Электричество из водорода своими руками

Водородная энергетика: начало большого пути

Ранее мы рассказывали про то, каким экологичным видом транспорта являются электробусы. Однако не упомянули один важный момент: c ростом числа электротранспорта городам потребуется больше электричества, которое зачастую получают экологически небезопасными способами. К счастью, сегодня мир научился получать энергию при помощи ветра, солнца и даже водорода. Новый материал мы решили посвятить последнему из источников и рассказать об особенностях водородной энергетики.

На первый взгляд, водород — идеальное топливо. Во-первых, он является самым распространенным элементом во Вселенной, во-вторых, при его сгорании высвобождается большое количество энергии и образуется вода без выделения каких-либо вредных газов. Преимущества водородной энергетики человечество осознало уже давно, однако применять ее в больших промышленных масштабах пока не спешит.

Водородные топливные элементы

Первый водородный топливный элемент был сконструирован английским ученым Уильямом Гроувом в 30-х годах XIX века. Гроув пытался осадить медь из водного раствора сульфата меди на железную поверхность и заметил, что под действием электрического тока вода распадается на водород и кислород. После этого открытия Гроув и работавший параллельно с ним Кристиан Шенбейн продемонстрировали возможность производства энергии в водородно-кислородном топливном элементе с использованием кислотного электролита.

Позже, в 1959 году, Фрэнсис Т. Бэкон из Кембриджа добавил в водородный топливный элемент ионообменную мембрану для облегчения транспорта гидроксид-ионов. Изобретением Бэкона сразу заинтересовалось правительство США и NASA, обновленный топливный элемент стал использоваться на космических аппаратах «Аполлон» в качестве главного источника энергии во время их полетов.

Водородный топливный элемент из сервисного модуля «Аполлонов», вырабатывающий электричество, тепло и воду для астронавтов. Источник: James Humphreys / Wikimedia Commons

Сейчас топливный элемент на водороде напоминает традиционный гальванический элемент с одной лишь разницей: вещество для реакции не хранится в элементе, а постоянно поставляется извне. Просачиваясь через пористый анод, водород теряет электроны, которые уходят в электрическую цепь, а сквозь мембрану проходят катионы водорода. Далее на катоде кислород ловит протон и внешний электрон, в результате чего образуется вода.

Принцип работы водородного топливного элемента. Источник: Geek.com

С одной топливной ячейки снимается напряжение порядка 0,7 В, поэтому ячейки объединяют в массивные топливные элементы с приемлемым выходным напряжением и током. Теоретическое напряжение с водородного элемента может достигать 1,23 В, но часть энергии уходит в тепло.

С точки зрения «зеленой» энергетики у водородных топливных элементов крайне высокий КПД — 60%. Для сравнения: КПД лучших двигателей внутреннего сгорания составляет 35-40%. Для солнечных электростанций коэффициент составляет всего 15-20%, но сильно зависит от погодных условий. КПД лучших крыльчатых ветряных электростанций доходит до 40%, что сравнимо с парогенераторами, но ветряки также требуют подходящих погодных условий и дорогого обслуживания.

Как мы видим, по этому параметру водородная энергетика является наиболее привлекательным источником энергии, но все же существует ряд проблем, мешающих ее массовому применению. Самая главная из них — процесс добычи водорода.

Проблемы добычи

Водородная энергетика экологична, но не автономна. Для работы топливному элементу нужен водород, который не встречается на Земле в чистом виде. Водород нужно получать, но все существующие сейчас способы либо очень затратны, либо малоэффективны.

Самым эффективным с точки зрения объёма полученного водорода на единицу затраченной энергии считается метод паровой конверсии природного газа. Метан соединяют с водяным паром при давлении 2 МПа (около 19 атмосфер, т. е. давление на глубине около 190 м) и температуре около 800 градусов, в результате чего получается конвертированный газ с содержанием водорода 55-75%. Для паровой конверсии необходимы огромные установки, которые могут быть применимы лишь на производстве.

Трубчатая печь для паровой конверсии метана — не самый эргономичный способ добычи водорода. Источник: ЦТК-Евро

Более удобный и простой метод — электролиз воды. При прохождении электрического тока через обрабатываемую воду происходит серия электрохимических реакций, в результате которых образуется водород. Существенный недостаток этого способа — большие энергозатраты, необходимые для проведения реакции. То есть получается несколько странная ситуация: для получения водородной энергии нужна… энергия. Во избежание возникновения при электролизе ненужных затрат и сохранения ценных ресурсов некоторые компании стремятся разработать системы полного цикла «электричество — водород— электричество», в которых получение энергии становится возможным без внешней подпитки. Примером такой системы является разработка Toshiba H2One.

Мобильная электростанция Toshiba H2One

Мы разработали мобильную мини-электростанцию H2One, преобразующую воду в водород, а водород в энергию. Для поддержания электролиза в ней используются солнечные батареи, а излишки энергии накапливаются в аккумуляторах и обеспечивают работу системы в отсутствие солнечного света. Полученный водород либо напрямую подается на топливные ячейки, либо отправляется на хранение во встроенный бак. За час электролизер H2One генерирует до 2 м 3 водорода, а на выходе обеспечивает мощность до 55 кВт. Для производства 1 м 3 водорода станции требуется до 2,5 м 3 воды.

