Domaći generator vodika za grijanje doma. Vodikov reaktor ima svoje prednosti. Kriteriji kvalitete ugradnje

Vodik je gotovo idealno gorivo, no problem je što se na našem planetu nalazi samo u obliku spojeva s drugim kemijskim elementima. Udio "čiste" tvari u atmosferi nije veći od 0,00005%. S obzirom na takvu stvarnost, pitanje generatora vodika postaje relevantno. Razmotrite princip rada takvog uređaja, njegove značajke dizajna, opseg i mogućnost samoproizvodnje.

Opis i princip rada generatora vodika

Postoji nekoliko metoda za odvajanje vodika od drugih tvari, navest ćemo one najčešće:

1. Elektroliza, ova tehnika je najjednostavnija i može se provesti kod kuće. Kroz vodenu otopinu koja sadrži sol propušta se konstantna električna struja, pod njezinim utjecajem dolazi do reakcije koja se može opisati sljedećom jednadžbom: 2NaCl + 2H 2 O → 2NaOH + Cl 2 + H 2. U ovom slučaju, primjer je naveden za otopinu obične kuhinjske soli, što nije najbolja opcija, jer je klor koji se oslobađa je otrovan. Imajte na umu da je vodik dobiven ovom metodom najčišći (oko 99,9%).
2. Propuštanjem vodene pare preko ugljenog koksa zagrijanog na temperaturu od 1000 °C, pod ovim uvjetima dolazi do sljedeće reakcije: H 2 O + C ⇔ CO + H 2.
3. Ekstrakcija iz metana pretvorbom parom (nužan uvjet za reakciju je temperatura od 1000 °C): CH 4 + H 2 O ⇔ CO + 3H 2. Druga opcija je oksidacija metana: 2SN 4 + O 2 ⇔ 2SO + 4N 2.
4. Tijekom procesa krekiranja (rafiniranja nafte), vodik se oslobađa kao nusproizvod. Napominjemo da se u našoj zemlji još uvijek prakticira izgaranje ove tvari u nekim rafinerijama nafte zbog nedostatka potrebne opreme ili dovoljne potražnje.

Od navedenih opcija, posljednja je najjeftinija, a prva je najpristupačnija, upravo on je u osnovi većine generatora vodika, uključujući i kućanske. Njihov princip rada leži u činjenici da u procesu prolaska struje kroz otopinu, pozitivna elektroda privlači negativne ione, a elektroda s suprotnim nabojem privlači pozitivne ione, kao rezultat toga, tvar se dijeli.

Značajke dizajna i uređaj generatora vodika

Ako sada praktički nema problema s proizvodnjom vodika, onda je njegov transport i skladištenje još uvijek hitan zadatak. Molekule ove tvari toliko su male da mogu prodrijeti čak i kroz metal, što predstavlja određeni sigurnosni rizik. Apsorbirano skladištenje još nije visoko isplativo. Stoga je najoptimalnija opcija generiranje vodika neposredno prije njegove upotrebe u proizvodnom ciklusu.

U tu svrhu izrađuju se industrijske instalacije za proizvodnju vodika. U pravilu su to elektrolizatori membranskog tipa. Pojednostavljeni dizajn takvog uređaja i princip rada dati su u nastavku.

Legenda:

• A - cijev za uklanjanje klora (Cl 2).
• B - uklanjanje vodika (H 2).
• S - anoda, na kojoj se događa sljedeća reakcija: 2CL - → CL 2 + 2e -.
• D - katoda, reakcija na njoj se može opisati sljedećom jednadžbom: 2N 2 O + 2e - → N 2 + ON -.
• E - otopina vode i natrijevog klorida (H 2 O & NaCl).
• F - membrana;
• G - zasićena otopina natrijevog klorida i stvaranje kaustične sode (NaOH).
• H - uklanjanje salamure i razrijeđene kaustične sode.
• I - unos zasićene slane vode.
• J - poklopac.

Dizajn kućanskih generatora mnogo je jednostavniji, jer većina njih ne proizvodi čisti vodik, već proizvodi Brownov plin. Tako je uobičajeno zvati mješavinu kisika i vodika. Ova je opcija najpraktičnija, nije potrebno odvojiti vodik i kisik, tada možete značajno pojednostaviti dizajn, a time i učiniti jeftinijim. Osim toga, proizvedeni plin se spaljuje kako je proizveden. Pohranjivanje i pohranjivanje kod kuće nije samo problematično, već i nesigurno.

Legenda:

• a - cijev za uklanjanje Brownovog plina;
• b - ulazni razvodnik za dovod vode;
• c - zapečaćeno kućište;
• d - blok ploča elektroda (anode i katode), s ugrađenim izolatorima između njih;
• e - voda;
• f - senzor razine vode (povezan s upravljačkom jedinicom);
• g - filter za odvajanje vode;
• h - opskrba električnom energijom koja se dovodi do elektroda;
• i - senzor tlaka (šalje signal upravljačkoj jedinici kada je dostignuta razina praga);
• j - sigurnosni ventil;
• k - izlaz plina iz sigurnosnog ventila.

Karakteristična značajka takvih uređaja je uporaba blokova elektroda, budući da nije potrebno odvajanje vodika i kisika. To omogućuje da generatori budu prilično kompaktni.

Primjena generatora vodika

S obzirom na probleme vezane uz transport i skladištenje vodika, takvi uređaji su traženi u industrijama u kojima prisutnost ovog plina zahtijeva tehnološki ciklus. Nabrojimo glavne smjerove:

1. Proizvodnja vezana uz sintezu klorovodika.
2. Proizvodnja goriva za raketne motore.
3. Stvaranje gnojiva.
4. Proizvodnja vodikovog nitrida (amonijaka).
5. Sinteza dušične kiseline.
6. U prehrambenoj industriji (za proizvodnju čvrstih masti iz biljnih ulja).
7. Obrada metala (zavarivanje i rezanje).
8. Obnova metala.
9. Sinteza metilnog alkohola
10. Proizvodnja klorovodične kiseline.

Unatoč činjenici da je proizvodnja vodika u procesu rafiniranja nafte jeftinija od njegove proizvodnje elektrolizom, kao što je već spomenuto, pojavljuju se poteškoće s transportom plina. Ekološka situacija ne dopušta uvijek izgradnju opasnih kemijskih proizvoda neposredno uz rafinerije nafte. Osim toga, vodik proizveden elektrolizom znatno je čišći od vodika pri pucanju ulja. U tom smislu, uvijek postoji velika potražnja za industrijskim generatorima vodika.

