великобритании газовая сеть обеспечивает энергией более 80% домов. Однако так было не всегда. В 1960-х и 70-х годах — чтобы извлечь выгоду из углеводородов Северного моря — вся газовая сеть была переведена с смеси газов, выделяемых при сжигании угля, известной как «городской газ», на природный газ, который используется до сих пор.

Это предыдущее преобразование газовой сети является аргументом в пользу того, чтобы сделать это снова, и утверждает, что это будет менее разрушительно, чем переход на другие источники тепла.

Однако национальная газовая сеть должна быть перепрофилирована для доставки водорода, в то время как бытовые котлы и другие газовые приборы должны быть адаптированы или заменены, хотя оба этих процесса считаются достижимыми в долгосрочной перспективе. Преимущество этой технологии заключается в том, что она требует небольшого изменения поведения со стороны домовладельца — новая система отопления будет работать так же, как те, что установлены сегодня.

Как производится водород?

Текущее промышленное производство «голубого» водорода путем паровой конверсии метана очень энергоемко и создает большие количества CO ₂ в качестве побочного продукта (10–12 кгCO2-экв. На кг водорода).

Во избежание превращения производства водорода в новый основной источник выбросов, его следует разрабатывать вместе с улавливанием и хранением углерода (CCS). УХУ еще предстоит развить в масштабах в Великобритании — первая коммерческая установка УХУ не ожидается до середины 2020-х годов — хотя существует явный потенциал для высоких уровней УХУ..

Другой метод производства — это электролиз для разделения воды на водород и кислород. Предполагая, что электричество используется с низким содержанием углерода, процесс может быть безуглеродным. Однако это дороже — по самой низкой оценке, в некоторых случаях более чем на 150% (см. Рисунок 1). Полученный таким образом водород известен как «зеленый» водород.

Кроме того, компании вложили значительные средства в разработку и испытания водорода, некоторые из которых считаются многообещающими: в 2020 году акции производителей водорода достигли рекордного уровня за последние десять лет.

Эти производители, в основном заинтересованные в преобразовании газовой сети, соответствовали инвестициям правительства, поскольку они стремятся достичь чистых нулевых инвестиций. Это включает в себя разработку водородного котла от Worcester Bosch, ведущего производителя газовых котлов, и собственное испытание осуществимости этой технологии.

При этом, по оценке Комитета по изменению климата (CCC), использование водорода будет более вероятным в 2030-х и 2040-х годах. Он также может лучше подходить в качестве низкоуглеродного транспортного топлива для грузовых автомобилей и судоходства, а не для домашнего тепла.