Пока станция H2One не способна обеспечить электричеством крупное предприятие или целый город, но для функционирования небольших районов или организаций ее энергии будет вполне достаточно. Благодаря своей мобильности она может использоваться также как и временное решение в условиях стихийных бедствий или экстренного отключения электричества. К тому же, в отличие от дизельного генератора, которому для нормального функционирования необходимо топливо, водородной электростанции достаточно лишь воды.

Сейчас Toshiba H2One используется лишь в нескольких городах в Японии — к примеру, она снабжает электричеством и горячей водой железнодорожную станцию в городе Кавасаки.

Монтаж системы H2One в городе Кавасаки

Водородное будущее

Сейчас водородные топливные элементы обеспечивают энергией и портативные пауэр-банки, и городские автобусы с автомобилями, и железнодорожный транспорт (более подробно об использовании водорода в автоиндустрии мы расскажем в нашем следующем посте). Водородные топливные элементы неожиданно оказались отличным решением для квадрокоптеров — при аналогичной с аккумулятором массе запас водорода обеспечивает до пяти раз большее время полета. При этом мороз никак не влияет на эффективность. Экспериментальные дроны на топливных элементах производства российской компании AT Energy применялись для съемок на Олимпиаде в Сочи.

Стало известно, что на грядущих Олимпийских играх в Токио водород будет использоваться в автомобилях, при производстве электричества и тепла, а также станет главным источником энергии для олимпийской деревни. Для этого по заказу Toshiba Energy Systems & Solutions Corp. в японском городе Намиэ строится одна из крупнейших в мире станций по производству водорода. Станция будет потреблять до 10 МВт энергии, полученной из «зеленых» источников, генерируя электролизом до 900 тонн водорода в год.

Водородная энергетика — это наш «запас на будущее», когда от ископаемого топлива придется окончательно отказаться, а возобновляемые источники энергии не смогут покрывать нужды человечества. Согласно прогнозу Markets&Markets объем мирового производства водорода, который сейчас составляет $115 млрд, к 2022 году вырастет до $154 млрд. Но в ближайшем будущем массовое внедрение технологии вряд ли произойдет, необходимо еще решить ряд проблем, связанных с производством и эксплуатацией специальных энергоустановок, снизить их стоимость. Когда технологические барьеры будут преодолены, водородная энергетика выйдет на новый уровень и, возможно, будет так же распространена, как сегодня традиционная или гидроэнергетика.

Использование водородного генератора для отопления

Развитие технологий привело к замене классических дровяных печек на котельные агрегаты. В качестве топлива, помимо дров и угля стали использоваться газ, масло, солярка и даже электричество. В последнее время энергию для автономных отопительных систем дополнительно получают с помощью солнечных батарей и геотермальных установок. Учитывая, что неиссякаемым источником энергии является водород, можно попробовать собрать водородный генератор своими руками для получения экологичного топлива.

Водородный генератор своими руками

Принцип работы устройства

Водородный генератор для отопления считается перспективной разработкой, поскольку получать горючее с высокой теплотворной способностью можно из обычной воды. Главная задача — получить чистый водород максимально простым и дешевым способом.

Получение водорода

Традиционно для этих целей используется метод электролиза. Его суть в следующем: в воду, недалеко друг от друга, помещают металлические пластины, которые подключены к источнику высокого напряжения. Вода проводит электрический ток, поэтому при подаче электроэнергии молекулу воды разрывает на составляющие. Высвобождение из каждой молекулы двух атомов водорода и одного атома кислорода позволяет получить так называемый газ Брауна с формулой ННО.

Теплотворная способность газа Брауна составляет 121 МДж/кг. При горении вещества не образуется вредных веществ, а для того, чтобы его использовать в качестве энергоносителя для отопления дома достаточно немного модернизировать стандартный газовый котел. Однако при создании установки для получения водорода своими руками особое внимание следует уделить мерам безопасности — при соединении водорода с кислородом образуется гремучая смесь.

Конструкция генератора

Электролизер, установка для выработки газа Брауна путем электролиза воды в больших объемах, состоит из нескольких ячеек, в которые вмонтированы металлические пластинчатые электроды. Чем больше суммарная площадь поверхности электродов, тем мощнее установка.

Ячейки находятся в герметичной емкости, которая оснащена патрубком для подключения к источнику воды, патрубком для отвода полученного газа, клеммами для подсоединения электропитания. Также генератор снабжен водяным затвором, предотвращающим контакт водорода с кислородом, и защитным клапаном для предотвращения эффекта обратного пламени — газ сгорает только в горелочном устройстве.

Принцип работы водородного генератора

Водородное отопление

Водородное отопление дома требует использования установки с большой площадью электродов, иначе отопительный котел не сможет эффективно нагревать теплоноситель. Применять обычный электролизер, нарастив его габариты, нерентабельно, поскольку на получение водорода будет тратиться больше электроэнергии, чем ушло бы на работу отопительного электрокотла для обогрева дома такой же площади.

Ведутся разработки более эффективных установок для получения водородного топлива без лишних энергозатрат. Известна история американского изобретателя Стенли Мейера, который создал «водородную ячейку», потребляющую в десятки раз меньше электроэнергии по сравнению с традиционными установками. Однако ученому не удалось совершить переворот в современных технологиях — он скоропостижно скончался от отравления, а чертежи установки исчезли.