Kućna upotreba

U svakodnevnom životu postoji i upotreba vodika. Prije svega, to su autonomni sustavi grijanja. Ali ovdje postoje neke posebnosti. Postrojenja za proizvodnju čistog vodika znatno su skuplja od Brownovih plinskih generatora, potonje se čak mogu i sami sastaviti. No, pri organizaciji grijanja doma potrebno je uzeti u obzir da je temperatura izgaranja Brownovog plina mnogo viša od one metana, pa će biti potreban poseban kotao, koji je nešto skuplji nego inače.

Na internetu možete pronaći mnoge članke u kojima je napisano da se obični kotlovi mogu koristiti za plin oksivodik, to je apsolutno nemoguće učiniti. U najboljem slučaju brzo će propasti, au najgorem mogu izazvati tužne ili čak tragične posljedice. Za Brown's mix, posebni dizajni imaju mlaznicu otporniju na toplinu.

Valja napomenuti da je isplativost sustava grijanja na bazi generatora vodika vrlo upitna zbog niske učinkovitosti. U takvim sustavima postoje dvostruki gubici, prvo, u procesu stvaranja plina, a drugo, pri zagrijavanju vode u kotlu. Za grijanje je jeftinije odmah zagrijati vodu u električnom kotlu.

Ništa manje kontroverzna izvedba za domaću upotrebu, u kojoj se Brownov plin obogaćuje benzinom u sustavu goriva automobilskog motora kako bi se uštedio novac.

Legenda:

• a - NNO generator (prihvaćena oznaka za Brownov plin);
• b - izlaz plina u komoru za sušenje;
• c - odjeljak za uklanjanje vodene pare;
• d - povratak kondenzata u generator;
• e - dovod osušenog plina u zračni filtar sustava goriva;
• f - motor automobila;
• g - priključak na bateriju i generator.

Treba napomenuti da u nekim slučajevima takav sustav čak i radi (ako je pravilno sastavljen). Ali nećete pronaći točne parametre, povećanje snage, postotak uštede. Ovi podaci su vrlo nejasni, a njihova pouzdanost je upitna. Opet, nije jasno koliko će se smanjiti resurs motora.

Ali potražnja stvara ponudu, na Internetu možete pronaći detaljne crteže takvih uređaja i upute za njihovo povezivanje. Tu su i gotovi modeli izrađeni u Zemlji izlazećeg sunca.

Korak po korak izrađujemo najjednostavniji generator vodika vlastitim rukama

Reći ćemo vam kako možete napraviti domaći generator za proizvodnju mješavine vodika i kisika (HNO). Njegov kapacitet za zagrijavanje kuće nije dovoljan, ali za plinski plamenik za rezanje metala, količina proizvedenog plina bit će dovoljna.

Riža. 8. Dijagram plinskog plamenika

Legenda:

• a - mlaznica plamenika;
• b - cijevi;
• c - vodene brave;
• d - voda;
• e - elektrode;
• f - zatvoreno kućište.

Prije svega, izrađujemo elektrolizator, za to nam je potreban zatvoreni spremnik i elektrode. Kao potonje koristimo čelične ploče (njihovu veličinu biramo proizvoljno, ovisno o željenoj izvedbi), pričvršćene na dielektričnu podlogu. Povezujemo sve ploče svake od elektroda jedna s drugom.

Kada su elektrode spremne, moraju se učvrstiti u spremniku na način da spojne točke žica za napajanje budu iznad očekivane razine vode. Žice od elektroda idu na napajanje od 12 volti ili akumulator automobila.

U poklopcu posude napravimo rupu za izlaznu cijev plina. Obične staklene posude kapaciteta 1 litre mogu se koristiti kao vodene brtve. Napunimo ih 2/3 vodom i spojimo na elektrolizer i plamenik, kao što je prikazano na slici 8.

Bolje je uzeti gotov plamenik, jer ne može svaki materijal izdržati temperaturu izgaranja Brownovog plina. Spojimo ga na izlaz posljednje vodene brtve.

Elektrolizer punimo vodom u koju je dodana obična kuhinjska sol.

Na elektrode stavljamo napon i provjeravamo rad uređaja.

Znanost poznaje samo jedno apsolutno čisto gorivo - to je vodik, koji se koristi u svemirskoj industriji. U procesu sagorijevanja vodika nastaju spojevi s kisikom, odnosno vodom. Zalihe ovog goriva su neiscrpne, budući da je, uz helij, glavni "građevinski materijal" u Svemiru.

Danas ćemo vam reći o generatorima vodika, koji posljednjih godina dobivaju sve veću popularnost zbog pristupačne cijene i ekološke prihvatljivosti.

Izrazite značajke grijanja vodikom

Ova vrsta grijanja temelji se na stvaranju ogromne količine toplinske energije kao rezultat kontakta molekula kisika i vodika. Karakteristično je da je jedini nusproizvod u ovom slučaju destilirana voda. A kako bi se ovaj princip proveo u praksi, provedeno je mnogo razvoja za stvaranje vodikovog kotla za grijanje (govorimo o industrijskim modelima).

Takvi su se uređaji razlikovali po svojim dimenzijama i stoga je za ugradnju bilo potrebno puno prostora. A učinkovitost takvih kotlova nije bila najveća - oko 80 posto. No od tada je uređaj mnogo puta poboljšan i kao rezultat dobili smo kotao za grijanje doma koji radi po ovom principu. Za njegov normalan rad potrebno je poštivati ​​samo nekoliko važnih uvjeta.

• Dostupnost stalnog napajanja. Generatori se temelje na reakciji elektrolize, koja je, kao što znate, nemoguća bez struje.
• Trajni priključak na izvor vode. Često se za to koristi dovod vode, iako specifična potrošnja uređaja ovisi, naravno, o njegovoj snazi.
• Katalizator je potrebno redovito mijenjati. Učestalost ove zamjene ovisi, kao i prethodni pokazatelj, o snazi, kao i o značajkama određenog modela.

