Электролизер для насыщения воды водородом своими руками. Водородный генератор своими руками: пошаговая инструкция

Дата: 06.04.2020

Hydrogenium (Н2), «порождающий воду» - самый распространённый элемент мироздания. По утверждению учёных, на его долю приходится почти 90% всех атомов Вселенной. Водород, в ходе реакции термоядерного синтеза обеспечивающий энергией наше Солнце, может послужить прекрасным топливом и на Земле. Это единственное абсолютно безвредное, экологически чистое топливо: при сгорании газа он вступает в химическую реакцию с кислородом, а продуктом сгорания является дистиллированная вода. Hydrogenium - идеальное во всех отношениях топливо, которое прекрасно подходит в том числе для отопления дома. Причём под водородный котел отопления можно переоборудовать обычный газовый, внеся лишь небольшие изменения в его конструкцию. Одна беда: несмотря на распространённость водорода (мы сами наполовину из него состоим), на нашей планете в чистом виде он почти не встречается. В открытой продаже этого газа нет, где же его взять в достаточном количестве? Интернет даёт нам чёткий и ясный ответ: купить либо собрать самому генератор водорода для отопления дома.

Технологии получения чистого водорода

Существует множество технологий получения водорода. Упомянем лишь те из них, которые находят практическое применение вне стен лабораторий:

Химическая реакция воды с металлами. Топливом служит вода, реагентом - алюминиево-галлиевый сплав. 150 кг топливных элементов хватает, чтобы проехать 500 км на «водородомобиле», затем металл приходится извлекать и отправлять на восстановление, что требует воздействия высоких температур.
Конверсия природного газа, газификация угля, пиролиз древесины. Путём нагрева свыше 1000 ºС из углеводородов можно получить чистый водород для отопления дома.
Электролиз воды. Более эффективным является высокотемпературный электролиз.
Получение водорода из биомассы. Сырьём может служить навоз, сено, трава, водоросли и другие отходы сельскохозяйственного производства. Биогаз может содержать от 2 до 12% водорода.
«Мусорный» водород получают из бытовых отходов, подвергая их термическому разложению.

Домашние генераторы водорода

Как видно из предыдущего раздела, большинство технологических процессов по промышленному получению водорода связаны с воздействием высоких температур, что проблематично в домашних условиях. Рассмотрим водородные установки для отопления, доступные в частном хозяйстве:

Водород из навоза

Биогазовые установки, коих немало в Западной Европе, начинают появляться и у отечественных аграриев. Кустарные биогазовые реакторы, о которых рассказывают в интернете «мастера-очумелые ручки» не отличаются ни производительностью, ни стабильностью генерации. Эффективными являются лишь довольно сложные и недешёвые установки при условии стабильного поступления в них сырья. Это нереально осуществить на мелком частном подворье, но возможно в крепком фермерском хозяйстве. Водород является лишь побочным продуктом при производстве биогаза и, как правило, его не отделяют, сжигая вместе с метаном. Но при необходимости Н2 можно сепарировать.

Принципиальная схема биогазовой установки. Чтобы процесс выработки горючих газов был интенсивным, сырьё ферментируют и периодически перемешивают

Водород из воды

Электролизная водородная установка для отопления дома - единственное на сегодняшний день решение, доступное для частного дома. Электролизер компактен, прост в обслуживании, его можно установить в небольшом помещении. Сырьё для получения топлива - водопроводная вода. Есть ряд именитых производителей, которые предлагают подобные домашние генераторы водорода для отопления дома и заправки автомобиля. К примеру, с 2003 года компания Honda выпускает Home Energy Station, сегодня в продаже уже третье поколение. HES III снабжена солнечными панелями, может устанавливаться в гараже либо на улице.

Home Energy Station - весьма недешёвая установка, способная производить до 2 м2 водорода в час из природного газа либо электролизом воды. В состав станции входит риформер, топливные элементы, система очистки, компрессор и резервуар для хранения газа. Электроэнергия может поступать из сети либо вырабатываться солнечными панелями

Помимо «фирменного» оборудования, которое, кстати, официально в страны СНГ никто не поставляет, сегодня широко рекламируются генераторы Н2, произведенные нашими друзьями в Поднебесной либо таджикскими коллегами в отечественных гаражах. Уровень качества и производительность - разные, от никакого до условно приемлемого. Продавцы подобного оборудования, в отличие от более-менее честных японцев, не обещающих манны небесной, используют «грязные» рекламные технологии, откровенно обманывая потенциальных покупателей на предмет характеристик своего оборудования, продающегося по завышенным ценам.

Полукустарная установка для выработки водорода

На околостроительных интернет-форумах широко обсуждается отопление на водороде своими руками, предусматривающее самостоятельное изготовление электролизера. Это возможно и даже не очень сложно, если домашний мастер владеет азами электротехники и руки у него растут, откуда положено. Насколько эффективно и безопасно - отдельный вопрос.

Другой вопрос, что получить топливо - это лишь часть задачи. Необходимо обеспечить его генерацию в нужных объёмах, отделить от кислорода и водяного пара, создать запас, обеспечить постоянное давление при подаче в теплогенератор.

Сколько стоит килограмм водорода

Средняя себестоимость 1 кг водорода, в зависимости от технологии его получения, по данным лаборатории INEEL, следующая:

Химическая реакция - 700 рублей при стандартном методе восстановления реагента и 320 - при использовании энергии АЭС.
Электролиз от промышленной сети - 420 рублей. Данные справедливы для «фирменных», сбалансированных электролизеров. У кустарного изделия показатели заведомо ниже.
Производство из биомассы - 350 рублей.
Конверсия углеводородов - 200 рублей.
Высокотемпературный электролиз на АЭС - 130 рублей.

Из этих цифр видно, что дешевле всего производить водород на атомных электростанциях, где важный ресурс - высокая температура, является побочным продуктом основного производства. Водородная энергетика от возобновляемых источников также себя не окупает в связи с высокой стоимостью оборудования. А что же водородное отопление дома на основе компактной установки? Нужно понимать, что закон сохранения энергии обойти невозможно. Для того, чтобы выделить Н2 в электролизере, придётся затратить определённое количество электрической энергии. Чтобы её получить, на ТЭЦ сожгли ископаемое топливо либо энергию выработала ГЭС. Затем электричество передали по проводам. На всех стадиях процесса происходят неизбежные потери и полученное в конце количество потенциальной тепловой энергии будет априори ниже, чем вначале.

Выгодно ли отапливать дом водородом

Продавцы компактных генераторов водорода убеждают покупателей в необычайной дешевизне отопления дома водородом. Якобы это даже выгоднее, чем топить газом. Мол, вода, которую заливают в установку, ничего не стоит, об остальных затратах умалчивают. Такие обещания оказывают магическое действие на некоторых наших сограждан, обожающих халяву. Но давайте не будем уподобляться Буратино и, прежде чем ступить в Страну дураков, выясним, почём на самом деле обходится водородное отопление дома.

Средняя отпускная цена природного газа для населения на нужды отопления и для выработки электроэнергии - 4,76 руб/м3. В 1 м3 содержится 0,712 кг. Соответственно, 1 кг природного газа стоит 6,68 рубля. Средняя теплотворная способность природного газа - 50 000 кДж/кг. У водорода - намного выше, 140 000 кДж/кг. То есть, для того чтобы получить количество тепловой энергии, равное той, что образуется при сгорании 1 кг водорода, потребуется 2,8 кг природного газа. Его стоимость - 13,32 рубля. Теперь сравним показатели стоимости тепловой энергии, полученной от сжигания 1 кг водорода, полученного в хорошем заводском электролизере и от 2,8 кг природного газа: 420 рублей против 13,32. Разница - поистине чудовищная, в 31,5 раз! Даже по сравнению с самым дорогим из традиционных видов отопления - электрическим, водород даже близко не может конкурировать, он обходится в 4 раза дороже! Ту электроэнергию, которая будет потрачена на работу электролизера, лучше использовать для работы нагревательных электроприборов, толку будет не в пример больше.

Что касается перспектив водородной энергетики, то они есть, но успех связан с перспективными промышленными технологиями, которых ещё не придумали. Бытовые генераторы водорода и водородомобили однозначно убыточны как минимум на ближайшие десятилетия. Их весьма ограниченное использование в некоторых странах возможно лишь благодаря серьёзным государственным дотациям в рамках экспериментальных экологических программ.

Memento mori - пару слов о технике безопасности

Водород - горючий взрывоопасный газ. При этом не обладающий запахом, определить его утечку без специального оборудования невозможно. Обращение со столь опасным видом топлива требует особых мер безопасности. Необходимо периодически осуществлять проверку герметичности трубопроводов, накопительных резервуаров, исправность запорной арматуры. Генератор H2 - не такой простой прибор, как может показаться из коротких видеороликов. Это потенциальная бомба, которая может разнести ваш дом. Переоборудовать газовый под водородный котел отопления своими руками - также опасно.

Самодельный водородный котел отопления, кое-как переделанный из старого дровяного и генератор водорода для отопления дома, собранный на коленке и небезопасный. Авторы ролика говорят о необычайной эффективности установки, не называя никаких цифр и предлагая заказать у них аналогичную по сходной цене

Развенчиваем мифы о экономичности водородных котлов

Если экономические выкладки вас не убедили, и вы всё же решите поэкспериментировать с темой водородного отопления себе в убыток, настоятельно рекомендуем не заниматься самодеятельностью, а пригласить специалистов, имеющих опыт в данной сфере деятельности. Таких, кстати, в нашей стране очень немного.

Запасы нефти подходят к концу, что вынуждает человечество искать альтернативные источники энергии, способные заменить «черное золото». Одним из решений является применение водородного двигателя, отличающегося меньшей токсичностью и большим КПД. Главное то, что запас сырья для производства горючего почти неограничен.

Когда появился водородный двигатель для автомобиля? В чем особенности его устройства, и каков принцип действия? Где применяется такая технология? Реально ли сделать такой мотор своими руками? Эти и другие вопросы рассмотрим ниже.

Когда появился водородный двигатель, основные компании, ведущие его разработку

Интерес к применению водорода появился еще в 70-х годах в период острого дефицита топлива. Первым современным разработчиком, который представил двигатель для автомобиля работающий на водороде, стал концерн Toyota. Именно он в 1997 году выставил на всеобщее обозрение внедорожник FCHV, который так и не пошел в серийное производство.

