Proč byste neměli považovat domácí vodíkový kotel za hlavní
V souvislosti s výrobou klimatické technologie je výroba energie z vodíku vlastně dalším, dalo by se říci, vynuceným pokusem najít způsob, jak topit bez vzniku hoření a oxidu uhličitého. Projekt je zatím ve fázi experimentu a zatím nenašel masové uplatnění.
Ale vzhledem k tomu, že již dnes existují byznysmeni nabízející novinku, která poskytuje teplo „téměř za nic“, je na čase se touto problematikou začít zabývat.
Co jsou vodíkové topné kotle
Vodíkový topný kotel je topná jednotka, která využívá vodík jako palivo ve formě dvouatomového plynu (H2).
Vodík je podle vědců perspektivní palivo:
- jeho výhřevnost (121 MJ) je mnohem vyšší než u zemního plynu (32 MJ), který potenciálně poskytuje několikanásobně více užitečné energie;
- při procesu spalování se z něj uvolňuje obyčejná voda, nebo spíše horká nasycená pára, která neovlivňuje ani atmosféru, ani okolní lidi;
- jako chemický prvek se nachází v každém koutě planety, podíl všech atomů tvoří více než 88 %, což znamená, že zdroj je relativně nevyčerpatelný.
Problém je v tom, že vodík tvoří vazby s jakýmikoli nekovy, to znamená, že existuje pouze v molekulárních sloučeninách, ze kterých je třeba jej izolovat.
Většina známých průmyslových metod k tomu (plamenová pyrolýza, zplyňování, konverze, tepelný rozklad, plazmová chemie) vyžaduje zahřátí výchozí látky jednoduše na neuvěřitelné teploty (1000–6000 °C). Pro domácí použití tedy zbývá jediné řešení – elektrolýza vody.
Zařízení a princip činnosti
Generátor vodíku (elektrolyzér) je speciální zařízení, které pomocí vysokého napětí štěpí vodu na její součásti.
Proces elektrolýzy probíhá uvnitř samostatného galvanického bloku, odděleného elektrodami po stranách: pozitivní (anoda) a negativní (katoda). Proud se mezi nimi pohybuje přes vodivý katalyzátor a doslova „rozbíjí“ molekulu vody (H2O) na 1 atom kyslíku (O) a 2 atomy vodíku (HH).
Výsledný netoxický plyn je označen hypotetickým vzorcem HHO a nese jméno hnědý plyn (Browns), na počest fyzika Y. Browna.
Díky jeho objevu se podařilo dosáhnout snížení teploty spalování vodíku, což umožnilo vyrábět takové kotle ze snadno dostupných materiálů.
Konstrukční zařízení (uzly) primitivního vodíkového kotle:
- elektrolyzér, separátor, čistič (volitelně – jednotka na úpravu vody);
- potrubí o průměru Ø 25–32 mm (odbočka – Ø 20, konečná – Ø 16);
- ovládací panel a dvoustupňový ochranný systém v případě úniku plynu;
- výměník tepla a spalovací komora „zděděná“ ze standardní kotlové jednotky.
Některé kotle jsou modulární. Maximální počet takových modulů je 6 a každý musí fungovat nezávisle na ostatních.
1 – snímač hladiny vody; 2 – výplňová armatura; 3 – snímač tlaku; 4 – odbočné trubky pole článku (kanály pro přívod elektrolytu do článku); 5 – odbočka pro výstup plynu/vody z elektrolyzéru (kanál výstupu směsi plynu a vody); 6 – odbočka pro výstup plynu z nádrže (kanál pro sběr plynné směsi vodíku a kyslíku); 7 – ventil; 8 – vodní zámek; 9 – ventil pojistky plamene; 10 – teplotní čidlo; 11 – elektrolyzér; 12 – voda s přídavkem hydroxidu sodného (NaOH) (roztok elektrolytu); 13 – blok široké pulzní modulace pro regulaci přiváděného napětí z hlediska proudu a frekvence; 14 – nádoba na elektrolyt.
Viz také: Výměna řemene alternátoru gazelle next cummins diesel
Krok za krokem princip činnosti (výroba tepla) vodíkového kotle:
- Voda (elektrolytický vodný roztok) vstupuje do elektrolyzéru, kde se působením elektrického proudu štěpí na atomy vodíku a kyslíku.
- Dále tyto plyny procházejí různými kanály do chemického separátoru, kde se z celkové hmoty uvolňuje monatomická sloučenina vodíku, výbušný plyn HHO.
- Po vyčištění je odeslán do spalovací komory a tam opět vstupuje do katalytické oxidační reakce s kyslíkem (volitelně katalyzátorem).
- Tento proces je doprovázen uvolňováním tepla (vedlejším produktem je voda), které ohřívá výměník tepla a chladicí kapalinu v něm, díky čemuž je dům vytápěn.