A ako usporedimo opremu s vodikom, na primjer, s plinskom opremom, onda je manje zahtjevna u smislu sigurnosti. A stvar je u tome da se reakcije formiraju i događaju isključivo unutar generatora. Od osobe, kao i od korisnika, potrebna je samo vizualna kontrola nad glavnim pokazateljima.

Uređaj za generator vodika

Sada pobliže pogledajmo opciju vodika za grijanje kuće. A njegova je bit, kao što je već navedeno, proizvodnja H2O, ova opcija zaslužuje da se smatra alternativom prirodnom plinu. Znakovito je da prosječna temperatura izgaranja u ovom slučaju može doseći 3 tisuće stupnjeva, tako da ćete morati koristiti poseban vodikov plamenik u sustavu grijanja. To se objašnjava činjenicom da samo takav plamenik može izdržati tako značajno zagrijavanje.

Postoji nekoliko komponenti koje čine grijanje tipa vodika, upoznajmo se s njima.

• Gore spomenuti plamenik. Potreban je za jednu jednostavnu svrhu - stvaranje otvorenog plamena.
• Generator vodika – obraditi će smjesu razlaganjem vode na molekularne sastojke. A kako bi se optimizirala kemijska reakcija, u njenom procesu mogu se koristiti katalizatori.
• Zapravo, bojler. Ovdje služi kao vrsta izmjenjivača topline. Sam plamenik je ugrađen u komoru za izgaranje, zbog čega se nosač topline u sustavu zagrijava do potrebne temperature.

Bilješka! Podsjećamo one koji planiraju proizvodnju generatora vodika da će za to morati unaprijediti postojeću opremu prema ranije navedenoj shemi. No, s druge strane, takva domaća oprema je ekonomičnija od svojih "kupljenih kolega" kupljenih za puno novca.

Snage grijanja vodikom

Prednosti grijanja vodikom su brojne. To je ono što objašnjava tako značajnu popularnost sustava.

• Izvrsna učinkovitost, kojom se odlikuje, može doseći 96 posto.
• Prijateljstvo prema okolišu. To se objašnjava činjenicom da je jedini nusproizvod, takoreći otpad, čista voda proizvedena u plinovitom stanju. A vodena para, kao što znate, nema negativan utjecaj na okoliš.
• Za funkcioniranje u vodikovom sustavu nije potreban plamen. Toplinska energija dolazi iz katalitičkih kemijskih reakcija. Kombinirajući se sa zrakom, vodik stvara vodu, što je popraćeno pojavom velike količine energije. Toplinski tok (a njegova temperatura doseže 40 stupnjeva) dovodi se u izmjenjivač topline. Sasvim je očito da je ovo najoptimalnija opcija za sustav "toplog poda".

Slabe strane

Nakon što smo se upoznali s prednostima, prelazimo na nedostatke grijanja vodikom.

• Unatoč tome što je u naprednijim zemljama ovaj način grijanja iznimno popularan, kod nas mu još ne pridaju potrebnu pozornost. Zato je kupnja i instalacija ove opreme toliko problematična i puna niza poteškoća.
• Prosječna sobna temperatura uzrokuje da vodik postaje plinovit. Štoviše, ova tvar je eksplozivna, pa ju je vrlo teško transportirati, osobito na velike udaljenosti.
• Boce koje sadrže vodik moraju biti certificirane od strane odgovarajućih stručnjaka, za koje je potrebno mnogo vremena za obuku.

Kako instalirati vodikov kotao?

Trenutno mnogi ljudi više vole samostalno proizvoditi generatore vodika za svoje sustave grijanja. I to nije iznenađujuće, jer "trgovinski" kolege nisu samo vrlo skupi, već imaju i ne previsoku učinkovitost. Ali ako napravite ovaj uređaj vlastitim rukama, tada će njegova učinkovitost biti za red veličine veća.

Postoji nekoliko opcija kako sastaviti generator vodika. Ali u svakom slučaju, za njegovu proizvodnju kod kuće bit će potrebni sljedeći potrošni materijali.

• Izvor napajanja od 12 volti.
• Nekoliko cijevi od nehrđajućeg čelika različitih promjera.
• Spremnik u kojem će se struktura nalaziti.
• PWM regulator. Važno je da njegova snaga bude najmanje 30 ampera.

To su glavne komponente od kojih se obično sastoje domaći generatori vodika. Osim toga, ne zaboravite na spremnik za destiliranu vodu - također je potreban. Voda mora biti dovedena u zapečaćenu strukturu s dijalektičarem unutra. U istoj strukturi bit će postavljena garnitura od ploča od "nehrđajućeg čelika" koje se međusobno spajaju pomoću izolacijskog materijala. Važno je da se na ove ploče dovede napon od 12 volti. Ako je sve učinjeno ispravno, onda kada se primijeni napon, voda će se raspasti na 2 plinovita elementa.

Bilješka! Učinkovitije u tom pogledu je korištenje istosmjerne struje (mora imati određenu frekvenciju) koju proizvodi PWM tip generatora. U tom slučaju, impulsna struja (ili izmjenična struja) bit će zamijenjena konstantnom. Kao rezultat toga, učinkovitost opreme značajno će se povećati.

Trebam li koristiti destiliranu vodu ili vodu iz slavine?

Ovdje nema ništa komplicirano. Tekućina iz slavine se može koristiti, ali samo ako ne sadrži nečistoće teških metala. Ali da bi oprema radila učinkovitije, bolje je koristiti još destiliranu vodu, dodajući joj malu količinu natrijevog hidroksida. Omjer bi u ovom slučaju trebao biti sljedeći: žlica hidroksida na svakih deset litara vode.

Koju vrstu metala trebate koristiti?

Ovo je kontroverzno pitanje. Dakle, u mnogim - uključujući i vrlo autoritativnim - izvorima se kaže da se za zagrijavanje vodika trebaju koristiti samo rijetki metali. Zapravo, to nije sasvim točno, budući da je sasvim moguće koristiti nehrđajući čelik, kao što smo već raspravljali gore. Iako bi idealno trebao biti feromagnetski čelik. Razlikuje se po tome što ne privlači čestice nepotrebnih krhotina. Također napominjemo da je pri odabiru metala bolje usredotočiti se na "nehrđajući čelik", koji nije podložan procesu oksidacije.