Несмотря на первую неудачу, многие компании продолжают исследования и даже производство таких автомобилей. Наибольших успехов добились концерны Тойота, Хендай и Хонда. Разработки ведут и другие компании - Фольксваген, Дженерал Моторз, БМВ, Ниссан, Форд.

В 2016 году появился первый поезд на водородном топливе, являющийся детищем немецкой компании Alstom. Планируется, что новый состав Coranda iLint начнет движение в конце 2017 года по маршруту из Букстехуде в Куксхавен (Нижняя Саксония).

В будущем планируется заменить такими поездами 4000 дизельных составов Германии, перемещающихся по участкам дорог без электрификации.

Интерес к покупке Coranda iLint уже проявила Норвегия, Дания и другие страны.

Особенности водорода как топлива для двигателя

В ДВС бензин смешивается с воздухом, после чего подается в цилиндры и сгорает, в результате чего происходит перемещение поршней и движение транспортного средства.

Применение водорода в виде топлива имеет ряд нюансов:

После сжигания топливной смеси на выходе образуется только пар.
Реакция воспламенения происходит быстрее, чем в случае с дизельным топливом или бензином.
Благодаря детонационной устойчивости, удается поднять .
Теплоотдача водорода на 250% выше, чем у топливно-воздушной смеси.
Водород - летучий газ, поэтому он попадает в мельчайшие зазоры и полости. По этой причине немногие металлы способны перенести его разрушительное влияние.
Хранение такого топлива происходит в жидкой или сжатой форме. В случае пробоя бака водород испаряется.
Нижний уровень пропорции газа для вхождения в реакцию с кислородом составляет 4%. Благодаря этой особенности, удается настроить режимы работы мотора путем дозирования консистенции.

С учетом перечисленных нюансов применять H 2 в чистом виде для двигателя внутреннего сгорания нельзя. Требуется внесение конструктивных изменений в ДВС и установка дополнительного оборудования.

Устройство водородного двигателя

Автомобили с двигателем работающем на водороде делятся на несколько групп:

Машины с 2-мя энергоносителями. Они обладают экономичным мотором, способным работать на чистом водороде или бензиновой смеси. КПД двигателя такого типа достигает 90-95 процентов. Для сравнения дизельный мотор имеет коэффициент полезного действия на уровне 50%, а обычный ДВС - 35%. Такие транспортные средства соответствуют стандарту Евро-4.
Автомобиль со встроенным электродвигателем, питающим водородный элемент на борту транспортного средства. Сегодня удалось создать моторы, имеющие КПД от 75% и более.
Обычные транспортные средства, работающие на чистом водороде или топливно-воздушной смеси. Особенность таких двигателей заключается в чистом выхлопе и увеличении КПД еще на 20%.

Как отмечалось выше, конструкция мотора, работающего на H 2 , почти не отличается от ДВС за исключением некоторых аспектов.

Главной особенностью является способ подачи горючего в камеру сгорания и его воспламенения. Что касается преобразования полученной энергии в движение КШМ, процесс аналогичен.

Принцип работы

Принцип работы водородных двигателей стоит рассмотреть применительно к двум видам таких установок:

Моторы внутреннего сгорания;
Двигатели на водородных элементах.

Водородные моторы внутреннего сгорания

В ДВС из-за того, что горение бензиновой смеси осуществляется медленнее, топливо попадает в камеру сгорания раньше достижения поршнем своей верхней точки.

В водородном двигателе, благодаря мгновенному воспламенению газа, удается сместить время впрыска до момента, пока поршень начнет возвратное движение. При этом для нормальной работы мотора достаточно небольшого давления в топливной системе (до 4-х атмосфер).

В оптимальных условиях водородный мотор способен работать с питающей системой закрытого вида. Это значит, что в процессе образования смеси атмосферный воздух не применяется.

После завершения такта сжатия в цилиндре остается пар, который направляется в радиатор, конденсируется и становится водой.

Реализация варианта возможна в случае, если на машине смонтирован электролизер - устройство, обеспечивающее отделение водорода от H 2 O для последующей реакции с O 2 .

Воплотить в реальность описанную систему пока не удается, ведь для нормальной работы двигателя и снижения силы трения применяется масло.

Последнее испаряется и является частью отработавших газов. Так что применение атмосферного воздуха при работе водородного двигателя пока необходимо.

Двигатели на водородных элементах

Принцип действия таких устройств построен на протекании химических реакций. Кожух элемента имеет мембрану (проводит только протоны) и электродную камеру (в ней находится катод и анод).

В анодную секцию подается H 2 , а в катодную камеру - O 2 . На электроды наносится специальное напыление, выполняющее функцию катализатора (как правило, платина).

Под действием каталитического вещества происходит потеря водородом электронов. Далее протоны подводятся через мембрану к катоду, и под влиянием катализатора формируется вода.

Из анодной камеры электроны выходят в электрическую цепь, подключенную к мотору. Так формируется ток для питания двигателя.

Где использовались водородные топливные элементы?

Особенность топливных элементов водородного типа -способность производить энергию для электрического мотора. Как результат, система заменяет ДВС или становится источником бортового питания на транспортном средстве.

Впервые топливные элементы были использованы в 1959 году компанией из США.

Если говорить в целом, топливные элементы применяются:

Также водородные топливные элементы нашли применение на вилочных погрузчиках, велосипедах, скутерах, мотоциклах, тракторах, автомобилях для гольфа и другой технике.

Преимущества и недостатки

Чтобы понять особенности и перспективы водородного двигателя в автомобиле, стоит знать его плюсы и минусы. Рассмотрим их подробнее.

ЭКОЛОГИЧНОСТЬ . Внедрение водородного двигателя - возможность забыть о проблеме загрязнения окружающей среды. При глобальном переходе на этот вид топлива удастся снизить парниковый эффект и, возможно, спасти планету. Экологичность новых разработок подтверждена компанией Тойота. Работники концерна доказали, что выхлоп из машины безопасен для здоровья. Более того, выходящую воду можно пить, ведь она дистиллирована и очищена от примесей.
ОПЫТ РАЗРАБОТОК . Известно, что водородный двигатель создан давно, поэтому с его применением на автомобилях проблем быть не должно. Если углубится в историю, первое подобие мотора на водороде в начале XIX века удалось создать Франсуа Исаак де Ривазу - конструктору из Франции. Кроме того, в период блокады Ленинграда на новый вид топлива было переведено почти 500 машин.
ДОСТУПНОСТЬ . Не менее важный фактор в пользу H 2 - отсутствие дефицита. При желании этот вид топлива можно получать даже из сточных вод.
ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ В РАЗНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВКАХ . Существует мнение, что водород используется только в ДВС. Это не так. Новая технология задействована при создании топливного элемента, с помощью которого удается получить электрический ток и запитать электромотор транспортного средства. Преимущества заключаются в безопасности и отсутствии ископаемых элементов, что исключает загрязнение окружающей среды. На современном этапе такая схема считается наиболее безопасной и пользуется наибольшим спросом у разработчиков.

Также к плюсам стоит отнести:

Минимальный уровень шума;
Улучшение мощности, приемистости и других параметров двигателя;
Большой запас хода;
Низкий расход горючего;
Простота обслуживания;
Высокий потенциал применения в виде альтернативного топлива.

Недостатки водородного двигателя:

Кроме уже рассмотренных выше, стоит выделить еще ряд недостатков:

Опасность пожара или взрыва.
Риски для планеты, ведь увеличение объема водорода может привести к непоправимым последствиям для озонового слоя.
Увеличение веса машины из-за применения мощных АКБ и преобразователей.
Наличие проблем с хранением водородного топлива - под высоким давлением или в сжиженном виде. Исследователи еще не пришли к единому выводу, какой из вариантов лучше.

Опасность водородного топлива

В рассмотренных выше недостатках упоминалось об опасности применения водородного топлива для двигателя. Это главный минус новой технологии.

В сочетании с окислителем (кислородом) возрастает риск воспламенения водорода или даже взрыва. Проведенные исследования показали, что для воспламенения H 2 достаточно 1/10 части энергии, необходимой для зажигания бензиновой смеси. Другими словами, для вспыхивания водорода хватит и статической искры.

Еще одна опасность заключается в невидимости водородного пламени. При горении вещества огонь почти незаметен, что усложняет процесс борьбы с ним. Кроме того, чрезмерное количество H 2 приводит к появлению удушья.

Опасность в том, что распознать данный газ крайне сложно, ведь у него нет запаха и он полностью невидим для человеческого глаза.

Кроме того, сжиженный H 2 имеет низкую температуру, поэтому в случае утечки с открытыми частями тела высок риск серьезного обморожения. Находится данный газ должен в специальных хранилищах.

Из рассмотренного выше напрашивается вывод, то водородный двигатель опасен, и использовать его крайне рискованно.

На самом деле, газообразный водород имеет небольшой вес и в случае утечки он рассеивается в воздухе. Это значит, что риск его воспламенения минимален.

В случае с удушьем такая ситуация возможна, но только при нахождении в замкнутом помещении. В ином случае утечка водородного топлива опасности для жизни не несет. В оправдание стоит отметить, что выхлопные газы ДВС (а именно угарный газ) также несут смертельный риск.

Современные автомобили с водородными двигателями

Возможность применения двигателей на водородном топливе заинтересовала многих производителей. В результате в автомобильной индустрии появляется все больше машин, работающих на данном газе.