Vzhledem k tomu, že spalovací komora stále není využívána v souladu s jejím primárním účelem, odborníci doporučují její naplnění katalyzátorem.
Nejběžnějším katalyzátorem jsou obyčejné žulové oblázky. Přispívá k rovnoměrnému rozložení energie a po ukončení spalování Brownova plynu se jím naakumulované teplo přenese do chladicí kapaliny. Navíc žula oplotí výměník tepla před ohněm, což prodlouží jeho životnost.
Požadavky na instalaci vody
Vzhledem k nízké elektrické vodivosti vody není její přímá elektrolýza dostatečně účinná, proto se kotle často dodávají ihned s jednotkou na úpravu vody.
Plnidlem pro takové nádoby může být téměř jakákoli alkálie. V praxi se používá roztok hydroxidu draselného (KOH) s elektrickou vodivostí, která při koncentraci 20–40 % dosahuje 0,3–0,5 Ohm × cm–1, což je 10 7krát více než u demineralizované vody. Někdy se do základního elektrolytu přimíchává také oxid vanadičný (VXNUMXO₅). Snižuje polarizaci elektrod, což zjednodušuje provoz elektrolyzéru, ale zatím nepanuje shoda na jeho bezpečnosti.
Různé roztoky se přidávají do vody výhradně pro minimalizaci elektrického odporu, to znamená, že se samy o sobě během provozu nespotřebovávají.
Vyrábějí také pevné elektrolyty na bázi iontoměničových membrán, ve kterých elektrickou vodivost zajišťují ionty vodíku nebo kyslíku.
Proč jsou potřeba a jak se používají?
Obvykle energetické náklady na uvolňování čistého vodíku převyšují podíl užitečného tepla, což jeho plošné využití ztrácí smysl.
V některých případech však může být vodíkový kotel docela dobrou alternativou pro vytápění soukromého domu, zvláště když majitelé mají přístup k volným zdrojům – vodě (studna, studna, zásobování vodou z otevřených zdrojů) a energii (vodní a větrná stanice , solární panely).
Ekonomické a efektivní ve srovnání s ekvivalenty elektřiny nebo plynu
Pokud využíváte vodíkové topné kotle z hlediska veřejných služeb nebo nákupu zdrojů, pak není třeba mluvit o nějakém přínosu.
Viz také: Nicky pro generátor černé pouště
Při střízlivém posouzení jejich účinnost nedosahuje ani elektrokotel – přeborníka v odpadech a plynový agregát na svém pozadí dokonce vítězí.
Porovnání kotle na vodíková paliva s tradičními kotli:
| Typ paliva | Energetická účinnost |
| vodík | 10-11% |
| elektřina | 35-45% |
| metan, propan | 82-96% |
S vědomím, že spálením 1 kg vodíku se uvolní 121 MJ energie, zatímco zemní plyn 32 MJ, můžeme zhruba spočítat spotřebu těchto paliv.
Hustota vodíku je 0,09 kg / m 3, což odpovídá objemu 11100 0,765 litrů, a zemního plynu – 3 kg / m 1300 na 1,8 2040 litrů. Vezmeme-li v úvahu potřebu elektrolyzéru na výkon 0,185 kW za hodinu, nutný k výrobě 22 litrů nebo XNUMX kg vodíku, docházíme k závěru, že takový objem lze získat spálením XNUMX MJ energie.
Na 1 kW výkonu kotle (který vystačí na vytopení 10 m 2 plochy) je potřeba 1 m 3 nebo 0,765 kg zemního plynu za hodinu, tedy 25 MJ energie, což je více, než dává elektrolyzér za stejný čas. Částky se budou také lišit: 1 kW vodíkové energie bude stát 18,71 rublů a plyn – pouze 0,65 rublů.
Můžete si koupit vodíkové lahve a ne plýtvat vodou a elektřinou, ale 40 kg bude stačit na dům o velikosti 60 m 2 pouze na 1,5 dne a náklady na každou jsou 2500–5000 rublů.
Nemůže také plně konkurovat elektrickému kotli, protože za 1 kW v průměru budete muset zaplatit 4,76 rublů, což je téměř 4krát méně než 18,71 rublů. Energii, která bude vynaložena na generování vodíku, je proto lepší využít okamžitě pro provoz elektrospotřebičů – bude to mít mnohem větší smysl.