Kao što vidite, izgradnja vodikovog kotla nije tako teška kao što se čini. Potrebno je samo odabrati pravi potrošni materijal i pažljivo proučiti dijagram sustava grijanja ove vrste. Nakon što ste instalirali svu potrebnu opremu, izvršite provjeru kako biste se uvjerili da je zaista kvalitetna i dovoljno učinkovita.

Video - Izrada generatora vodika

O zakonu održanja energije

Ovaj zakon kaže da je sve na svijetu međusobno povezano: ako je negdje nestalo, sigurno će negdje stići. A kako bi se plin mogao dobiti elektrolizom, morat će se ipak potrošiti određena količina električne energije. A energija, kao što znate, dobiva se uglavnom kao rezultat stvaranja topline tijekom izgaranja drugih vrsta goriva. A čak i ako uzmemo čistu energiju potrebnu za proizvodnju električne energije i onu koju vodik daje nakon izgaranja, gubici će biti dvostruki (barem!) čak i uz najsuvremeniju opremu. Ispada da se 1/2 sredstava jednostavno baci u vjetar. Štoviše, to su samo operativni troškovi, a ne uzima se u obzir trošak opreme, koji, kako je navedeno, nije jeftin. Sjetimo se generatora vodika.

Ako vjerujete u istraživanje provedeno u Americi, tada je cijena jednog kilograma vodika (točnije, cijena njegovog stvaranja) jednaka:

• 6,5 USD kada koristite industrijsku električnu mrežu;
• 9 dolara za rad vjetrogeneratora;
• 20 dolara za solarne uređaje;
• 2,2 USD kada koristite kruto gorivo;
• 5,5 dolara ako je tvar proizvedena iz biomase;
• 2,3 dolara kada je u pitanju elektroliza na visokoj temperaturi, provedena u nuklearnoj elektrani (najjeftinija metoda, ali najudaljenija od uobičajene kućne upotrebe).

Bilješka! Čak i najnapredniji kućni generator bit će značajno inferiorniji u svim aspektima od sličnog industrijskog uređaja. Stoga je, s obzirom na opisane cijene, nemoguće reći da vodik može ozbiljno konkurirati prirodnom plinu. Isto vrijedi i za električnu energiju, dizel pa čak i toplinske pumpe.

Izgledi za energiju korištenjem vodika

Pokušajmo sada saznati postoji li doista šansa za smanjenje cijene čistog vodika. Odmah rezervirajmo da za to postoje sve šanse. Prije svega, to uključuje tehnologiju za proizvodnju jeftine električne energije korištenjem njezinih obnovljivih izvora. Osim toga, u katalitičkom procesu mogu se koristiti jeftiniji kemijski katalizatori. Inače, takvi postoje već dugo vremena i koriste se u vodikovim ćelijama za gorivo (govorimo o automobilima). Iako smo ovdje, opet, naišli na njihovu previsoku cijenu.

Ali tehnologije se stalno poboljšavaju, znanost ne miruje. U jednom trenutku će nafta nestati, a ljudi će morati prijeći na neki drugi, alternativni izvor energije. Ali u ovom trenutku, a možda i u narednim desetljećima, možemo s povjerenjem reći: sama elektroenergetska industrija koja koristi vodik još uvijek je neisplativa. Jedina iznimka su oni slučajevi kada je vodik nusproizvod bilo kojeg drugog tehničkog procesa. Naravno, mogući su i razni programi podrške i razvoja vodikove energije, ali za to je potrebna pomoć velikih korporacija i, naravno, države.

Kao zaključak

Teško je reći koja će energija u budućnosti postati glavna - vodik, nuklearna fuzija, korištenje gravitacije i tako dalje. No, stručnjaci uvjeravaju da će se prvi reaktori za elektrolizu koji će moći konkurirati modernim nuklearnim reaktorima pojaviti za najmanje dvadeset do trideset godina. Neki su općenito skeptični u vezi s tim. Ali pravi profesionalci vjeruju da će generatori vodika uskoro postati predmetom visoke tehnologije, a ne domaćim od improviziranih sredstava, što smo gore opisali. To je sve, tople zime!

Uređaj koji vam omogućuje dobivanje vodika iz vode je generator vodika. Često se koriste u automobilima. Korištenje takvog uređaja u automobilu je opravdano. Nastali vodik ulazi u usisni razvodnik motora. To štedi gorivo i ponekad povećava snagu. U Sjedinjenim Državama ti se generatori proizvode u tvornicama. Nisu jeftine - od 300 do 800 dolara. Kod nas je poželjno sami izraditi generator.

Princip rada generatora vodika

Molekula vode je kombinacija vodika i kisika. Atomi imaju sposobnost stvaranja iona. Ako ste gledali eksperimente koji koriste Teslinu zavojnicu, trebali biste znati da se atomi ioniziraju električnim poljem. U tom slučaju vodik će formirati pozitivne i kisik negativne ione. U generatorima vodika, električno polje se koristi za odvajanje molekula vode jedne od druge.

Dakle, postavljanjem dvije elektrode u vodu, trebamo stvoriti električno polje među njima. Za ovo moraju biti spojeni na terminale akumulatora ili bilo koji drugi izvor napajanja. Anoda je pozitivna, a katoda negativna. Ioni koji su nastali u vodi povući će se prema elektrodi čiji je polaritet suprotan. Kada ioni dođu u dodir s elektrodama, njihov se naboj neutralizira zbog dodavanja ili uklanjanja elektrona. Kada plin koji se pojavi između elektroda izađe na površinu, tada se mora poslati u motor.

Vodikove ćelije za automobile uključuju spremnik vode, koji se nalazi ispod haube. Redovito u posudu se ulije voda iz slavine i tu se doda žličica katalizatora i sode. Ploče spojene na bateriju su uronjene unutra. Kada se paljenje uključi u automobilu, struktura (generator vodika) proizvodi plin.

Koje je elektrode najbolje koristiti?

Prve elektrode na svijetu bile su od bakra, no pokazalo se da su daleko od idealnih. Osim toga, bakar daje snažnu reakciju u kontaktu s vodom. Oslobađa se veliki broj zagađivača, pa je upotreba bakra daleko od najbolje opcije. Preporučujemo da koristite elektrode od nehrđajućeg čelika. Kako bi se smanjila vjerojatnost korozije morate odabrati visokokvalitetni nehrđajući čelik... Debljina listova treba biti oko 2 mm kako bi se smanjio otpor.