К наиболее востребованным моделям стоит отнести:

Компания Тойота выпустила автомобиль Fuel Cell Sedan. Для устранения проблем с дефицитом пространства в салоне и багажном отсеке емкости с водородным топливом размещены на полу транспортного средства. Fuel Cell Sedan предназначен для перевозки людей, а его стоимость составляет 67.5 тысяч долларов.
Концерн БМВ представил свой вариант автомобиля Hydrogen Новая модель протестирована известными деятелями культуры, бизнесменами, политиками и другими популярными личностями. Испытания показали, что переход на новое топливо не влияет на комфортабельность, безопасность и динамику транспортного средства. При необходимости виды горючего можно переключать с одного на другой. Скорость Hydrogen7 - до 229 км/час.
Honda Clarity - автомобиль от концерна Хонда, который поражает запасом хода. Он составляет 589 км, чем не может похвастаться ни одно транспортное средство с низким уровнем выбросов. На дозаправку уходит от трех до пяти минут.
«Монстр» от Дженерал Моторс показан в октябре 2016 года. Особенность автомобиля заключается в невероятной надежности, что подтверждено проведенными исследованиями армией США. Во время испытаний транспортное средство прошло больше 3 миллионов километров.
Концерн Тойота выпустил на рынок водородную модель Mirai. Продажи начались еще в 2014 году на территории Японии, а в США - с октября 2015 года. Время на заправку Mirai составляет пять минут, а запас хода на одной заправке 502 км. ФОТО 21 22 Недавно представители концерна заявили, что планируют внедрять данную технологию не только в легковой транспорт, но и в вилочные погрузчики и даже грузовики. 18 колесный грузовик уже тестируется в Лос-Анжелесе.
Производитель Лексус планирует свой вариант автомобиля с водородным двигателем в 2020 году, поэтому о транспортном средстве известно мало подробностей.
Компания Ауди представила концепт H-tron Quattro в Детройте. По заверению производителя машина может проехать на одном баке около 600 км, а набрать скорость до 100 км/час удается за 7,1 секунду. Машина имеет «виртуальную» кабину, заменяющую стандартную приборную панель.
БМВ в сотрудничестве с Тойотой планирует выпуск своего водородного транспортного средства к 2020 году. Производитель заверяет, что запас хода новой модели составляет больше 480 км, а дозаправка будет занимать до 5 минут.
В 2013 году в компании Форд заявили, что активное производство водородных двигателей начнется уже к концу 2017 года при сотрудничестве с Ниссан и Мерседес-Бенц. Но реализовать задуманное на практике пока не удается - работники концерна находятся на этапе разработки.
Мерседес-Бенц на Франкфуртском автосалоне представил внедорожник GLC, который появится на рынке в конце 2019 года. Авто комплектуется аккумулятором на 9,3 кВт*ч, а запас хода составляет 436 км. Максимальная скорость ограничивается электроникой на уровне 159 км/час.
Nikola Motor представила грузовой автомобиль с водородным двигателем, имеющий запас хода от 1287 до 1931 км. Стоимость нового автомобиля составит 5-7 тысяч долларов за аренду в месяц. Выпуск планируется начать с 2020 года.
Производитель Хендай создал новую линейку Tucson. На сегодняшний день произведено и реализовано 140 машин. Бренд Hyundai Genesis представил свой автомобиль с водородным двигателем GV Впервые транспортное средство было представлено в Нью-Йорке, но его производство пока не планируется.
Великобритания тоже не отстает в плане новых технологий. В стране уже можно арендовать водородный автомобиль Riversimple Rasa на три или шесть месяцев. Машина весит чуть больше 500 кг и способна проехать на одной заправке около 500 км.
Дизайнерский дом Pininfarina создал машину на водородном топливе H2 Speed. Особенность авто заключается в способности ускорятся до сотни всего за 3,4 секунды, а максимальная скорость - 300 км/час. Время на заправку составляет всего три минуты. Стоимость новой модели достигает 2,5 млн. долларов.

Трудности в эксплуатации водородных ДВС

Главным препятствием для внедрения новой технологии является чрезмерные расходы на получение водородного топлива, а также на приобретение комплектующих материалов.

Возникают проблемы и с хранением H 2 . Так, для удерживания газа в требуемом состоянии требуется температура на уровне -253 градусов Цельсия.

Простейший способ получения водорода - электролиз воды. Если производство H 2 требуется в промышленных масштабах, не обойтись без высоких энергетических затрат.

Чтобы повысить рентабельность производства, требуется применение возможностей ядерной энергетики. Чтобы избежать рисков, ученые пытаются найти альтернативы такому варианту.

Перемещение и хранение требует применения дорогих материалов и механизмов высокого качества.

Нельзя забывать и о других сложностях, с которыми приходится сталкиваться в процессе эксплуатации:

Взрывоопасность. При утечке газа в закрытом помещении и наличии небольшой энергии для протекания реакции возможен взрыв. Если воздух чрезмерно нагрет, это только усугубляет ситуацию. Высокая проникаемость H 2 приводит к тому, что газ попадает в выхлопной коллектор. Вот почему применение роторного мотора считается более предпочтительным.
При хранении водорода применяются емкости, имеющей большой объем, а также системы, исключающие улетучивание газа. Кроме того, используются устройства, исключающие механическое повреждение емкостей. Если для грузовых машин, водного или пассажирского транспорта эта особенность не имеет большого значения, легковая машина теряет ценные кубометры.
При больших нагрузках и высокой температуре H 2 провоцирует разрушение элементов ЦПГ (цилиндропоршневой группы) и смазки в двигателе. Использование специальных сплавов и смазочных материалов приводит к повышению стоимости производства водородных двигателей.

Будущее водородных двигателей

Применение H 2 открывает большие перспективы и не только в автомобильной сфере. Водородные двигатели активно применяются на ж/д транспорте, на самолетах и вертолетах. Также они устанавливаются на вспомогательной технике.

Интерес к разработке таких моторов проявляют многие концерны, о которых уже упоминалось выше - Тойота, БМВ, Фольксваген, Дженерал Моторс и другие.

Уже сегодня на дорогах встречаются реальные автомобили, которые работают на водороде. Многие из них рассмотрены выше - БМВ 750i Hydrogen, Хонда FSX, Тойота Mirai и другие.

К работе подключились почти все крупные концерны, которые пытаются найти свою нишу на рынке.

Главным недостатком остается высокая цена H 2 , нехватка АЗС, а также дефицит квалифицированных работников, способных обслуживать такую технику. Если имеющиеся проблемы удастся решить, машины с водородными двигателями обязательно появятся на наших дорогах.

Конкурирующие технологии

Внимание к моторам на водороде развеивается по той причине, что у технологии имеются конкуренты.

Вот только некоторые из них:

Можно ли сделать своими руками?

Технология работы двигателя на газ известна давно, и многие концерны достигли успехов в вопросе внедрения водородных двигателей. Над совершенствованием классического ДВС задумались и народные умельцы.

Суть заключается в подаче в камеру сгорания специального газа. Такое устройство носит название системы Брауна. При этом бензин также подается в двигатель, но смешивается с газом, что обеспечивает лучшее горение.

В результате появляется водяной пар, очищающий клапана и поршни двигателя от нагара, улучшающий характеристики мотора и повышающий его ресурс.

Чтобы своими руками разложить воду на газ, требуется катализатор, дистиллят, электроды и электричество.

Конструкция собирается из подручных материалов. Допускается применение одной банки, но лучше использовать шесть.

После вырезаются пластинки и объединяются по принципу крест-накрест. Далее они обматываются проволокой и крепятся на крышке. Важно, чтобы электроды не замыкались между собой.

На последнем этапе банки заполняются электролитом и катализатором. Такая схема может работать на любом автомобиле.

Если же говорить о полноценном водородном двигателе, то в гаражных условиях сделать его конечно же не получится из-за сложности технологии.

Содержание

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 :

Он в наличии во всей Вселенной, на Земле занимает десятое место по степени распространенности - энергоресурс можно назвать неисчерпаемым.
Газ не токсичен, не способен причинить вред живым организмам. Важно лишь предпринимать меры безопасности, чтобы исключить утечку с образованием «гремучей смеси» водорода с кислородом.
Продукт горения водорода - обычный водяной пар.
Энергоноситель отличается высокой теплоемкостью, температура горения составляет 3000°С.
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.
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.

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.

Водород практически идеальный вид топлива, но проблема заключается в том, что он на нашей планете встречается только в виде соединений с другими химическими элементами. Доля «чистого» вещества в атмосфере составляет не более 0,00005%. Учитывая такие реалии, становится актуальным вопрос о водородном генераторе. Рассмотрим принцип работы такого устройства, его конструктивные особенности, сферу применения и возможность самостоятельного изготовления.

Описание и принцип работы водородного генератора

Есть несколько методик выделения водорода и из других веществ, перечислим наиболее распространенные:

Электролиз, данная методика наиболее простая и может быть реализована в домашних условиях. Через водный раствор, содержащий соль, пропускается постоянный электрический ток, под его воздействием происходит реакция, которую можно описать следующим уравнением: 2NaCl + 2H 2 O→2NaOH + Cl 2 + H 2 . В данном случае пример приведен для раствора обычной кухонной соли, что не лучший вариант, поскольку выделяющийся хлор является ядовитым веществом. Заметим, что полученный данным способом водород наиболее чистый (порядка 99,9%).
Путем пропускания водяного пара над каменноугольным коксом, нагретым до температуры 1000°С, при таких условиях протекает следующая реакция: Н 2 О + С ⇔ СО + H 2 .
Добыча из метана путем конверсии с водяным паром (необходимое условие для реакции – температура 1000°С): СН 4 + Н 2 О ⇔ СО + 3Н 2 . Второй вариант – окисление метана: 2СН 4 + О 2 ⇔ 2СО + 4Н 2 .
В процессе крекинга (переработки нефти) водород выделяется в качестве побочного продукта. Заметим, что в нашей стране все еще практикуется сжигание этого вещества на некоторых нефтеперерабатывающих заводах ввиду отсутствия необходимого оборудования или достаточного спроса.

Из перечисленных вариантов последний наименее затратный, а первый наиболее доступный, именно он положен в основу большинства генераторов водорода, в том числе и бытовых. Их принцип действия заключается в том, что в процессе пропускания тока через раствор, положительный электрод притягивает отрицательные ионы, а электрод с противоположным зарядом – положительные, в результате происходит расщепление вещества.

Конструктивные особенности и устройство генератора водорода

Если с получением водорода проблем сейчас практически нет, то его транспортировка и хранение до сих пор остается актуальной задачей. Молекулы этого вещества настолько малы, что могут проникать даже сквозь металл, что несет определенную угрозу безопасности. Хранение в абсорбированном виде пока не отличается высокой рентабельностью. Поэтому наиболее оптимальный вариант – генерация водорода непосредственно перед его использованием в производственном цикле.

Для этой цели изготавливаются промышленные установки для генерации водорода. Как правило, это электролизеры мембранного типа. Упрощенная конструкция такого устройства и принцип работы приведен ниже.