Над созданием водородного генератора с попытками реализовать идею Мейера трудятся и в технических лабораториях, и в мастерских домашних умельцев во всем мире. Изобретение американского ученого заключалось в создании резонанса раскачивающейся молекулы воды с электрическими импульсами — в этом случае она расщепляется на атомы без использования высокого электрического напряжения.

Радужные перспективы

Водород — крайне перспективный энергоноситель по целому ряду причин:

1. Он в наличии во всей Вселенной, на Земле занимает десятое место по степени распространенности — энергоресурс можно назвать неисчерпаемым.
2. Газ не токсичен, не способен причинить вред живым организмам. Важно лишь предпринимать меры безопасности, чтобы исключить утечку с образованием «гремучей смеси» водорода с кислородом.
3. Продукт горения водорода — обычный водяной пар.
4. Энергоноситель отличается высокой теплоемкостью, температура горения составляет 3000°С.
5. При утечке газа он быстро улетучится, не причинив никакого вреда, поскольку в 14 раз легче воздуха. Но поблизости не должно быть открытого огня или искрящей проводки, иначе гремучая смесь взорвется.
6. Кубический метр водорода обладает теплотворной способностью 13000 Дж.

Преимущества водородного отопления

Водород как энергоноситель — сфера применения

Водород высоко оценивается как энергоноситель и активно используется, к примеру, в качестве топлива для космических ракет. Используются разные способы его получения в промышленных масштабах. В основном это газификация угля или нефтепродуктов, конверсия метана и его гомологов. Такой дешевый водород нельзя рассматривать как экологичное топливо, поскольку его добыча связана с вредными выбросами в атмосферу. Электролиз воды для получения водорода в больших объемах, применяется только в Норвегии, где имеется избыток дешевой электроэнергии.

Компактный электрический газогенератор нашел применение в сфере газорезки. Оборудование, производящее водород, удобнее в использовании по сравнению с баллонным газом — нет необходимости транспортировать тяжелые баллоны, зависеть от поставок сжиженного газа и т.д. Но в угоду удобству была принесена экономия — для электролитического процесса требуется достаточно много электроэнергии, в итоге стоимость энергоносителя существенно возрастает. При этом разница в стоимости купленного и произведенного водорода во многом компенсируется отсутствием затрат на его доставку.

Водородные отопительные котлы

На многих сайтах, посвященных системам отопления, можно встретить информацию о том, что водород составляет достойную конкуренцию природному газу в качестве энергоносителя для отопительного котла. Упор делается на то, что смонтировав генератор водорода, вы получаете возможность тратить на отопление не больше средств, чем на газовое, при этом не придется оформлять множество документов и платить серьезные суммы за подключение дома к центральной газовой сети.

На основании вышеизложенного в статье можно сделать выводы, что себестоимость водорода низка только при его промышленном производстве. То есть, получение топлива электролизом заведомо обойдется дороже, и ориентироваться на завлекательные цифры стоимости килограмма сжиженного водорода не имеет смысла.

Рассмотрим котельное оборудование, представленное на рынке. Выпуском водородных котлов занимается итальянская компания Giacomini, которая специализируется в сфере альтернативной энергетики. Также аналогичные агрегаты изготавливают некоторые китайские компании, успешно скопировавшие технологию.

Водородный котел на твердом топливе

Разработки компании Giacomini направлены на создание отопительного оборудования, которое было бы полностью безопасно для окружающей среды.

Водородный котел этой компании относится к указанной категории — его работа связана с выделением водяного пара, какие-либо вредные выбросы отсутствуют. В качестве энергоносителя используется водород, при этом его добывают путем электролиза.

Однако стоит обратить особое внимание на принцип действия этого котла. Полученный в системе водород не сжигается, он вступает в реакцию с кислородом в присутствии катализатора. В результате выделяется тепловая энергия, которой достаточно для нагрева отопительного контура до 40°С.

То есть, водородные котлы, которые предлагается приобрести по солидной цене, подходят лишь для использования в качестве теплогенератора для контура водяного пола, плинтусного или потолочного отопления.

Можно сделать вывод, что мировые производители котельного оборудования не нашли приемлемого технического решения, чтобы создать эффективный отопительный котел, способный использовать тепловую энергию сжигаемого водорода. Или рассчитали, что такой вариант нерентабелен.

Изготовление генератора собственными силами

В сети Интернет можно найти немало инструкций, как сделать водородный генератор. Следует отметить, что собрать такую установку для дома своими руками вполне реально — конструкция достаточно проста.

Компоненты водородного генератора своими руками для отопления в частном доме

Но что вы будете делать с полученным водородом? Еще раз обратите внимание на температуру горения этого топлива в воздухе. Она составляет 2800-3000°С. Если учесть, что при помощи горящего водорода режут металлы и другие твердые материалы, становится понятно, что установить горелку в обычный газовый, жидкотопливный или твердотопливный котел с водяной рубашкой не получится — он попросту прогорит.

Умельцы на форумах советуют выложить топку изнутри шамотным кирпичом. Но температура плавления даже лучших материалов данного типа не превышает 1600°С, долго такая топка не выдержит. Второй вариант — использование специальной горелки, которая способна понизить температуру факела до приемлемых величин. Таким образом, пока не найдете такую горелку, не стоит начинать монтировать самодельный водородный генератор.