Opis procesa montaže generatora vodika

Nakon što smo razumjeli zamršenost rada generatora vodika, prijeđimo na njegovo stvaranje. Da bismo sastavili generator vodika vlastitim rukama, trebat će nam:

• polietilenski kanister;
• žice za spajanje;
• silikonska guma;
• posebno brtvilo;
• crijeva sa stezaljkama.

Nakon što smo pokupili sve što nam je potrebno, počnimo izrađivati ​​generator vlastitim rukama.

Izrada generatora vodika vlastitim rukama pokazala se prilično jednostavnom. Osim toga, zahvaljujući "radu vlastitim rukama" pokazalo se da se puno uštedi. Generator napravljen na ovaj način neće koštati više od 100 dolara. U modernim uvjetima možete pronaći puno uređaja koji koriste vodik. Budući da su zalihe vodika u vodi gotovo neograničene, to jest omogućuje vam da vidite izglede za masovnu upotrebu slične ili nadograđene instalacije u budućnosti.

Sadržaj

Razvoj tehnologije doveo je do zamjene klasičnih peći na drva s kotlovskim jedinicama. Osim drva i ugljena, kao gorivo su se počeli koristiti plin, nafta, dizel gorivo, pa čak i električna energija. U posljednje vrijeme energija za autonomne sustave grijanja dodatno se dobiva uz pomoć solarnih panela i geotermalnih instalacija. S obzirom da je vodik nepresušan izvor energije, možete pokušati sastaviti generator vodika vlastitim rukama kako biste dobili ekološki prihvatljivo gorivo.

DIY generator vodika

Kako uređaj radi

Generator vodika za grijanje smatra se obećavajućim razvojem, budući da je iz obične vode moguće dobiti gorivo visoke kalorijske vrijednosti. Glavni zadatak je dobiti čisti vodik na najjednostavniji i najjeftiniji mogući način.

Proizvodnja vodika

Tradicionalno se u te svrhe koristi metoda elektrolize. Njegova je bit sljedeća: metalne ploče se postavljaju u vodu, nedaleko jedna od druge, koje su spojene na izvor visokog napona. Voda provodi električnu struju, pa se molekula vode pri opskrbi električnom energijom raspada na komponente. Oslobađanje dva atoma vodika i jednog atoma kisika iz svake molekule omogućuje dobivanje takozvanog Brownovog plina formule NNO.

Kalorična vrijednost Brownovog plina je 121 MJ / kg. Kada neka tvar izgori, ne nastaju štetne tvari, a da bi se koristila kao izvor energije za grijanje kuće, dovoljno je malo modernizirati standardni plinski kotao. Međutim, prilikom izrade instalacije za proizvodnju vodika vlastitim rukama, posebnu pozornost treba posvetiti sigurnosnim mjerama - kada se vodik kombinira s kisikom, nastaje eksplozivna smjesa.

Dizajn generatora

Elektrolizer, postrojenje za proizvodnju Brownovog plina elektrolizom vode u velikim količinama, sastoji se od nekoliko ćelija u koje su ugrađene metalne pločaste elektrode. Što je veća ukupna površina elektroda, to je instalacija snažnija.

Ćelije su smještene u zatvorenoj posudi, koja je opremljena razvodnom cijevi za spajanje na izvor vode, razdjelnom cijevi za odvođenje dobivenog plina i terminalima za spajanje napajanja. Također, generator je opremljen vodenom brtvom koja sprječava kontakt vodika s kisikom, te sigurnosnim ventilom za sprječavanje povratnog efekta - plin gori samo u plameniku.

Princip rada generatora vodika

Zagrijavanje vodikom

Grijanje vodikom kod kuće zahtijeva korištenje instalacije s velikom površinom elektroda, inače kotao za grijanje neće moći učinkovito zagrijati rashladnu tekućinu. Neisplativo je koristiti konvencionalni elektrolizator, povećavajući njegove dimenzije, jer će se više električne energije potrošiti na proizvodnju vodika nego što bi se potrošilo na rad električnog kotla za grijanje za zagrijavanje kuće istog područja.

U tijeku je razvoj učinkovitijih instalacija za proizvodnju vodikovog goriva bez nepotrebne potrošnje energije. Poznata je priča o američkom izumitelju Stanleyju Meyeru, koji je stvorio "vodikovu ćeliju", koja troši desetke puta manje električne energije od tradicionalnih instalacija. Međutim, znanstvenik nije uspio napraviti revoluciju u modernoj tehnologiji - iznenada je umro od trovanja, a crteži instalacije su nestali.

Na izradi generatora vodika s pokušajima implementacije Meyerove ideje radi se u tehničkim laboratorijima i radionicama domaćih majstora diljem svijeta. Izum američkog znanstvenika bio je stvoriti rezonanciju ljuljajuće molekule vode s električnim impulsima - u ovom slučaju, ona se dijeli na atome bez korištenja visokog električnog napona.

Iridescentne perspektive

Vodik je iznimno perspektivan nositelj energije iz raznih razloga:

1. Dostupan je u cijelom Svemiru, na Zemlji zauzima deseto mjesto po rasprostranjenosti - energetski se resurs može nazvati neiscrpnim.
2. Plin nije otrovan, nije sposoban nanijeti štetu živim organizmima. Važno je samo poduzeti sigurnosne mjere kako bi se spriječilo curenje uz stvaranje "eksplozivne smjese" vodika i kisika.
3. Produkt izgaranja vodika je obična vodena para.
4. Nosač energije ima visok toplinski kapacitet, temperatura izgaranja je 3000 ° C.
5. Ako plin iscuri, brzo će ispariti bez nanošenja štete, jer je 14 puta lakši od zraka. Ali u blizini ne smije biti otvorene vatre ili iskrenja, inače će eksplozivna smjesa eksplodirati.
6. Kubični metar vodika ima ogrjevnu vrijednost od 13 000 J.

Prednosti grijanja vodikom

Vodik kao nositelj energije – djelokrug

Vodik je visoko cijenjen kao nositelj energije i aktivno se koristi, na primjer, kao gorivo za svemirske rakete. Za dobivanje u industrijskim razmjerima koriste se različite metode. To su uglavnom rasplinjavanje ugljena ili naftnih derivata, pretvorba metana i njegovih homologa. Takav jeftin vodik ne može se smatrati ekološki prihvatljivim gorivom, jer je njegova proizvodnja povezana sa štetnim emisijama u atmosferu. Elektroliza vode za proizvodnju vodika u velikim količinama koristi se samo u Norveškoj, gdje postoji višak jeftine električne energije.