Обозначения:

А – трубка для отвода хлора (Cl 2).
B – отвод водорода (Н 2).
С – анод, на котором происходит следующая реакция: 2CL — →CL 2 + 2е — .
D – катод, реакцию на нем можно описать следующим уравнением: 2Н 2 О + 2е — →Н 2 + ОН — .
Е – раствор воды и хлористого натрия (Н 2 О & NaCl).
F – мембрана;
G – насыщенный раствор хлористого натрия и образование каустической соды (NaОН).
H – отвод рассола и разбавленной каустической соды.
I – ввод насыщенного рассола.
J – крышка.

Конструкция бытовых генераторов значительно проще, поскольку в большинстве своем они не вырабатывают чистый водород, а производят газ Брауна. Так принято называть смесь кислорода и водорода. Этот вариант наиболее практичен, не требуется разделять водород и кислород, то можно значительно упростить конструкцию, а значит и сделать ее дешевле. Помимо этого полученный газ сжигается по мере его выработки. Хранить и накапливать его в домашних условиях не только проблематично, но и небезопасно.

Обозначения:

а – трубка для отвода газа Брауна;
b – впускной коллектор подачи воды;
с – герметичный корпус;
d – блок пластин электродов (анодов и катодов), с установленными между ними изоляторами;
e – вода;
f – датчик уровня воды (подключается к блоку управления);
g – фильтр водоотделения;
h – подвод питания, подаваемого на электроды;
i – датчик давления (подает сигнал блоку управления при достижении порогового уровня);
j – предохранительный клапан;
k – отвод газа с предохранительного клапана.

Характерная особенность таких устройств – использование блоков электродов, поскольку не требуется сепарирование водорода и кислорода. Это позволяет сделать генераторы довольно компактными.

Сферы применения водородного генератора

Ввиду проблем, связанных с транспортировкой и хранением водорода, такие устройства востребованы в производствах, где наличие этого газа требует технологический цикл. Перечислим основные направления:

Производства, связанные с синтезом хлороводорода.
Изготовление топлива для ракетных двигателей.
Создание удобрений.
Производство нитрида водорода (аммиака).
Синтез азотной кислоты.
В пищевой промышленности (для получения твердых жиров из растительных масел).
Обработка металла (сварка и резка).
Восстановление металлов.
Синтез метилового спирта
Изготовление соляной кислоты.

Несмотря на то, что производство водорода в процессе переработки нефти дешевле, чем его получение путем электролиза, как уже указывалось выше, возникают сложности с транспортировкой газа. Строить опасные химические производства, непосредственно, рядом с перерабатывающими нефть заводами не всегда позволяет экологическая обстановка. Помимо этого водород, полученный путем электролиза, значительно чище, чем при крекинге нефти. В связи с этим на промышленные водородные генераторы всегда высокий спрос.

Бытовое применение

В быту также есть применение водороду. В первую очередь это автономные отопительные системы. Но здесь некоторые особенности. Установки по производству чистого водорода стоят значительно дороже, чем генераторы газа Брауна, последние даже можно собрать самостоятельно. Но при организации отопления дома необходимо учитывать, что температура горения газа Брауна значительно выше, чем у метана, поэтому потребуется специальный котел, который несколько дороже обычного.

В интернете можно встретить немало статей, в которых написано, что для гремучего газа можно использовать обычные котлы, это делать категорически нельзя. В лучшем случае они быстро выйдут из строя, а в худшем могут стать причиной печальных или даже трагических последствий. Для смеси Брауна предусмотрены специальные конструкции с более термостойким соплом.

Необходимо заметить, что рентабельность отопительных систем на основе водородных генераторов вызывает большое сомнение ввиду низкого КПД. В таких системах имеются двойные потери, во-первых, в процессе генерации газа, во-вторых, при нагреве воды в котле. Дешевле для отопления сразу нагревать воду в электрическом бойлере.

Не менее спорная реализация для бытового использования, при которой газом Брауна обогащают бензин в топливной системе двигателя автомобиля с целью экономии.

Обозначения:

а – генератор ННО (принятое обозначение для газа Брауна);
b – отвод газа в камеру сушки;
с – отсек для удаления водяных паров;
d – возвращение конденсата в генератор;
е – подача осушенного газа в воздушный фильтр топливной системы;
f – автомобильный двигатель;
g – подключение к аккумулятору и электрогенератору.

Нужно заметить, что в некоторых случаях такая система даже работает (если ее собрать правильно). Но точные параметры, коэффициент прироста мощности, процент экономии вы не найдете. Эти данные сильно размыты, и достоверность их вызывает сомнения. Опять же не ясен вопрос, насколько уменьшится ресурс двигателя.

Но спрос порождает предложения, в интернетах можно найти подробные чертежи таких приспособлений и инструкцию по их подключению. Есть и готовые модели, сделанные в стране Восходящего Солнца.

Делаем простейший генератор водорода своими руками пошагово

Расскажем, как можно сделать самодельный генератор для получения смеси водорода и кислорода (ННО). Его мощности на отопления дома не хватит, но для газовой горелки для резки металла количество полученного газа будет достаточным.

Рис. 8. Схема газовой горелки

Обозначения:

а – сопло горелки;
b – трубки;
c – водные затворы;
d – вода;
е – электроды;
f – герметичный корпус.

В первую очередь делаем электролизер, для этого нам понадобится герметичная емкость и электроды. В качестве последних используем стальные пластины (их размер выбираем произвольно, в зависимости от желаемой производительности), прикрепленные к диэлектрическому основанию. Соединяем между собой все пластины каждого из электродов.

Когда электроды готовы их надо укрепить в емкости таким образом, чтобы места подключения проводов питания были выше предполагаемого уровня воды. Провода от электродов идут к блоку питания на 12 вольт или автомобильному аккумулятору.

В крышке емкости делаем отверстие под трубку для выхода газа. В качестве водных затворов можно использовать обычные стеклянные банки емкостью 1 литр. Заполняем их на 2/3 водой и подключаем к электролизеру и горелке, как показано на рисунке 8.

Горелку лучше взять готовую, поскольку не каждый материал может выдержать температуру горения газа Брауна. Подключаем ее к выходу последнего водного затвора.

Наполняем электролизер водой, в которую добавлена обычная кухонная соль.

Подаем напряжение на электроды и проверяем работу устройства.

В интернете можно найти много схем HHO систем, которые, если верить авторам, позволяют экономить от 30% до 50% топлива. Такие заявления слишком оптимистичны и, как правило, не подтверждаются никакими доказательствами. Упрощенная схема такой системы продемонстрирована на 11 рисунке.

Упрощенная схема электролизера для автомобиля

По идее, такое устройство должно снизить расход топлива за счет его полного выгорания. Для этого в воздушный фильтр топливной системы подается смесь Брауна. Это водород с кислородом, полученные из электролизера, запитанного от внутренней сети автомобиля, что повышает расход топлива. Замкнутый круг.

Безусловно, может быть задействована схема шим регулятора силы тока, использован более эффективный импульсный блок питания или другие хитрости, позволяющие снизить расход энергии. Иногда в интернете попадаются предложения приобрести низкоамперный БП для электролизера, что вообще является нонсенсом, поскольку производительность процесса напрямую зависит от силы тока.

Это как система Кузнецова, активатор воды которой утерян, а патент отсутствует и т.д. В приведенных видео, где рассказывают о неоспоримых преимуществах таких систем, практически нет аргументированных доводов. Это не значит, что идея не имеет прав на существование, но заявленная экономия «слегка» преувеличена.

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.

Обзор производителей

Принципиального различия среди водородных генераторов для отопления нет. Единственный критерий, на основе которого можно их дифференцировать - это показатель мощности устройств, сделанных из разных материалов.

Водородный котёл STAR-3.0

В качестве примера рассмотрим характеристики двух подобных котлов американского производства «HHO» и «Star 1000»:

За один час такой генератор употребляет 1,5-3 КВт.
Расход воды - 5,5 литров за 24 часа.
Генерирует от 1,2 до 2 литров топлива в течение суток.
Может применяться для обогрева воздуха в зданиях, площадь которых составляет до 250 «квадратов».
Минимальный эксплуатационный срок службы - 15 лет.
Приблизительная стоимость на отечественном рынке - 3000-3500 USD.

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, H 2 ydroGEM - котел отопления на водороде итальянского производства giacomini – укомплектован горелкой температурой пламени до 300 градусов Цельсия.

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:

Лист нержавеющего металла толщиной 0,5-0,7мм. Подойдет нержавейка марки 12Х18Н10Т.
Пластины из оргстекла.
Резиновые трубки для подвода воды и отвода газов.
Листовая бензомаслостойкая резина толщиной 3 мм.
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!

Бытовое применение

Топливный котел должен иметь соответствующую метку

Применение генератора ННО в авто

Обозначения:

а – генератор ННО (принятое обозначение для газа Брауна);
b – отвод газа в камеру сушки;
с – отсек для удаления водяных паров;
d – возвращение конденсата в генератор;
е – подача осушенного газа в воздушный фильтр топливной системы;
f – автомобильный двигатель;
g – подключение к аккумулятору и электрогенератору.

Плюсы и минусы

Из достоинств такого вида отопления можно выделить следующие:

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.
Можно без особых переделок подключить генератор к существующей системе водяного отопления частного дома.
Установка работает бесшумно, поэтому не требует какого-то особого помещения.

Недостатки:

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.
При работе с газом Брауна нужно быть очень осторожным, поскольку он взрывоопасен. Это решается использованием в устройстве различных предохранительных клапанов и автоматики.
Требует использования для работы дистиллированной воды или воды со щелочью.
Большая стоимость оборудования. Для решения этой проблемы многие пытаются собрать установку для получения водорода своими руками.

Перспективы использования водородных котлов

Почему же вообще стоит говорить о водородных котлах, как о перспективном способе отопления частного дома? Все дело в общемировой тенденции по переходу на «зеленые» технологии и растущему спросу на такие технологии. Водородный котел — бесспорно «номер один» в списке наиболее экологичных решений в сфере отопления.

Во-первых, в процессе его эксплуатации не образуется углекислый газ — «главный бич» оборудования, работающего на углеводородном топливе: газе, жидком и твердом топливе.