Советы по сборке и эксплуатации генератора

Решив вопрос с котлом, выберите подходящую схему и инструкцию на тему, как сделать водородный генератор для отопления частного дома.

Самодельное устройство будет эффективным только при условии:

• достаточной площади поверхности пластинчатых электродов;
• правильного выбора материала для изготовления электродов;
• высокого качества жидкости для электролиза.

Какого размера должен быть агрегат, генерирующий водород в достаточных количествах для отопления дома, придется определять «на глазок» (на основании чужого опыта), либо собрав для начала небольшую установку. Второй вариант практичнее — он позволит понять, стоит ли тратить деньги и время на монтаж полноценного генератора.

В качестве электродов в идеале используются редкие металлы, но для домашнего агрегата это слишком дорого. Рекомендуется выбрать пластины из нержавеющей стали, желательно ферромагнитной.

Конструкция водородного генератора

К качеству воды предъявляются определенные требования. Она не должна содержать механические загрязнения и тяжелые металлы. Максимально эффективно генератор работает на дистиллированной воде, но для удешевления конструкции можно ограничиться фильтрами для очистки воды от ненужных примесей. Чтобы электрическая реакция протекала интенсивнее, в воду добавляют гидроксид натрия в соотношении 1 столовая ложка на 10 л воды.

Экономический вопрос

Прежде чем начать подробно разбираться, как сделать водородный генератор, желательно вспомнить школьный курс физики. Все преобразования происходят с потерей энергии, то есть, затраты электроэнергии на получение водорода не окупятся тепловой мощностью при сжигании полученного топлива.

Если учесть, что сжигать водород с максимальной температурой и теплоотдачей в домашних условиях попросту невозможно, становится понятным, что реальные потери будут даже выше тех, что рассчитаны для идеальных условий.

Итак, использовать водородный генератор, сделанный для отопления своими руками, не имеет никакого смысла, если у вас нет доступа к бесплатной электроэнергии. Установить для отопления дома электрический котел и тратить электроэнергию напрямую, без сложных преобразований, обойдется вам в 2-3 раза дешевле. Кроме того, электрокотел полностью безопасен, а эксплуатация кустарной установки грозит взрывом при несоблюдении правил монтажа и эксплуатации.

Очевидно, что получение дешевого водорода экологически чистым способом, к которым относится электролиз, — это вопрос будущего, над которым сегодня работают ученые в передовых странах мира.

Как собрать водородный генератор своими руками

Для отопления частного дома используют разные способы. Они различаются между собой как по способу передачи тепла, так и по типу используемого энергоносителя. При использовании водяного отопления выделяют несколько типов котлов в зависимости от вида топлива:

Водородный генератор для отопления частного дома

1. Твердотопливные – используют для работы твердое топливо, которое при сгорании выделяет тепло.
2. Электрические – в таких котлах тепло получают путем преобразования электроэнергии.
3. Газовые – тепло выделяется при сгорании газа.

Если рассматривать газовые котлы, то они в основном работают на природном газе, хотя есть модели и под сжиженный газ, а в последнее время начинают применять в качестве топлива водород, вырабатываемый из воды в специальных устройствах – водородных генераторах.

Принцип работы

Из школьного курса физики известно, что вода при воздействии на нее электрического тока разлагается на две составляющие: водород и кислород. На основании этого явления построен так называемый генератор водорода. Это устройство представляет собой агрегат, в котором происходит электрохимическая реакция для получения из воды водорода и кислорода. Процесс электролиза воды показан на рисунке ниже.

Процесс электролиза воды

На выходе генератора образуется не водород и кислород в чистом виде, а так называемый газ Брауна, по имени ученого, который впервые получил его. Его еще называют «гремучим газом», так как он при определенных условиях взрывоопасен. Причем при сгорании этого газа можно получить почти в четыре раза больше энергии, чем было затрачено на его производство.

Такая установка для производства водорода изображена на рисунке ниже.

Промышленная установка для производства водорода

Плюсы и минусы

Из достоинств такого вида отопления можно выделить следующие:

1. Это экологически чистый вид отопления, так как при сгорании водорода в кислородной среде образуется вода в виде пара, и больше нет выброса никаких вредных веществ в атмосферу.
2. Можно без особых переделок подключить генератор к существующей системе водяного отопления частного дома.
3. Установка работает бесшумно, поэтому не требует какого-то особого помещения.

Недостатки:

1. У водорода большая температура горения, которая в среде кислорода может достигать 3200°С, поэтому обычный котел может выйти из строя очень быстро. В современных устройствах ученые добились результата сгорания газа при температуре 300°С, поэтому проблему можно считать практически решенной.
2. При работе с газом Брауна нужно быть очень осторожным, поскольку он взрывоопасен. Это решается использованием в устройстве различных предохранительных клапанов и автоматики.
3. Требует использования для работы дистиллированной воды или воды со щелочью.
4. Большая стоимость оборудования. Для решения этой проблемы многие пытаются собрать установку для получения водорода своими руками.

Генератор водорода своими руками

Самодельное устройство схематически представляет собой емкость с водой, куда помещены электроды для преобразования воды в водород и кислород.

Для того чтобы своими руками сделать подобное устройство, понадобятся:

1. Лист нержавеющего металла толщиной 0,5-0,7мм. Подойдет нержавейка марки 12Х18Н10Т.
2. Пластины из оргстекла.
3. Резиновые трубки для подвода воды и отвода газов.
4. Листовая бензомаслостойкая резина толщиной 3 мм.
5. Источник напряжения – ЛАТР с диодным мостом для получения постоянного тока. Он должен обеспечивать ток 5-8 ампер.