Kompaktni električni plinski generator našao je primjenu u industriji rezanja. Oprema koja proizvodi vodik prikladnija je za korištenje u usporedbi s plinom u bocama - nema potrebe za transportom teških cilindara, ovisi o opskrbi ukapljenim plinom itd. No, zbog praktičnosti, donesene su uštede - za elektrolitički proces potrebno je puno električne energije, zbog čega se trošak energetskog nosača značajno povećava. Istodobno, razlika u cijeni kupljenog i proizvedenog vodika uvelike se nadoknađuje izostankom troškova njegove isporuke.

Kotlovi za grijanje na vodik

Na mnogim stranicama posvećenim sustavima grijanja možete pronaći informacije da je vodik dostojan konkurent prirodnom plinu kao energentu za kotao za grijanje. Naglasak je na činjenici da ugradnjom generatora vodika dobivate priliku potrošiti ništa više na grijanje nego na plin, a da pritom ne morate sastavljati puno dokumenata i plaćati ozbiljne iznose za spajanje kuće na centralnu plinsku mrežu .

Na temelju prethodno navedenog u članku možemo zaključiti da je cijena vodika niska samo kada se industrijski proizvodi. Odnosno, dobivanje goriva elektrolizom sigurno će koštati više i nema smisla fokusirati se na atraktivne brojke za cijenu kilograma ukapljenog vodika.

Razmotrite bojlersku opremu na tržištu. Proizvodnju vodikovih kotlova obavlja talijanska tvrtka Giacomini, specijalizirana za područje alternativne energije. Također, slične jedinice izrađuju i neke kineske tvrtke koje su uspješno kopirale tehnologiju.

Vodik kotao na kruto gorivo

Razvoj tvrtke Giacomini usmjeren je na stvaranje opreme za grijanje koja bi bila potpuno sigurna za okoliš.

Vodikov kotao ove tvrtke pripada navedenoj kategoriji - njegov je rad povezan s ispuštanjem vodene pare, nema štetnih emisija. Vodik se koristi kao nositelj energije, a ekstrahira se elektrolizom.

Međutim, vrijedno je obratiti posebnu pozornost na princip rada ovog kotla. Vodik proizveden u sustavu ne izgara, on reagira s kisikom u prisutnosti katalizatora. Kao rezultat, oslobađa se toplinska energija koja je dovoljna za zagrijavanje kruga grijanja do 40 ° C.

Odnosno, vodikovi kotlovi, koji se nude za kupnju po solidnoj cijeni, prikladni su samo za korištenje kao generator topline za vodeni podni krug, podno ili stropno grijanje.

Može se zaključiti da svjetski proizvođači kotlovske opreme nisu pronašli prihvatljivo tehničko rješenje za stvaranje učinkovitog kotla za grijanje koji bi mogao koristiti toplinsku energiju izgorjelog vodika. Ili su izračunali da je takva opcija neisplativa.

Izrada generatora samostalno

Na internetu postoji mnogo uputa kako napraviti generator vodika. Treba napomenuti da je takvu instalaciju za kuću sasvim moguće sastaviti vlastitim rukama - dizajn je prilično jednostavan.

DIY komponente generatora vodika za grijanje u privatnoj kući

Ali što ćete učiniti s proizvedenim vodikom? Ponovno obratite pažnju na temperaturu izgaranja ovog goriva u zraku. To je 2800-3000°C. S obzirom na to da se metali i drugi čvrsti materijali režu uz pomoć izgaranja vodika, postaje jasno da neće uspjeti ugraditi plamenik u konvencionalni kotao na plin, tekuće gorivo ili kruto gorivo s vodenim plaštom - jednostavno će izgorjeti.

Obrtnici na forumima savjetuju da se ložište iznutra položi šamotnim ciglama. No, točka taljenja čak i najboljih materijala ove vrste ne prelazi 1600 ° C, takva peć neće izdržati dugo vremena. Druga mogućnost je korištenje posebnog plamenika, koji je u stanju sniziti temperaturu plamena na prihvatljive vrijednosti. Dakle, dok ne pronađete takav plamenik, ne biste trebali početi instalirati domaći generator vodika.

Nakon što ste riješili problem s kotlom, odaberite odgovarajuću shemu i upute o tome kako napraviti generator vodika za grijanje privatne kuće.

Domaći uređaj će biti učinkovit samo ako:

• dovoljna površina pločastih elektroda;
• ispravan izbor materijala za izradu elektroda;
• visokokvalitetna tekućina za elektrolizu.

Koja bi veličina trebala biti jedinica koja proizvodi vodik u dovoljnim količinama za zagrijavanje kuće, morat će se odrediti "na oko" (na temelju tuđeg iskustva), ili za početak sastavljanjem male instalacije. Druga je opcija praktičnija - omogućit će vam da shvatite isplati li se trošiti novac i vrijeme na instaliranje punopravnog generatora.

Rijetki metali idealno se koriste kao elektrode, ali za kućnu jedinicu to je preskupo. Preporuča se odabrati ploče od nehrđajućeg čelika, po mogućnosti feromagnetne.

Dizajn generatora vodika

Na kvalitetu vode postavljaju se određeni zahtjevi. Ne smije sadržavati mehaničke nečistoće i teške metale. Generator najučinkovitije radi na destiliranoj vodi, ali kako biste smanjili cijenu dizajna, možete se ograničiti na filtere za pročišćavanje vode od nepotrebnih nečistoća. Da bi električna reakcija bila intenzivnija, vodi se dodaje natrijev hidroksid u omjeru 1 žlica na 10 litara vode.

Ekonomsko pitanje

Prije nego što počnete detaljno razumjeti kako napraviti generator vodika, preporučljivo je prisjetiti se školskog tečaja fizike. Sve transformacije odvijaju se uz gubitak energije, odnosno trošak električne energije za proizvodnju vodika neće biti nadoknađen toplinskom snagom kada se dobiveno gorivo izgori.