Во-вторых, т.к. продуктом сгорания в водородном котле является чистая вода, он не требует для своей работы обустройства вентиляции, приборов для отвода продуктов сгорания. Которые, в свою очередь, могут потребовать дополнительной энергии для обеспечения своей работы. Да и просто нуждаются в большем пространстве внутри дома. Тое есть, устанаваливая водородный котел, можно сэкономить на площади котельной.

Хозяину на заметку

«На сегодняшний день устанавливать водородный котел для целей отопления своего дома рискуют или очень богатые люди, или заядлые оптимисты».

В-третьих, водяной пар, выделяющийся в результате сгорания водорода, увлажняет помещения дома.

Но самое главное — водородный котел неплохо сочетается с генераторами электроэнергии, работающими от возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и имеющими ярко выраженный периодический характер работы. Например, с ветрогенераторами, и устройствами, работающими за счет био-газа. В этом случае — во время пиковых режимов — генераторы ВИЭ могут вырабатывать водород с помощью электролиза, который в дальнейшем будет использоваться как топливо для котла. Подключение же этих генераторов к сети напрямую потребует использования дополнительных дорогостоящих устройств.

Один из роликов, где расписываются «преимущества» водородного котла

С развитием технологий, дешевая энергия от ВИЭ может «конвертироваться» в водород, как это уже происходит в промышленных установках. Но пока устанавливать водородный котел для целей отопления своего дома рискуют или очень богатые люди, или заядлые оптимисты.

О законе сохранения энергии

Этот закон гласит, что все в мире взаимосвязано: если где-то убыло, то куда-то обязательно прибудет. И чтобы посредством электролиза можно было получить газ, определенное количество электрической энергии затратить все же придется. А энергия, как известно, получается преимущественно в результате создания тепла при сгорании иных типов топлива. И пусть даже мы возьмем чистую энергию, необходимую для генерирования электричества, и ту, что дает водород после сгорания, то потери будут двукратными (как минимум!) даже на самом современном оборудовании. Выходит, 1/2 средств просто выбрасывается на ветер. Более того, это лишь расходы, связанные с эксплуатацией, а стоимость оборудования, которое, как отмечалось, недешевое, не учитывается. Вспомним хотя бы водородные генераторы.

Если верить исследованиям, проведенным в Америке, то цена одного килограмма водорода (вернее, расходы на его создание) равна:

6,5 доллара при использовании промышленной электрической сети;
9 долларов при эксплуатации ветряных генераторов;
20 долларов в случае применения солярных приборов;
2,2 доллара при использовании твердого топлива;
5,5 доллара, если вещество производится из биомассы;
2,3 доллара, если речь идет об электролизе при высокой температуре, осуществляемом на атомной станции (самый дешевый способ, но самый далекий от обычного бытового применения).

Обратите внимание! Даже самый продвинутый генератор бытового типа будет значительно уступать по всем параметрам аналогичному промышленному прибору. Поэтому, ввиду описанных цен, говорить о том, что водород может составить серьезную конкуренцию природному газу, нельзя

То же относится и к электроэнергии, дизелю и даже тепловым насосам.

Сравнение водородного котла с другими устройствами отопления

Как известно, электрический котел считается самым неэффективным отопительным устройством, иначе говоря, стоимость тепла, произведенного за счет этого устройства, будет наиболее дорогой.

Сравнение отопления с помощью теплового насоса с другими способами.

Как мы уже выяснили, отопление за счет водородного котла уступает по эффективности даже электрическому. Правда, мир не стоит на месте. Вполне возможно, что настанет день, когда использование современных технологий позволит удешевить сотни бытовых процессов, а отопление за счет водородного котла или его аналогов станет действительно выгодным.

Принцип работы оборудования

Генератор водорода, купить который может любая компания или лаборатория, получает газ из дистиллята. Причем его качество влияет на процентное содержание примесей в готовом продукте. Если в генератор чистого водорода поступает вода с высокой концентрацией посторонних ионов, она несколько раз проходит через деионизационный фильтр и только потом попадает в электролизер. Последующие этапы получения H 2 выглядят следующим образом:

Дистиллят расщепляется на кислород и водород в процессе электролиза (в качестве электролита применяется ионообменная мембрана).
О 2 попадает в питающий бак, а потом сбрасывается в атмосферу, как побочный продукт работы устройства.
H 2 подается в сепаратор, отделяется от воды, которая затем снова поступает в питающий бак. Это обеспечивает непрерывность процесса получения нужного вещества.
Водород еще раз проходит через разделяющую мембрану, удаляющую из газа остаточные молекулы кислорода, и поступает в хроматографическое оборудование.

По этому принципу работает любой водородный генератор, купить который предлагают современные производители. Технические параметры зависят от модели.

Создание водородного генератора своими руками

Установку для выделения водорода из воды достаточно просто изготовить самостоятельно. По своим характеристикам она не будет сильно уступать покупной, зато обойдется гораздо дешевле. Рассмотрим последовательно этапы создания.

Проект (чертеж)

Для изготовления генератора понадобится герметично закрывающаяся емкость, которая перед началом производства водорода будет заполняться водой.

Расположенные внутри электроды будут иметь вид набора пластин (понадобится 16 штук), установленных с зазором в 1 мм.

Чтобы его обеспечить, между пластинами нужно поместить нейлоновые прокладки (допускается любой другой диэлектрик).

Расстояние в 1 мм является оптимальным: если его увеличить – придется наращивать силу тока; при уменьшении зазора будет затруднен выход газовых пузырьков. Пластины будут поочередно соединяться с анодом и катодом 12-вольтного источника питания. При этом их необходимо надеть на ось, также изготовленную из диэлектрического материала.

Когда электроды будут закреплены на держателе, его необходимо будет прикрепить к крышке корпуса снизу.

Для отбора газовой смеси в крышку корпуса врезается трубка от обычной капельницы. Кроме того, в ней необходимо просверлить еще два отверстия, через которые будут пропущены провода. После сборки установки все отверстия в крышке нужно будет загерметизировать с помощью силиконового герметика или клея.

Важным компонентом генератора является гидрозатвор. Для его изготовления понадобится небольшая емкость (подойдет обычная бутылка), куда перед применением устройства необходимо будет налить воду. В герметично закрывающейся крышке нужно просверлить два отверстия: в одно пропускаем трубку от генератора (ее необходимо опустить до самого дна), а во второе – еще одну трубку, по которой газовая смесь будет поступать к горелке. Отверстия в крышке гидрозатвора также должны быть герметизированы. Воду в бутылку следует наливать на ¾ ее объема.

Чтобы вода, залитая в корпус генератора, имела лучшую проводимость, в нее нужно добавить пару столовых ложек поваренной соли или каустической соды (гидроксид натрия).

Подбор электродов

При несоблюдении второго требования будет иметь место химическая реакция с участием подключенных к катодному полюсу электродов, вследствие которой раствор станет насыщаться посторонними веществами.

Именно поэтому медь – один из лучших проводников – в водном растворе применять нельзя. Вместо нее рекомендуется использовать нержавеющую сталь. Оптимальная толщина для пластин-электродов из этого материала – 2 мм.

Контейнер

С учетом опасности взрыва корпус генератора следует изготавливать из прочного и пластичного материала, устойчивого к высоким температурам. Лучше всего этим требованиям соответствует сталь. Необходимо только полностью исключить контакт проводов или электродов с корпусом, следствием которого будет короткое замыкание.

Сферы применения водородного генератора

Производства, связанные с синтезом хлороводорода.
Изготовление топлива для ракетных двигателей.
Создание удобрений.
Производство нитрида водорода (аммиака).
Синтез азотной кислоты.
В пищевой промышленности (для получения твердых жиров из растительных масел).
Обработка металла (сварка и резка).
Восстановление металлов.
Синтез метилового спирта
Изготовление соляной кислоты.

Основные сферы применения генераторов водорода в промышленности

Инструкция как сделать водородный генератор своими руками

Для изготовления топливной ячейки возьмём наиболее совершенную «сухую» схему электролизёра с использованием электродов в виде пластин из нержавеющей стали. Представленная ниже инструкция демонстрирует процесс создания водородного генератора от «А» до «Я», поэтому лучше придерживаться очерёдности действий.

Схема топливной ячейки «сухого» типа

Изготовление корпуса топливной ячейки. В качестве боковых стенок каркаса выступают пластины оргалита или оргстекла, нарезанные по размеру будущего генератора. Надо понимать, что размер аппарата напрямую влияет на его производительность, однако, и затраты на получение HHO будут выше. Для изготовления топливной ячейки оптимальными будут габариты устройства от 150х150 мм до 250х250 мм.

В каждой из пластин просверливают отверстие под входной (выходной) штуцер для воды. Кроме того, потребуется сверление в боковой стенке для выхода газа и четыре отверстия по углам для соединения элементов реактора между собой.

Изготовление боковых стенок

Воспользовавшись угловой шлифовальной машиной, из листа нержавеющей стали марки 316L вырезают пластины электродов. Их размеры должны быть меньше габаритов боковых стенок на 10 – 20 мм. Кроме того, изготавливая каждую деталь, необходимо оставлять небольшую контактную площадку в одном из углов. Это понадобится для соединения отрицательных и положительных электродов в группы перед их подключением к питающему напряжению.
Для того чтобы получать достаточное количество HHO, нержавейку надо обработать мелкой наждачной бумагой с обеих сторон.

В каждой из пластин сверлят два отверстия: сверлом диаметром 6 - 7 мм - для подачи воды в пространство между электродами и толщиной 8 - 10 мм - для отвода газа Брауна. Точки сверлений рассчитывают с учётом мест установки соответствующих подводящих и выходного патрубков.

Вот такой комплект деталей необходимо подготовить перед сборкой топливной ячейки

Начинают сборку генератора. Для этого в оргалитовые стенки устанавливают штуцеры подачи воды и отбора газа. Места их присоединений тщательно герметизируют при помощи автомобильного или сантехнического герметика.

После этого в одну из прозрачных корпусных деталей устанавливают шпильки, после чего начинают укладку электродов.

Укладку электродов начинают с уплотняющего кольца

Обратите внимание: плоскость пластинчатых электродов должна быть ровной, иначе элементы с разноимёнными зарядами будут касаться, вызывая короткое замыкание!

Пластины нержавеющей стали отделяют от боковых поверхностей реактора при помощи уплотнительных колец, которые можно сделать из силикона, паронита или другого материала. Важно только, чтобы его толщина не превышала 1 мм. Такие же детали используют в качестве дистанционных прокладок между пластинами. В процессе укладки следят, чтобы контактные площадки отрицательных и положительных электродов были сгруппированы в разных сторонах генератора.