Dieselové kotle pro vytápění soukromého domu
Nejspolehlivější kotlové jednotky, které se od plynových liší pouze hořákem
Recenze domácích vodíkových rostlin: výhody a nevýhody
Informací o skutečném využití vodíkových kotlů je tak málo, že se musí sbírat „kousek po kousku“, ale hlavní body lze rozlišit (i na základě zpětné vazby od skutečných uživatelů vodíkových kotlů pro vytápění).
| Pros | Zápory |
| “tiché hoření” – zahřívání chladicí kapaliny probíhá v důsledku katalytických reakcí, což znamená, že není otevřený plamen | nebezpečný provoz – se zvýšením normalizovaného tlaku existuje vysoké riziko snížení tlaku ve švech a výbuchu kotle |
| vysoká šetrnost k životnímu prostředí – při provozu nevzniká oxid uhelnatý, výpary ani jiné zdraví škodlivé látky | nízká energetická účinnost – jak již bylo řečeno, energetické náklady na výrobu HHO jsou vyšší než jeho přenos tepla |
| žádný komín – z předchozího odstavce také vyplývá, že takové jednotky nepotřebují odvádět výfukové plyny | nedostatek specialistů – v regionech nejsou certifikované organizace zabývající se opravami těchto kotlů |
| dostupnost zdrojů – formálně potřebují pouze elektřinu a vodu na tankování (+ výměna katalyzátoru XNUMXx ročně) | vyhledávání válců – pokud si koupíte čistý vodík, pak musíte vzít v úvahu, že je také nepravděpodobné, že by se nacházel poblíž |
Viz také: krystalový oscilátor pro stabilizaci frekvence oscilátoru
Stojí za zmínku, že výše uvedené vlastnosti platí pro tovární modely, protože přepracování jednotek často nedává vůbec ekonomický smysl.
Vodíkové kotle, které “řemeslníci” vytvářejí vlastníma rukama na základě předchůdců na tuhá paliva nebo plyn, jsou samozřejmě levnější než značková zařízení, ale bez znalosti fyziky, chemie a výpočtů je téměř nemožné sestavit správně fungující kotel. Navíc nikdo neručí za bezpečnost.
Nejlepší modely domácích vodíkových topných kotlů
King Kar 3000
Jednotka, oblíbená v asijských zemích, je schopna vyrobit až 3,0 m 3 vodíku za hodinu při spotřebě vody 1,6 litru a elektrické energii 9,0 kW. Vyznačuje se možností flexibilní regulace teploty spalování v rozsahu od 800 do 3200 °C, změnou procenta složek palivové směsi.
Cena: 380 000 – 460 000 rublů.
Výrobce: KingKar Eco-Technologies (KingKar Eco-Technology), Čína.
STAR-1.1 + generátor STAR 2000
Vodíkový kotel ruské výroby je spárován s kompatibilním generátorem. Má nízkou spotřebu elektrické energie 300 W + 3 kW za hodinu a také vody – 1,1 l, přičemž za stejnou dobu dokáže vyrobit až 2 m 3 paliva. Na přání je doplněn o druhý okruh ohřevu vody.
Cena: 60 000 – 73 000 + 185 000 – 200 000 rublů.
Výrobce: STAR Industries (STAR Industries), Rusko.
Domácí energetická stanice
Nejen kotel, ale celá elektrárna třetí modifikace HES III. Je schopen vyrobit až 2,0 m 3 vodíku za hodinu, a to jak ze zemního plynu, tak prostřednictvím elektrolýzy, přičemž spotřebuje 5,0 kW elektřiny a 1,8 litru vody. Struktura zahrnuje reformátor, čistící jednotku, kompresor, zásobník plynu a solární panely.
Cena: 310 000 – 450 000 rublů.
Výrobce: Honda a Plug Power (Honda a Plug Power), Japonsko a USA.
Ceny domácích vodíkových topných kotlů: souhrnná tabulka
Hodnocení nejoblíbenějších vodíkových kotlů pro vytápění:
| Model vodíkové jednotky | Spotřeba vody, l/hod | Spotřeba energie, kW/h | Výroba, m 3 / hod | Cena, rub. |
| King Kar 3000 | 1,6 | 9,0 | 3,0 | 415 000 |
| STAR-1.1 + STAR 2000 | 1,1 | 3,3 | 2,0 | 260 000 |
| Domácí energetická stanice | 1,8 | 5,0 | 2,0 | 380 000 |
Na závěr bych chtěl něco málo shrnout: pokud jde o úspěšnost využití vodíkové energie, ta určitě existuje, ale musíte pochopit, že dlouhodobé vyhlídky jsou spojeny s budoucími technologiemi, které ještě nebyly objeveny, takže všechny tyto kotle budou minimálně dalších 10 let nerentabilní.
Jejich omezené zavedení je v tuto chvíli možné pouze díky státním dotacím a v rámci experimentálních ekologických programů.
Ale pokud existuje touha experimentovat na vlastní pěst, tak proč ne, hlavní věc, kterou je třeba si zapamatovat, je, že vodíkový ohřev vyžaduje znalosti a šikovné ruce při jeho uspořádání. Takovou práci můžete důvěřovat pouze licencovaným specialistům a ne pochybným obchodníkům, kteří nebudou zodpovědní za kvalitu.