S obzirom da je jednostavno nemoguće spaliti vodik s maksimalnom temperaturom i prijenosom topline kod kuće, postaje jasno da će stvarni gubici biti čak i veći od onih izračunatih za idealne uvjete.

Dakle, korištenje DIY generatora vodika nema smisla ako nemate pristup besplatnoj struji. Instalacija električnog kotla za grijanje kuće i izravno trošenje električne energije, bez složenih transformacija, koštat će vas 2-3 puta jeftinije. Osim toga, električni kotao je potpuno siguran, a rad zanatske instalacije prijeti eksplozijom ako se ne poštuju pravila instalacije i rada.

Očito, dobivanje jeftinog vodika na ekološki prihvatljiv način, koji uključuje i elektrolizu, pitanje je budućnosti na kojem danas rade znanstvenici u vodećim zemljama svijeta.

Čak je i srednjovjekovni znanstvenik Paracelsus, tijekom jednog od svojih eksperimenata, primijetio da kada sumporna kiselina dođe u dodir s željezom, nastaju mjehurići zraka. Zapravo, to je bio vodik (ali ne zrak, kako je znanstvenik vjerovao) - lagani, bezbojni plin bez mirisa koji pod određenim uvjetima postaje eksplozivan.

U sadašnje vrijemeDIY grijanje na vodik - vrlo uobičajena stvar. Doista, vodik se može dobiti u gotovo neograničenim količinama, glavna stvar je da ima vode i struje.

Ovu metodu grijanja razvila je jedna od talijanskih tvrtki. Kotao na vodik radi bez stvaranja štetnog otpada, zbog čega se smatra ekološki najprihvatljivijim i najtišim načinom grijanja kuće. Inovacija razvoja leži u činjenici da su znanstvenici uspjeli postići izgaranje vodika na relativno niskoj temperaturi (oko 300ᵒC), što je omogućilo proizvodnju takvih kotlova za grijanje od tradicionalnih materijala.

Tijekom rada kotao ispušta samo bezopasnu paru, a jedina skupa stvar je struja. A ako to kombinirate sa solarnim panelima (heliosustav), onda se ti troškovi mogu potpuno svesti na nulu.

Bilješka! Vodikovi kotlovi se često koriste za grijanje sustava podnog grijanja koji se lako mogu sastaviti ručno.

Kako to sve funkcionira? Kisik reagira s vodikom i, kako se sjećamo iz satova kemije u srednjoj školi, tvori molekule vode. Reakciju izazivaju katalizatori, što rezultira oslobađanjem toplinske energije koja zagrijava vodu na oko 40ᵒC - idealnu temperaturu za "topli pod".

Podešavanje snage kotla omogućuje postizanje određenog pokazatelja temperature potrebnog za grijanje prostorije s određenim područjem. Također je vrijedno napomenuti da se takvi kotlovi smatraju modularnim, jer se sastoje od nekoliko kanala neovisnih jedan o drugom. Svaki od kanala sadrži gore spomenuti katalizator, kao rezultat toga, izmjenjivač topline prima nosač topline, koji je već dosegao potrebni pokazatelj od 40 ° C.

Bilješka! Značajka takve opreme je da svaki od kanala može proizvesti različitu temperaturu. Tako se jedan od njih može dovesti do "toplog poda", drugi u susjednu sobu, treći do stropa itd.

Glavne prednosti grijanja vodikom

Ova metoda grijanja kuće ima nekoliko značajnih prednosti, koje su posljedica sve veće popularnosti sustava.

1. Impresivna učinkovitost, koja često doseže 96%.
2. Prijateljstvo prema okolišu. Jedini nusproizvod koji se ispušta u atmosferu je vodena para, koja u načelu ne može štetiti okolišu.
3. Grijanje na vodik postupno zamjenjuje tradicionalne sustave, oslobađajući ljude od potrebe za vađenjem prirodnih resursa - nafte, plina, ugljena.
4. Vodik radi bez vatre; toplinska energija nastaje katalitičkom reakcijom.

Možete li sami napraviti grijanje na vodik?

U principu, to je moguće. Glavni element sustava - kotao - može se stvoriti na temelju LVD generatora, odnosno konvencionalnog elektrolizera. Svi se sjećamo školskih iskustava kada smo gole žice ubacili u posudu s vodom, spojenu na utičnicu pomoću ispravljača. Dakle, da biste izgradili kotao, morate ponoviti ovo iskustvo, ali u većem opsegu.

Bilješka! Kotao na vodik koristi se s "toplim podom", kao što smo već raspravljali. No, uređenje takvog sustava tema je za drugi članak, pa ćemo se osloniti na to da je "topli pod" već uređen i spreman za korištenje.

Izgradnja vodikovog plamenika

Počnimo stvarati plamenik za vodu. Tradicionalno ćemo započeti s pripremom potrebnih alata i materijala.

Što se traži u radu

1. Lim od nehrđajućeg čelika.
2. Provjeriti ventil.
3. Dva vijka 6x150, matice i podloške za njih.
4. Protočni filter (iz perilice).
5. Prozirna cijev. Razina vode je idealna za to - u trgovinama građevinskog materijala prodaje se za 350 rubalja po 10 m.
6. Zatvorena plastična posuda za hranu kapaciteta 1,5 litara. Približni trošak je 150 rubalja.
7. Fitingi od riblje kosti ø8 mm (savršeni su za crijevo).
8. Brusilica za piljenje metala.

Sada ćemo shvatiti kakav nehrđajući čelik trebate koristiti. U idealnom slučaju, za to treba uzeti čelik 03X16H1. Ali kupnja cijelog lima "nehrđajućeg čelika" ponekad je vrlo skupa, jer proizvod debljine 2 mm košta više od 5500 rubalja, a osim toga, mora se nekako unijeti. Stoga, ako negdje leži mali komad takvog čelika (dovoljno je 0,5x0,5 m), onda možete učiniti s njima.

Koristit ćemo nehrđajući čelik, jer obični čelik, kao što znate, počinje hrđati u vodi. Štoviše, u našem dizajnu namjeravamo koristiti alkalije umjesto vode, odnosno okolina je više nego agresivna, a čak i pod utjecajem električne struje obični čelik neće dugo trajati.