При сборке пластин важно правильно ориентировать выходные отверстия

После укладки последней пластины устанавливают уплотнительное кольцо, после чего генератор закрывают второй оргалитовой стенкой, а саму конструкцию скрепляют при помощи шайб и гаек. Выполняя эту работу, обязательно следят за равномерностью затяжки и отсутствием перекосов между пластинами.

При финальной затяжке обязательно контролируют параллельность боковых стенок. Это позволит избежать перекосов

При помощи полиэтиленовых шлангов генератор подключают к ёмкости с водой и бабблеру.

Контактные площадки электродов соединяют между собой любым способом, после чего к ним подключают провода питания.

Собрав несколько топливных ячеек и включив их параллельно, можно получить достаточное количество газа Брауна

На топливную ячейку подают напряжение от ШИМ-генератора, после чего производят настройку и регулировку аппарата по максимальному выходу газа HHO.

Для получения газа Брауна в количестве, достаточном для отопления или приготовления пищи, устанавливают несколько генераторов водорода, работающих параллельно.

Видео: Сборка устройства

Видео: Работа конструкции «сухого» типа

Устройство водородного генератора

А теперь ознакомимся более детально с водородным вариантом обогрева дома. И суть его, как уже отмечалось, в том, чтобы вырабатывать Н2О, этот вариант вполне заслуживает, чтобы его считали альтернативой природному газу. Что характерно, среднестатистическая температура горения в данном случае может достигать 3-х тысяч градусов, поэтому потребуется использование специальной водородной горелки в отопительной системе. Объясняется это тем, что лишь такая горелка способна выдерживать столь значительный нагрев.

Есть несколько компонентов, из которых состоит отопление водородного типа, ознакомимся с ними.

Упомянутая выше горелка. Она необходима для одной простой цели – создавать открытое пламя.
Водородный генератор – он будет обрабатывать смесь посредством разложения воды на молекулярные составляющие. И для того чтобы оптимизировать химическую реакцию, можно использовать в ее процессе катализаторы.
Собственно, котел. Здесь он служит в роли своего рода теплообменника. Саму горелку устанавливают в топочную камеру, благодаря чему носитель тепла в системе и прогревается до требуемой температуры.

Обратите внимание! Тем, кто запланировали изготовить водородные генераторы, напоминаем, что для этого им придется усовершенствовать уже наличествующее оборудование по схеме, указанной ранее. Но зато такое самодельное оборудование более экономично, чем его «магазинные аналоги», купленные за большие деньги

Сильные стороны водородного отопления

Положительные качества, которыми обладает отопление с помощью водорода, многочисленны. Именно этим и объясняется столь значительная популярность системы.

Отличный КПД, коим она характеризуется, может достигать 96 процентов.
Экологичность. Объясняется это тем, что единственным побочным продуктом, отходами, если можно так выразиться, является чистая вода, производимая в газообразном состоянии. А водяной пар, как известно, не оказывает негативного влияния на окружающую среду.
Для функционирования в системе водорода никакое пламя не требуется. Тепловая энергия появляется вследствие каталитических химических реакций. Соединяясь с воздухом, водород образуется воду, что сопровождается появлением большого количества энергии. Поток тепла (а его температура достигает 40 градусов) подается в теплообменник. Вполне очевидно, что это наиболее оптимальный вариант для системы «теплого пола».

Слабые стороны

Ознакомившись с достоинствами, приступаем к недостаткам водородного отопления.

Невзирая на то, что в более продвинутых странах такой способ отопления крайне популярен, в нашей стране ему пока что не уделяют нужного внимания. Именно поэтому приобретение и монтаж данного оборудования столь проблематичен и сопряжен с рядом трудностей.
Средняя комнатная температура приводит к тому, что водород приобретает газообразное состояние. Более того, это вещество взрывоопасно, в связи с чем транспортировать его, особенно на большие расстояния, очень сложно.
Баллоны, содержащие водород, должны сертифицироваться соответствующими специалистами, на обучение которых требуется достаточно много времени.

Откуда берется чистый водород

Хозяину на заметку

«Чтобы привлечь внимание к своей продукции, некоторые производители водородных котлов делают ссылки на некий «секретный катализатор» или на использование «газа Брауна» в своих устройствах». .

Например, можно извлечь водород из газа метана, где водорода аж 4 атома! Только вот, зачем? Метан и сам по себе — горючий газ, зачем терять дополнительную энергию на выработку чистого водорода? Где тут энергоэффективность? Поэтому чаще всего водород извлекают из воды , которая, как всем известно, не может гореть, применяя для этого метод электролиза. В самом общем виде этот метод можно описать как расщепление молекул воды на водород и кислород под действием электроэнергии.

Электролиз давно известен и широко применяется для получения чистого водорода. На практике ни один промышленный водородный котел, пока во всяком случае, не обходится без электролизной установки или электролизера. Все бы хорошо, но эта установка требует электроэнергии. Итак, водородный котел должен в обязательном порядке потреблять энергию. Вопрос в том, каковы же эти энергозатраты?

Схема процесса электролиза

Все разговоры о «теплоте сгорания» водорода немного уводят нас в сторону от данного вопроса, а между тем, он наиболее важен. Итак, водородный котел может быть выгоден в единственном случае — произведенная им тепловая энергия должна быть выше, чем израсходованная на работу котла.

Виды электролизеров

Кратко ознакомимся с конструктивными особенностями основных видов устройств для расщепления воды.

Сухие

Конструкция прибора данного типа была показана на рисунке 2, ее особенность заключается в том, что манипулируя количеством ячеек, можно запитать устройство от источника с напряжением, существенно превышающим минимальный электродный потенциал.

Проточные

С упрощенным устройством приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 5. Как видим, конструкция включает в себя ванну с электродами «A», полностью залитую раствором и бак «D».

Рис 5. Конструкция проточного электролизера

Принцип работы устройства следующий:

входе электрохимического процесса газ вместе с электролитом выдавливается в емкость «D» через трубу «В»;
в баке «D» происходит отделение от электролитного раствора газа, который выводится через выходной клапан «С»;
электролит возвращается в гидролизную ванну через трубу «Е».

Мембранные

Основная особенность устройств этого типа – использование твердого электролита (мембраны) на полимерной основе. С конструкцией приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 6.

Рис 6. Электролизер мембранного типа

Основная особенность таких устройств заключается в двойном назначении мембраны, она не только переносит протоны и ионы, а и на физическом уровне разделяет как электроды, так и продукты электрохимического процесса.

Диафрагменные

В тех случаях, когда не допустима диффузия продуктов электролиза между электродными камерами, используют пористую диафрагму (что и дало название таким приборам). Материалом для нее может служить керамика, асбест или стекло. В некоторых случаях для создания такой диафрагмы можно использовать полимерные волокна или стеклянную вату. На рисунке 7 показан простейший вариант диафрагменного прибора для электрохимических процессов.

Конструкция диафрагменного электролизера

Пояснение:

Выход для кислорода.
U-образная колба.
Выход для водорода.
Анод.
Катод.
Диафрагма.

Щелочные

Электрохимический процесс невозможен в дистиллированной воде, в качестве катализатора применяется концентрированный раствор щелочи (использование соли нежелательно, так как при этом выделяется хлор). Исходя из этого, щелочными можно назвать большую часть электрохимических устройств для расщепления воды.

На тематических форумах советуют использовать гидроксид натрия (NaOH), который, в отличие от пищевой соды (NaHCO 3), не разъедает электрод. Заметим, что у последней имеются два весомых преимущества:

Можно использовать железные электроды.
Не выделяются вредные вещества.

Но, один существенный недостаток сводит на нет все преимущества пищевой соды, как катализатора. Ее концентрация в воде не более 80 грамм на литр. Это снижает морозостойкость электролита и его проводимость тока. Если с первым еще можно смириться в теплое время года, то второе требует увеличения площади пластин электродов, что в свою очередь, увеличивает размер конструкции.

Энергоэффективность водородного котла

Чтобы понять, получится ли у нас «на выходе» котла энергия больше, чем затраченная, просто рассмотрим внимательнее молекулу воды — в ней два атома водорода и один кислорода, которые крепко связаны между собой. Чтобы разорвать эту связь, необходимо «приложить» довольно много энергии, это и делает электролизер за счет электричества. В результате получается смесь водорода и кислорода, которые обладают потенциальной (буквально, растворенной в них) энергией, и которая может выделиться в результате процесса горения и обеспечить тепло дому. Чтобы понять, сколько же энергии получится от горения, стоит присмотреться к тому, что получится в результате горения. А получится у нас… та же самая вода, которую мы расщепляли на атомы.

Фактически, после всех этих манипуляций, в лучшем случае мы получим ровно столько энергии, сколько было потрачено на разделение исходной молекулы воды. Так как, от воды мы уходили, и к воде же и пришли. Но это — в идеальном случае, где отсутствуют неизбежные в реальности потери. Т.е. даже в идеальном случае сколько электричества мы потратим, столько тепла получим.

Производитель указывает на наличие «секретного» катализатора

Дополнительные молекулы воды для расщепления тоже взять неоткуда — сколько сначала разделили, столько потом и соединим при сжигании водородно-кислородной смеси. Опять же, за вычетом потерь. Кроме того, не надо забывать, что водородный котел работает за счет дистиллированной воды, на производство которой тоже расходуется энергия. Как видно невооруженным глазом, эффективность водородного котла не может быть высокой.

Тогда встает закономерный вопрос — зачем все эти сложности с расщеплением, если существуют устройства, которые непосредственно переводят электроэнергию в тепло и называются? Если просто нагревать воду за счет электрической энергии, вся эта энергия практически без потерь уйдет на нагрев воды — получается выгоднее, чем через электролизное разложение и последующее «восстановление» воды сжиганием смеси водорода и кислорода с сопутствующими потерями.

Создаем прибор своими руками

Прибор для этого процесса можно сделать самостоятельно.

Для этого понадобятся:

Лист нержавеющей стали;
Болты М6 х 150;
Шайбы;
Гайки;
Прозрачная трубка;
Штуцеры;
Пластиковый контейнер на полтора литра;
Фильтр для очистки воды;
Обратный клапан для воды.