Сначала нарезают нержавеющие пластины на прямоугольники 200×200мм. Уголки на пластинах нужно срезать для того, чтобы потом стянуть всю конструкцию болтами. В каждой пластине просверливаем отверстие диаметром 5мм, на расстоянии 3см от низа пластин, для циркуляции воды. Также к каждой пластине припаивают провод для присоединения к источнику питания.

Перед сборкой из резины делают кольца с внешним диаметром 200мм и внутренним – 190мм. Еще нужно приготовить две пластины из оргстекла толщиной 2см и размерами 200×200мм, при этом нужно предварительно сделать в них отверстия по четырем сторонам под стягивающие болты М8.

Сборку начинают так: сначала кладут первую пластину, затем резиновое кольцо, промазанное с обеих сторон герметиком, далее следующую пластину и так до последней пластины. После этого необходимо всю конструкцию стянуть с двух сторон с помощью шпилек М8 и пластин из оргстекла. В пластинах просверливаются отверстия: в одной – внизу для подвода жидкости, в другой – вверху для отвода газа. Туда вставляется штуцер. На эти штуцера одеваются медицинские полихлорвиниловые трубки. В итоге должна получиться конструкция, как на рисунке ниже.

Водородный генератор своими руками

Для того чтобы исключить попадание газа обратно в газогенератор, на пути от генератора к горелке необходимо сделать водяной затвор, а еще лучше два затвора.

Конструкция затвора – это емкость с водой, в которую со стороны генератора трубка опущена в воду, а та трубка, что идет к горелке, выше уровня воды. Схема генератора водорода с затворами изображена на рисунке ниже.

Схема генератора водорода с водяными затворами

В электролизере – герметичной емкости с водой с опущенными электродами при подаче напряжения начинает выделяться газ. По трубке 1 он подается к 1 затвору. Конструкция водяного затвора устроена таким образом, как видно из рисунка, что газ может двигаться только в направлении от электролизера к горелке, а не наоборот. Этому мешает разная плотность воды, которую нужно преодолеть на обратном пути. Далее по трубке 2 газ движется к 2 затвору, который предназначен для большей надежности системы: если вдруг по какой-то причине не сработает первый затвор. После этого газ подается к горелке с помощью трубки 3. Водяные затворы являются очень важной частью устройства, поскольку препятствуют движению газа в обратную сторону.

При попадании газа обратно в электролизер может произойти взрыв устройства. Поэтому ни в коем случае нельзя эксплуатировать прибор без водяных затворов!

Эксплуатация

После сборки можно начинать испытания прибора. Для этого на конце трубки устанавливают горелку из медицинской иглы и начинают заливать воду. В воду нужно добавить KOH или NaOH. Вода должна быть дистиллированная или талая на крайний случай. Для работы устройства достаточно 10% концентрации щелочного раствора. При заливке воды не должно быть никаких подтеков. Лучше всего перед заливкой продуть конструкцию воздухом, давлением до 1атм. Если водородный генератор выдерживает это давление, то можно заливать воду, если нет, нужно устранить протечки.

После этого к электродам по схеме подсоединяют ЛАТР с диодным мостом. В цепь устанавливают амперметр и вольтметр для контроля работы. Начинают с минимального напряжения и потом постоянно увеличивают, наблюдая за газовыделением.

Предварительно работы лучше проводить на открытом воздухе вне дома. Поскольку установка взрывоопасна, все работы следует проводить с особой осторожностью.

При испытаниях наблюдают за работой прибора. Если имеет место маленькое пламя горелки, то может быть или низкое газовыделение в генераторе, или где-то происходит утечка газа. Если раствор помутнел, грязный, его нужно заменить. Также необходимо следить, чтобы прибор не перегревался, а вода не закипела. Для этого регулируют напряжение на источнике тока. И еще одно – пластины при нагревании немного деформируются и могут прилипать одна к одной. Чтобы это исключить, нужно сделать прокладки из резины. Могут также наблюдаться плевки водой – для устранения этого нужно уменьшить уровень воды.

Генератор в системе отопления

После того как проведены испытания можно подсоединять установку к газовому котлу дома. Для этого котел нужно немного переделать, а именно своими руками сделать жиклер с отверстием меньшего диаметра, чем у заводского, рассчитанного на природный газ. Генератор в собранном виде изображен на рисунке ниже.

Генератор водорода в собранном виде

В систему отопления частного дома обязательно должна быть залита вода. Пламя горелки может расплавить котел, если там не будет воды.

После этого регулируют подачу воды в устройство и начинают устранять пробки в системе отопления дома. Затем с помощью регулировки подачи воды и напряжения питания настраивают работу котла.

При эксплуатации установки в течение отопительного сезона проводят окончательное испытание, в ходе которого решаются несколько вопросов:

1. Хватает ли газа для отопления дома. Если его недостаточно, то можно своими руками сделать установку большей производительности.
2. Насколько хорошо работает котел на водороде, то есть насколько котел долго прослужит.
3. Стоимость такого отопления – для этого можно завести журнал, в котором вести подсчеты расходов на отопление и температуры в доме и на улице во время работы котла. На основании этих данных потом можно сделать вывод, насколько выгодно отапливать дом водородом.