Video - Generator smeđeg plina Jednostavan model ćelije od 16 ploča od nehrđajućeg čelika

Uputa za proizvodnju

Prvi korak. Prvo uzmite čelični lim i stavite ga na ravnu površinu. Iz lista gornjih dimenzija (0,5x0,5 m) treba dobiti 16 pravokutnika za budući plamenik vodika, izrezati smo ih mlinom.

Bilješka! Izrežemo jedan od četiri ugla svake ploče. To je potrebno za spajanje ploča u budućnosti.

Druga faza. Izbušite rupe za vijak na stražnjoj strani ploča. Da smo planirali napraviti "suhi" elektrolizer, izbušili bismo rupe i s dna, ali u ovom slučaju to nije potrebno raditi. Činjenica je da je "suhi" dizajn mnogo kompliciraniji, a korisna površina ploča u njemu ne bi se iskoristila 100%. Napravit ćemo "mokri" elektrolizator - ploče će biti potpuno uronjene u elektrolit, a cijelo njihovo područje će sudjelovati u reakciji.

Treća faza. Princip rada opisanog plamenika temelji se na sljedećem: električna struja, prolazeći kroz ploče uronjene u elektrolit, dovest će do činjenice da se voda (mora biti dio elektrolita) razgrađuje u kisik (O) i vodik (H). Stoga moramo imati dvije ploče u isto vrijeme – katodu i anodu.

S povećanjem površine ovih ploča, volumen plina se povećava, stoga u ovom slučaju koristimo osam komada po katodi, odnosno anodi.

Bilješka! Plamenik koji razmatramo je paralelni dizajn, koji, iskreno, nije najučinkovitiji. Ali lakše je izvesti.

Četvrta faza. Zatim moramo postaviti ploče u plastičnu posudu tako da se izmjenjuju: plus, minus, plus, minus itd. Za izolaciju ploča koristimo komade prozirne cijevi (kupili smo je čak 10 m, tako da postoji zaliha).

Iz cijevi izrežemo male kolutiće, izrežemo ih i dobijemo trake debljine oko 1 mm. Ovo je idealna udaljenost za učinkovito stvaranje vodika u strukturi.

Peta faza. Ploče međusobno pričvršćujemo podloškama. To radimo na sljedeći način: na vijak stavljamo podlošku, zatim ploču, nakon nje tri podloške, drugu ploču, opet tri podloške itd. Osam komada objesimo na katodu, osam na anodu.

Bilješka! To se mora učiniti u zrcalnoj slici, odnosno okrećemo anodu za 180ᵒ. Dakle, "plus" će ići u praznine između "minus" ploča.

Šesta faza. Gledamo gdje točno u kontejneru počivaju vijci, na tom mjestu izbušimo rupe. Ako odjednom vijci ne stanu u spremnik, tada ih izrežemo na potrebnu duljinu. Zatim umetnemo vijke u rupe, stavimo podloške na njih i stegnemo ih maticama - za bolju nepropusnost.

Zatim u poklopcu napravimo rupu za okovu, uvrnemo sam spoj (po mogućnosti razmazujući spoj silikonskim brtvilom). Puhnemo u okov kako bismo provjerili nepropusnost poklopca. Ako zrak i dalje izlazi ispod njega, onda ovaj spoj premažemo brtvilom.

Sedma faza. Na kraju montaže testiramo gotov generator. Da biste to učinili, spojite bilo koji izvor na njega, napunite posudu vodom i zatvorite poklopac. Zatim na spojnicu stavljamo crijevo koje spuštamo u posudu s vodom (da vidimo mjehuriće zraka). Ako izvor nije dovoljno snažan, onda ih neće biti u spremniku, ali će se sigurno pojaviti u elektrolizeru.

Zatim, moramo povećati brzinu oslobađanja plina povećanjem napona u elektrolitu. Ovdje je vrijedno napomenuti da čista voda nije vodič - struja prolazi kroz nju zbog nečistoća i soli prisutnih u njoj. Razrijedit ćemo malo lužine u vodi (npr. super je natrijev hidroksid – prodaje se u trgovinama kao sredstvo za čišćenje Mole).

Bilješka! U ovoj fazi moramo adekvatno procijeniti mogućnosti izvora napajanja, stoga, prije ulijevanja lužine, spojimo ampermetar na elektrolizator - na taj način možemo pratiti povećanje struje.

Video - Grijanje na vodik. Vodikove ćelijske baterije

Dalje, razgovarajmo o ostalim komponentama vodikovog plamenika - filteru za perilicu i ventilu. Obje su za zaštitu. Ventil neće dopustiti da zapaljeni vodik prodre natrag u strukturu i eksplodira plin nakupljen ispod poklopca ćelije (čak i ako ga tamo nema puno). Ako ne ugradimo ventil, posuda će se oštetiti i lužina će iscuriti van.

Filter će biti potreban za izradu vodene brtve, koja će djelovati kao prepreka za sprječavanje eksplozije. Obrtnici, koji nisu po glasinama upoznati s dizajnom domaćeg vodikovog plamenika, ovu kapu nazivaju "bulbulizatorom". Doista, u biti stvara samo mjehuriće zraka u vodi. Za sam plamenik koristimo isto prozirno crijevo. To je to, vodikov plamenik je spreman!

Ostaje samo spojiti ga na ulaz sustava "toplog poda", zabrtviti priključak i započeti izravan rad.

Kao zaključak. Alternativa

Alternativa, iako vrlo kontroverzna, je Brownov plin – kemijski spoj koji se sastoji od jednog atoma kisika i dva vodika. Izgaranje takvog plina popraćeno je stvaranjem toplinske energije (štoviše, četiri puta snažnije nego u gore opisanom dizajnu).

Za grijanje kuće Brownovim plinom koriste se i elektrolizatori, jer se i ovaj način stvaranja topline temelji na elektrolizi. Stvaraju se posebni kotlovi u kojima se pod djelovanjem izmjenične struje odvajaju molekule kemijskih elemenata, tvoreći željeni Brownov plin.

Video - smeđi obogaćeni plin

Sasvim je moguće da će inovativni energetski resursi, čije su rezerve gotovo neograničene, uskoro istisnuti neobnovljive prirodne resurse, oslobađajući nas potrebe za trajnim vađenjem minerala. Takav tijek događaja imat će pozitivan učinak ne samo na okoliš, već i na ekologiju planeta u cjelini.

Također pročitajte u našem članku - DIY parno grijanje.

Video - Grijanje na vodik