Отличный вариант нержавейки - AISI 316L иностранного производителя или 03Х16Н15М3 отечественного производителя. Совсем не обязательно покупать нержавейку, можно взять старую. Вам будет достаточно 50 на 50 сантиметров.

«Зачем брать именно нержавейку?» - спросите вы. Потому что на обычном металле появится ржавчина. Нержавейка лучше переносит воздействие щелочей. Следует разметить лист так, чтобы разделить его на 16 одинаковых квадратов . Распилить его можно болгаркой. В каждом квадрате спилите один из углов.

На противоположной стороне и противоположном углу, от спиленного угла, просверлите дырку для болта, который поможет скрепить пластины. Электролизер работает так: от пластины к пластине идёт электричество – и вода распадается на кислород и водород. Поэтому нам понадобится положительная и отрицательная пластина.

Пластины следует подключать по очереди: плюс-минус-плюс-минус , при таком методе будет сильный ток. Для изолирования пластин друг от друга, используется трубка. От уровня отрезают кольцо. Разрезая его, мы получаем полоску толщиной в миллиметр. Такое расстояние является наиболее оптимальным для производства газа.

Пластины соединяются между собой с помощью шайб: на болт насаживаем шайбу, потом пластину и три шайбы, потом снова пластина и так далее. На плюс и минус нужно насадить по восемь пластинок. Если всё выполнить правильно, то спилы пластин не заденут электроды.

После потребуется затянуть гайки и изолировать пластины. Затем помещаем конструкцию в пластиковый контейнер.

Крепеж

Видео: Подключение водорода в автомобиле

Крепеж нужно также изготовить из нержавеющей стали, чтобы материалы друг другу соответствовали

Важно добиться плотного прилегания всех элементов, что исключит искрообразование. Не забывайте, что вы имеете дело с горючим газом

В нашем конкретном случае мы собираем систему из 16 пластин с расстоянием между ними около 1 мм. Большая площадь поверхности, толщина пластин и болты позволяют пропускать через систему более высокие токи без резистивного нагрева металла. Общая емкость электродов -1nF при измерении в воздушной среде. Такой набор электродов может использовать в простой водопроводной воде до 25А.

Немного о доверчивости и наивности

Некоторые предприимчивые дельцы предлагают на продажу водородный генератор на авто. Рассказывают про обработку лазером поверхности электродов или про уникальные секретные сплавы, из которых они сделаны, специальные катализаторы воды, разработанные в научных лабораториях мира.

Всё зависит от способности мысли таких предпринимателей к полёту научной фантазии. Доверчивость может сделать вас за ваши же средства (иногда даже не малые) владельцем установки, у которой через два месяца эксплуатации разрушатся контактные пластины.

Если уж вы решили таким способом экономить, то лучше собирать установку самостоятельно. По крайней мере, не на кого потом будет пенять.

Описание процесса сборки генератора водорода

Разобравшись в тонкостях действия водородного генератора, перейдем к его созданию. Для того чтобы собрать водородный генератор своими руками нам будет нужно:

канистра из полиэтилена;
провода для соединения;
резина из силикона;
специальный герметик;
шланги с хомутами.

Подобрав все необходимое, приступим к изготовлению генератора своими руками.

Выбрав емкость для воды, которая будет нам подходить, установим внутрь пластины. Подведем электроды к пластинам сквозь крышку емкости. В крышке нужно предусмотреть отверстие для пополнения генератора водой , которое можно будет герметично закрывать или нужно сделать крышку съемной. Еще потребуется сделать своими руками в верхнем отделе генератора трубку для движения во впускной коллектор водорода. Обязательно проверьте, чтобы все было полностью герметично. Если вы используете качественную изоляцию между пластинами, то сможете избежать потерь электроэнергии.
Если вы хотите модернизировать полученный генератор, то своими руками прикрепите к нему еще один резервуар. Вам будет нужно соединить оба резервуара специально приготовленными для этого трубками. Первую крепим от низа одного резервуара к нижнему отделу другого – это будет использовано для подачи воды. Второй трубкой соединяем верхние части резервуаров и это нужно для отвода газа. Емкость номер два будет использована для хранения как воды, так и газа. Емкость номер один будет непосредственно преобразовывать воду в газ. Также газ во втором резервуаре будет очищаться от лишних мелких частиц. Желательно расположить резервуары таким образом, чтобы длина шлангов между ними была минимальна.
Специальный электронный блок генератора можно собрать своими руками, но только в том случае, если у вас есть познания в электронике. Учитывайте, что блок управления нужен для того, чтобы изменять прямо пропорционально работе двигателя, силу тока, которая поступает на пластины. Нужно экспериментальным путем установить силу тока при холостых оборотах , а также при максимальной мощности. Именно это и будет минимальной и максимальной мощностью генератора. Управляющие сигналы поступают в блок управления из датчиков автомобиля.
После окончания сборки нужно проверить все шланги на герметичность. Если вы нанесете мыльную пену с помощью губки на места соединения, то утечка заявит о себе в виде пузырьков, которые надулись. Это важно! Так как влияет не только на опасность пожара, но и на уменьшение топлива. В случае утечек в водородном генераторе, автомобиль будет расходовать топлива больше. Также необходимо следить, чтобы соединения между электрическими выводами и пластинами не расшатывались. Это может стать причиной нагревания. Для того чтобы при тряске не получить повреждения, корпус должен быть прочным. Приклейте плоскости из оргстекла для придания прочности.
Все размеры вашего генератора водорода вы должны вычислить сами, поскольку они зависят от модели автомобиля, для которого вы изготавливаете прибор. Можно посоветовать устанавливать это устройство внутри автомобильного салона. Это позволит ему находиться в тепле зимой, что позволит жидкости свободно циркулировать. В летнюю пору он не будет слишком нагреваться , а это поможет избежать потерь КПД вашего генератора.

Сделать своими руками генератор водорода оказалось довольно просто. К тому же благодаря «работе своими руками» получилось значительно сэкономить. Генератор, сделанный подобным образом, не будет стоить дороже 100 долларов. В современных условиях можно найти массу приспособлений, которые используют водород. Поскольку запасы водорода в воде почти безграничны, то это позволяет увидеть перспективу массового применения подобных или модернизированных установок в будущем.

Конструктивные особенности и устройство генератора водорода

Упрощенная схема водородного генератора мембранного типа

Обозначения:

А – трубка для отвода хлора (Cl 2).
B – отвод водорода (Н 2).
С – анод, на котором происходит следующая реакция: 2CL–→CL 2 + 2е–.
D – катод, реакцию на нем можно описать следующим уравнением: 2Н 2 О + 2е– →Н 2 + ОН–.
Е – раствор воды и хлористого натрия (Н 2 О & NaCl).
F – мембрана;
G – насыщенный раствор хлористого натрия и образование каустической соды (NaОН).
H – отвод рассола и разбавленной каустической соды.
I – ввод насыщенного рассола.
J – крышка.

Конструкция бытовых генераторов значительно проще, поскольку в большинстве своем они не вырабатывают чистый водород, а производят газ Брауна. Так принято называть смесь кислорода и водорода. Этот вариант наиболее практичен, не требуется разделять водород и кислород, то можно значительно упростить конструкцию, а значит и сделать ее дешевле. Помимо этого полученный газ сжигается по мере его выработки. Хранить и накапливать его в домашних условиях не только проблематично, но и небезопасно.

Конструкция водородной ячейки бытового электролизера

Обозначения:

а – трубка для отвода газа Брауна;
b – впускной коллектор подачи воды;
с – герметичный корпус;
d – блок пластин электродов (анодов и катодов), с установленными между ними изоляторами;
e – вода;
f – датчик уровня воды (подключается к блоку управления);
g – фильтр водоотделения;
h – подвод питания, подаваемого на электроды;
i – датчик давления (подает сигнал блоку управления при достижении порогового уровня);
j – предохранительный клапан;
k – отвод газа с предохранительного клапана.

Блоки электродов для установки, которая производит газ Брауна

МИНИ-ГЕНЕРАТОР

Процесс создания устройства состоит из двух частей: выбора материалов и собственно самого производства.

МАТЕРИАЛЫ

Поиск материалов для строительства простейшего водородного аппарата не должен составить больших трудностей.

Ниже приводится список необходимого:

источник питания (1-2 ампера и 12 вольт);
стеклянная пол-литровая емкость с навинчивающейся крышкой;
литровая пластиковая бутылка;
пластмассовая прямоугольная 10-15 сантиметровая линейка;
лезвия бритвы в виде пластинок;
две медицинских капельницы для переливания;
медные провода малого сечения;
поваренная соль и вода.

Помимо материалов понадобится кое-какой инструментарий:

нож канцелярского типа;
наждачка;
паяльник с комплектом для пайки;
клеевой пистолет.

ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изготовить генератор водорода своими руками можно согласно указанной ниже инструкции:

Прежде всего, приготовим лезвия. Для этого нужно зачистим их с одной стороны по неострым краям (на 2-3 миллиметра). Далее лезвия подвергаем лужению.
Через каждые 3-4 миллиметра делаем на линейке пазы для лезвий. Увеличение дистанции между засечками влечет рост потребления тока, а значит, понадобится более мощное питание.
Все лезвия устанавливаем перпендикулярно по отношению к плоскости линейки. Фиксируем их клеем, но таким образом, чтобы не допустить электрического контакта. Внешне конструкция будет напоминать ребристую батарею.
Вслед за высыханием клея нужно добавить новые элементы. Для этого присоединяем к двум проводам лезвия: к одному четные, к другому - нечетные. Это похоже на то, как выглядят пластинки в аккумуляторах.
Сверлим в металлической крышке три отверстия: два - под провода, и третье (чуть большего диаметра) - для транспортировки газа. Точный диаметр третьего отверстия определяется исходя из размерности капельницы, фильтр которой позднее вставим в крышку.
Линейку с установленными в ней лезвиями фиксируем на внутренней плоскости металлической крышки.
После того как вставили провода и капельницу, обрабатываем отверстия клеем, с тем, чтобы закрепить элементы. После закручивания крышка должна покрывать емкостью с полной герметичностью.
Далее понадобится барботер гидрозатвор. Для этого используем пластиковую бутылку. Шланг от банки, пускаем через крышку. Шланг должен дойти до днища бутылки. Второй шланг (через который будет отводиться газа), должен находиться вверху. Не забываем о герметичности мест соединения.
Заливаем воду в пластиковую бутылку (не под самую пробку) и в стеклянную банку. В банку добавляем несколько столовых ложек соли и перемешиваем.
Тщательно закрываем крышки.