На основании этих данных можно к следующему отопительному сезону подготовиться более основательно. Во время эксплуатации можно увидеть, что нуждается в усовершенствовании, может какую-то часть устройства нужно переделать. Возможно, в переделке и модернизации нуждается сам котел, для того чтобы он не вышел быстро из строя. Также если в дальнейшем планируется пользоваться устройством, может, есть смысл приобрести дистиллятор для воды?

Видео про генератор

Как сделать водородный генератор своими руками без электричества, можно узнать из этого видео.

Главный вопрос, который интересует многих, – настолько дорого или дешево обходится такое отопление? Это можно узнать, если вести статистику во время отопительного сезона. Причем необходимо подбивать все затраты, такие как стоимость дистиллированной воды, стоимость щелочи, расходы на электричество, на ремонт котла и на изготовление установки. На основании этого можно принимать решение, подходит такой вид отопления для дома или нет.

Как своими руками собрать водородный генератор: рекомендации по изготовлению

В последние десятилетия человечество стало считать наиболее доступным и экологичным топливом природный газ. Но хорошей альтернативой ему является водород, который получают в процессе электролиза. Требуемую для производства данного газа воду мы получаем практически бесплатно. Если еще своими силам соорудить эффективный генератор для ее расщепления, то экономия будет более существенной. Но это сложная задача, поэтому пока не удается создать максимально эффективный агрегат.

С помощью этой статьи мы хотим предоставить вам ценную информацию по поводу самостоятельной сборки данного аппарата. Ознакомившись с данным материалом, вы сможете гарантированно сделать своими руками уникальную и безотказную установку для извлечения водорода из воды. Благодаря этому можно будет решить проблему с твердотопливным отоплением, если ваш дом не подключен к системе газоснабжения.

1. Способ извлечения водорода из H₂O
2. Конструкция водородного генератора
3. Автономное водородное отопление
4. Самостоятельное изготовление водородного генератора
5. Дополнительные модули
6. Критерии качества установки
7. Генератор заводского изготовления
8. Выводы

Способ извлечения водорода из H₂O

На школьных уроках химии практически все делали опыты, связанные с извлечением водорода из воды. В этой науке существует понятие – электролиз. Благодаря этому процессу удается получать из воды водород. Кроме того, с его помощью изготавливают различные сплавы и более чистые металлы.

В простом варианте генератор водорода – это резервуар с водой, в которую помещены два пластинчатых электрода. К ним подается электричество. Вода хорошо проводит электроток, поэтому между этими пластинами образуется контакт с небольшим сопротивлением. В процессе прохождения электричества сквозь воду из неё выделяется водород.

Вроде бы всё достаточно просто, поэтому остаётся только собрать и отвести водород к котлу отопления. Но выделенный водород может соединиться с кислородом, в итоге получится взрывоопасная смесь (при достижении определенной степени концентрации). Это один из основных недостатков данной технологии извлечения водорода из воды.

Конструкция водородного генератора

Собирают генераторы водорода чаще с помощью известной всем схемы Брауна. Данный аппарат состоит из группы ячеек, в каждой из них предусмотрены пластинчатые электроды. Производительность аппарата определяется суммарной площадью каждого электрода.

Ячейки надежно изолируют от внешней среды, после чего их опускают в ёмкость. На корпус емкости выводят патрубки для отвода газообразного водорода, а также устанавливают разъем для подключения электропитания.

В этой схеме еще предусмотрены водяной затвор и обратный клапан. Данные элементы позволяют защитить аппарат от обратного тока газообразного водорода. Данная установка теоретически подходит для обеспечения горючим автономной системы отопления.

Автономное водородное отопление

Соорудить генератор водорода для обеспечения горючим котел отопления частного дома – не очень рентабельное решение. Генерация водорода требует большое количество электроэнергии, поэтому нужны деньги. Стоимость электричества постоянно растет, это делает данный способ неэффективным.

Тем не менее, многие стараются создать малозатратный водородный генератор. Практически каждый день появляются новые решения в этой области. Ознакомиться с ними можно на различных тематических ресурсах, форумах и т.д.

Для сборки агрегата нужно:

1. Подготовить герметичную и очень надёжная ёмкость.
2. Сделать прочные трубчатые или пластинчатые электроды.
3. Собрать безотказный блок управления напряжением и током.
4. Сделать дополнительные модули для эффективной работы аппарата.
5. Подобрать необходимые шланги, провода и элементы крепления.

Для сборки потребуются также инструменты, в том числе специальное оборудование. К примеру, нужен будут частотомер. После подготовки всего необходимого, можно браться за сборку водородного агрегата для обогрева частного дома. При этом нужно соблюдать все пункты технологии сборки, иначе вы изготовите аппарат сомнительного качества.

Самостоятельное изготовление водородного генератора

Первым делом требуется собрать ячейку для эффективного электролиза. По размерам она должна быть немного меньше внутренних размеров емкости установки. Высотой этот блок должен быть примерно 2/3 высоты резервуара агрегата (должен находится постоянно в воде).

Данную ячейку можно изготовить с помощью текстолита или оргстекла (толщиной 5-7 мм). Из этих материалов вырезают пять пластин нужного размера. После чего их качественно склеивают эпоксидным клеем в прямоугольник, при этом нижняя часть короба должна быть открытой.