Водородный генератор готов. Можно приступать к проверке его работоспособности. После подключения прибора к электросети можно увидеть гидролизный процесс, в результате которого выделяется газ. Если поднести зажженную зажигалку к шлангу на выходе из аппарата, горелка загорится.

Приведенный выше пример генератора - лишь маленькая тестовая модель, которая, однако, показывает принцип работы системы и практическую возможность изготовления генератора своими руками. Ниже рассмотрим создание более серьезного водородного аппарата, который действительно можно использовать в хозяйстве.

Модель на электродах

Электролизер воды своими руками на электродах складывается довольно просто. В данном случае работу целесообразнее начинать со сборки нижней части устройства. Для этого заготавливается небольшого размера металлическая пластина. После этого можно закрепить затвор. В данном случае контейнер будет располагаться в верней части. Следующим шагом фиксируется непосредственно трубка. Фильтров в ней можно расположить два. В этой ситуации многое зависит от размеров контейнера. После этого есть возможность зафиксировать форсунку.

Следующим шагом устанавливается верхний лист металла

На данном этапе важно следить, чтобы пластина не соприкасалась с контейнером. При этом зажимные винты от нее обязаны располагаться на расстоянии около 2 см

Электроды в данном случае должны крепиться на затворе. При этом клеммы лучше всего расположить с другой стороны.

Устройство с двумя клапанами

Процесс изготовления 2-клапанной модели электролизера не отличается особой сложностью. Как и в предыдущем варианте, сборку следует начинать с подготовки основания. Выполняется оно из стальной листовой заготовки, которую нужно подрезать в соответствии с размерами контейнера.

К основанию прочно крепится плата (применяем винты М6), после чего можно устанавливать трубку для барботажа диаметром не менее 33 мм. Подобрав к устройству затвор, можно приступать к монтажу клапанов.

Пластиковый контейнер

Первый устанавливается на основании трубы, для чего в этом месте необходимо закрепить штуцер. Соединение уплотняется зажимным кольцом, после чего устанавливается еще одна пластина – она понадобится для фиксации затвора.

Второй клапан следует монтировать на трубе с отступом от края в 20 мм.

Модель на электродах

Несмотря на слегка настораживающее название, эта модификация электролизера также вполне доступна для самостоятельного изготовления. В этот раз сборку прибора начинают снизу, укрепляя на прочном стальном основании затвор. Контейнер с электролитом, как и в одном из вышеописанных вариантов, расположим сверху.

После затвора приступают к монтажу трубки. Если размеры контейнера позволяют, ее можно оснастить двумя фильтрами.

лист не касается контейнера;
расстояние между ним (листом) и зажимными винтами должно составлять 20 мм.

При таком исполнении генератора водорода электроды следует крепить к затвору, размещая по другую сторону от него клеммы.

Перспективы энергетики с использованием водорода

А теперь попытаемся выяснить, действительно ли существуют шансы снизить себестоимость чистого водорода. Сразу оговоримся, что все шансы для этого есть. Прежде всего, сюда относится технология получения не дорогостоящей электроэнергии с применением возобновляемых ее источников. Кроме того, в процессе катализации могут использоваться более дешевые химические катализаторы. К слову, такие уже давно существуют и используются в водородных ячейках для топлива (речь идет об автомобилях). Хотя здесь, опять же, мы натолкнулись на их чересчур высокую стоимость.

Но технологии все время совершенствуются, наука не стоит на месте. В один прекрасный момент нефть все же закончится, а людям придется переходить на какой-то другой, альтернативный энергетический источник. Но на данный момент и, пожалуй, на ближайшие десятилетия можно говорить с уверенностью: энергетика с использованием водорода сама по себе пока что убыточна. К исключениям относятся лишь те случаи, когда водород является побочным продуктом каких-либо других процессов технического плана. Конечно, возможны и различные программы по поддержке и развитию водородной энергетики, но для этого требуется помощь крупных корпораций и, разумеется, государства.

В качестве заключения

Трудно сказать, какая энергетика станет в будущем основной – водородная, ядерный синтез, применение гравитации и проч. Но специалисты уверяют, что первые электролизные реакторы, способные составить конкуренцию современным атомным, появятся как минимум через двадцать-тридцать лет. Некоторые вообще скептически настроены по этому поводу. Но реальные профессионалы верят, что водородные генераторы станут вскоре предметом высоких технологий, а не самоделкой из подручных средств, которую мы описали выше. На этом все, теплых вам зим!

Модель с двумя фильтрами

Складывается данного типа электролизер для автомобиля своими руками довольно просто. В первую очередь необходимо заготовить четыре листа металла. В данном случае можно использовать оцинкованную сталь. При этом нержавейка для электролизеров также подойдет. После этого устанавливается непосредственно контейнер с водой. Отверстия в нем можно сделать при помощи ножа

В магазине приобрести его не составит труда. Следующим шагом фиксируется Для этого контейнер необходимо закрепить на основе. Чтобы сделать это, многие специалисты советуют использовать болты. Далее останется поставить плату толщиной не более 2,3 мм. Следующим шагом фиксируется трубка барботажного типа. При этом важно следить за уровнем воды в контейнере. В последнюю очередь устанавливается форсунка. Затвор в данном случае должен располагаться со стороны платы. Клеммы крепятся только после наклейки прокладки.

Как изготовить генератор

Масса интернет-ресурсов публикуют самые разные схемы и чертежи генератора для получения водорода, но все они действуют по одному принципу. Мы предложим вашему вниманию чертеж простого устройства, взятый из научно-популярной литературы:

Здесь электролизер представляет собой группу металлических пластин, стянутых между собой болтами. Между ними установлены изоляционные прокладки, крайние толстые обкладки тоже изготовлены из диэлектрика. От штуцера, вмонтированного в одну из обкладок, идет трубка для подачи газа в сосуд с водой, а из него – во второй. Задача емкостей – отделять паровую составляющую и накапливать смесь водорода с кислородом, чтобы подавать его под давлением.

Совет. Электролитические пластины для генератора надо делать из нержавеющей стали, легированной титаном. Он послужит дополнительным катализатором реакции расщепления.

Пластины, что служат электродами, могут быть произвольного размера. Но надо понимать, что производительность аппарата зависит от их площади поверхности. Чем большее число электродов удастся задействовать в процессе, тем лучше. Но при этом и потребляемый ток будет выше, это следует учитывать. К концам пластин припаиваются провода, ведущие к источнику электричества. Здесь тоже есть поле для экспериментов: можно подавать на электролизер разное напряжение с помощью регулируемого блока питания.

В качестве электролизера можно применить пластиковый контейнер от водяного фильтра, поместив в него электроды из нержавеющих трубок. Изделие удобно тем, что его легко герметизировать от окружающей среды, выводя трубку и провода через отверстия в крышке. Другое дело, что этот самодельный водородный генератор обладает невысокой производительностью из-за малой площади электродов.

Как устроен прибор

Электролизер состоит из нескольких пластин из металла, погруженных в герметическую емкость с дистиллированной водой.

Сам корпус имеет клеммы, чтобы подключать источник питания и есть втулка, через которую выводится газ.

Работу прибора можно описать так: электроток пропускается через дистиллированную воду между пластинами с разными полями (у одной - анод, у другой - катод), расщепляет её на кислород и водород.

В зависимости от площади пластин электроток имеет свою силу, если площадь большая, то и тока по воде проходит много и больше выделяется газа. Схема подключения пластин поочередная, сначала плюс, потом минус и так далее.

Электроды рекомендуется делать из нержавеющей стали, которая в процессе электролиза не вступает в реакцию с водой. Главное найти нержавейку высокого качества. Между электродами лучше сделать расстояние маленькими, но так, чтобы пузыри газа легко между ними передвигались. Крепеж лучше изготовить из соответствующего металла, что и электроды.

Примите во внимание: в связи с тем, что технология изготовления связана с газом, то во избежание образования искры, необходимо произвести плотное прилегание всех деталей.

В рассматриваемом варианте устройство включает в себя 16 пластин, расположены они друг от друга в пределах 1 мм.

За счет того, что пластины имеют достаточно немалую площадь поверхности и толщину, можно будет пропустить через такое устройство высокие токи, однако нагрева металла не произойдет. Если измерить на воздухе емкость электродов, то она составит 1nF, данный набор использует до 25А в простой воде из водопровода.

Для сбора водородного генератора своими руками можно применить контейнер пищевой, так как его пластик термоустойчив. Затем нужно в контейнер опустить электроды для сбора газа с разъемами изолированными герметично, крышкой и другими соединениями.

Если использовать контейнер из металла, то во избежание короткого замыкания, электроды крепятся на пластике. С двух сторон медных и латунных фитингов устанавливаются два разъема (фитинг – монтировать, собирать) для извлечения газа. Разъемы контактные и фитинги нужно прочно закрепить, применяя герметик из силикона.

Изготовить газогенератор также можно в домашних условиях. Методика подробно изложена здесь:

Модель с нижним расположением контейнера

Чтобы сделать данного типа электролизер для авто своими руками, контейнер целесообразнее подбирать пластиковый. Однако на сегодняшний день можно встретить и алюминиевые модификации. Весить в данном случае устройство будет довольно много. Начинать сборку необходимо с установки основы. Для этого потребуется только один лист из нержавеющей стали. Размеры его должны соответствовать габаритам контейнера. После его установки есть возможность закрепить верхнюю плату.

По габаритам она должна соответствовать размерам нижнего листа металла. После этого устанавливается непосредственно трубка. Фильтры в данном случае использовать необязательно

Следующим шагом важно зафиксировать затвор. Крепиться он должен непосредственно к нижней плате на винтах

Подбирать их целесообразнее с маркировкой М6. На сегодняшний день найти их в магазине довольно просто. После этого фиксируется непосредственно форсунка. С этой целью многие специалисты рекомендуют устанавливать штуцеры. В свою очередь, фильтры лучше крепить при помощи пластиковых зажимов. Однако следует не забывать про использование резиновой прокладки. В противном случае изоляция устройства буде нарушена.