В верхней части короба проделают необходимо количество отверстий для вывода хвостовиков электродов, одно отверстие делают для датчика уровня воды и еще одно (10-15 мм) для отвода водорода к точке (точкам) потребления.

Затем в короб устанавливают пластины электродов, контакты которых выводят в отверстия. Потом устанавливают датчик уровня воды на отметке 80% заполнения ячейки. Далее все переходы в пластине (кроме отвода газа) заливают диэлектрическим клеем.

После чего в отверстие для отвода газообразного водорода устанавливают штуцер (используют уплотнители или клей). Готовую ячейку генератора устанавливают внутри его корпуса, после чего верх установки хорошо герметизируют (можно также использовать эпоксидную смолу).

Но перед размещением ячейки в генераторе требуется:

• сделать подвод для подачи воды к дну резервуара;
• изготовить верхнюю герметичную крышку с элементами крепления;
• подобрать качественный материал для уплотнения соединений;
• закрепить на крышке агрегата клеммник;
• установить на крышке водородный коллектор.

В итоге получится частично готовый к эксплуатации агрегат, после чего необходимо:

1. Генерирующую ячейку разместить внутри емкости.
2. Электроды подсоединить к разъему крышки.
3. Штуцер для отвода водорода подключить к коллектору.
4. Крышку надеть на резервуар и хорошо закрепить.

После чего нужно подключить к агрегату воду и подсоединить к нему остальные модули. Только после этого можно проверять работу генератора.

Дополнительные модули

Самодельный аппарат необходимо оснастить вспомогательными модулями. К примеру, модулем подачи воды, к которому должен подключаться датчик уровня воды. Проще говоря датчик должен включать и выключать насос, когда это требуется. Это позволит устройству бесперебойно работать.

В простом варианте данный модуль состоит из электронасоса и контроллера. Последний элемент управляет помпой за счет сигналов датчика, который подает их в соответствие с уровнем заполнения водой топливной ячейки.

Нужно также установить устройство для регулировки частоты электротока и напряжения, чтобы топливная ячейка работала в требуемом режиме. В конструкции электрического модуля необходимо предусмотреть: стабилизатор напряжения и приборы защиты от перегрузки. Благодаря этому рабочие электрические элементы прослужат дольше.

В простом варианте водородный коллектор – это трубка, оснащенная вентилем, манометром и обратным клапаном. От него извлеченный из воды газообразный водород отводится через обратный клапан, поэтому его фактически сразу же можно подавать к котлу отопления.

В действительности всё намного сложнее. Водород – взрывоопасный газ, поэтому сразу же подавать его к прибору отопления нельзя.

После подключения необходимого дополнительного оборудования и проверки работы аппарата, можно подсоединять его к приборам отопления и запускать в постоянную эксплуатацию.

Критерии качества установки

Соорудить самостоятельно качественный производительный аппарат очень сложно. Часто под рукой не всегда имеется требуемый для изготовления электродных пластин металл. Срок службы электродов зависит от типа используемого в них металла. Можно воспользоваться простой нержавейкой, но рабочие элементы из нее прослужат недолго.

Большое значение имеют размеры и основные технические параметры установки. Нужно точно рассчитать габариты всех элементов, мощность устройства, требуемый объем воды и другие параметры.

Например, если зазор между электродами будет больше, то генератор не будет нормально работать (его мощность будет в разы меньше расчетной). В результате электричество будет использоваться неэффективно, соответственно и деньги будут уходить на ветер.

Сечение проводов для соединения рабочие элементов с питающей электросетью тоже имеет большое значение. Это относится к безопасности аппарата, но это тоже требуется учитывать в ходе его сборки.

Для безопасной эксплуатации агрегата необходимо обязательно предусмотреть в его конструкции водяной затвор, чтобы водород обратно не поступал в резервуар аппарата. В результате смешения водорода с кислородом образуется опасная гремучая смесь, возгорание которой часто приводит к печальным последствиям (к взрыву, пожару, травмированию людей или к их смерти).

Генератор заводского изготовления

В плане заводского производства технологии сборки бытовых генераторов водорода тоже постоянно улучшаются. Например, сегодня выпускают бытовые агрегаты мощностью не более 1 кВт. Данные установки позволяют обеспечить топливом небольшие котлы отопления.

Также выпускают аппараты для использования в составе кондоминиумов. Эти мощные генераторы (5-7 кВт) предназначены для отопления зданий и генерации электроэнергии. Комбинированный вариант с каждым годом становиться все более востребованным во многих странах. Данные агрегаты отличаются повышенным КПД и меньшим количеством выброса CO2.

Предприятия РФ сегодня тоже производят данное оборудования. К примеру, «Норильский никель» взялся за изготовление водородных аппаратов (включая бытовые). Это делает компанию перспективной на многие годы.

Планируются применение следующих рабочих элементов:

• протонно-обменных мембранных;
• ортофосфорно-кислотных;
• протонно-обменных метанольных;
• щелочных;
• твердотельных оксидных.

Электролиз – это обратимый процесс, поэтому с его помощью можно нагревать воду без выделения и сжигания водорода. Этот факт позволяет разработать новые технологии в плане горячего водоснабжения и отопления зданий.

Выводы

Бытовые водородные установки, собранные своими руками пока что не очень эффективны. Достаточно посмотреть на предложенные любителями варианты в глобальной сети. Поэтому остаётся надеяться на науку и промышленность, думаем уже очень скоро появятся недорогие и мощные аппараты для выделения водорода из обычной воды. Это позволит человечеству решить глобальную проблему с поиском безопасного источника энергии. Благодаря этому можно будет с оптимизмом смотреть в ближайшее будущее.

Нашей стране тоже необходимо думать об этом, так как со временем наши запасы природного газа и нефти закончатся, а это серьезно ударит по нашей сырьевой модели экономики. Об этом руководство страны должны всегда думать.

Как сделать водородный генератор? Детальное описание процесса сборки устройства

Дата публикации: 14 июня 2019

• Особенности получения водорода, на котором работает генератор
• Как собрать водородный генератор своими руками? Схема устройства и рекомендации по сборке

Уменьшение мировых ресурсов природного газа заставило человечество искать другие варианты энергоносителей — недорогих, доступных и эффективных. В числе наиболее перспективных вариантов – водород. Один из главных химических элементов в составе простой воды сгорает, выделяя в три раза больше тепла, чем дает природный газ. Его природные запасы неисчерпаемы, а вред для окружающей среды при сгорании — нулевой. Те, кто хочет на личном опыте убедиться в преимуществе альтернативного тепла, могут самостоятельно сделать водородный генератор и использовать его для отопления дома в зимнее время.

Особенности получения водорода, на котором работает генератор

При всех своих многочисленных достоинствах, водород имеет существенный недостаток – он встречается в природе только в виде химических соединений. Для получения чистого вещества нужно найти дешевый и эффективный способ его извлечения. Наиболее доступный источник водорода – обычная вода, где вещество находится в окисленном виде. После многолетних поисков и опытов удалось найти техническое решение для расщепления воды методом электролиза. Специальные устройства – электролизеры – сегодня применяются в ходе газосварочных работ, где воздействие на металл осуществляется с помощью горячей газовой смеси.

Принцип действия сварочного аппарата наглядно иллюстрирует эффективность и высокую теплоотдачу водорода. На металлические пластины устройства, погруженные в воду, подается электрический ток. Реакция электролиза расщепляет воду на кислород и чистый водород с паром. Последний отделяют от чистого вещества в сепараторе, после чего газ поступает на сжигание. Выделяемая тепловая энергия с легкостью разрезает даже твердый металлический сплав.

Главное условие бесперебойной работы электролизера – постоянное пополнение запасов воды для последующего хода процесса электролиза. Специальный датчик замеряет ее уровень, давая сигнал на впрыск дополнительного объема по мере уменьшения рабочего запаса жидкости. Чтобы избежать резкого возрастания давления и возгорания устройства, в конструкции предусмотрены аварийный выключатель и дополнительный клапан для избыточного давления. Исключить случайное воспламенение водорода в случае его обратного хода позволяет наличие специального клапана, направляющего газ только в одну сторону.

Как собрать водородный генератор своими руками? Схема устройства и рекомендации по сборке

Многочисленные варианты водородных генераторов для отопления частного дома, созданных домашними умельцами, часто оказываются неэффективны и не всегда выдерживают критику в плане соотношения затрат и фактической экономии на отоплении. Но есть и исключения. Ниже представлена схема устройства, которое можно изготовить в домашних условиях. Оно успешно проверено на практике и готово стать новым источником тепла в доме.

Согласно представленному чертежу, электролизер водородного генератора своими руками собран из нескольких металлических пластин, стянутых болтами в единую конструкцию. Изоляционные прокладки и наружные детали изготовлены из диэлектрика. В обкладку вмонтирован штуцер, от которого идет труба для подачи газовой смеси последовательно в каждый из двух сосудов с водой. В них происходит накопление и очистка водорода для его последующей подачи на сгорание под давлением. Повысить эффективность реакции электролиза удается за счет пластин из нержавеющей стали с титановым покрытием. Такой металлический сплав выступает катализатором химической реакции расщепления воды на составляющие элементы.

Размеры металлических электродов могут выбираться произвольно. Но стоит помнить: чем больше их площадь, тем выше будет производительность устройства. С другой стороны, обслуживание слишком крупного генератора в домашних условиях крайне затруднено. Большое количество электродов дает быстрое и эффективное расщепление воды, но при этом – потребляет больше электроэнергии. Ток подается через провода, подключенные к источнику питания. Можно поработать с напряжением, подавая его разные объемы через регулируемый блок питания и отмечая результат каждого изменения.

В качестве емкости для электролизера можно использовать пластиковый бак водяного фильтра или любое другое аналогичное приспособление достаточного объема, чтобы в нем можно было разместить систему электродов. Важно, чтобы конструкция закрывалась плотной крышкой – для удачного протекания реакции электролиза герметизация системы обязательна. Все провода и трубки подводятся и выводятся из устройства через небольшие отверстия в крышке.

После сборки конструкции согласно предлагаемой схеме следует протестировать ее с соблюдением требований личной и противопожарной безопасности. Обязательно стоит предусмотреть контроль необходимого уровня воды, чтобы своевременно пополнять ее запасы.

• Снять «пенку» в виде энергии с поверхности океана
• Проект морской волновой электростанции
• Мощная универсальная бесплотинная микро–ГЭС своими руками
• Вода как альтернативное топливо

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.