Водородное отопление – что о нем нужно знать?

Водородное отопление – что о нем нужно знать?Водород — самое распространенное вещество в Солнечной системе, и эксперты все чаще говорят, что в скором времени дома будут отапливаться именно им. Уже сейчас гидроген используется для электромобилей и переносных энергетических установок. Есть и первые «водородные» экспериментальные дома. Конечно, не все технические проблемы решены, но кто знает: может быть, уже через десять лет в вашем доме топливо будут получать из обычной воды?  :-)

Что нужно знать о водороде

Водород H2 — легкий газ, в смеси с воздухом (кислородом) горюч и взрывоопасен. В результате горения образуется водяной пар (H2O). Нетоксичен.

В лабораторных условиях химики получают водород десятком разных способов. Школьникам часто показывают реакцию металлов с кислотами, в результате которых образуется соль (осадок) и газообразный водород. Однако для промышленного использования водорода требуются более дешевые и безопасные способы.

Сейчас львиная доля водорода производится из нефтепродуктов или при переработке каменного угля. Использовать такой водород в энергетике не очень-то логично. Лучше уж сразу сжигать уголь или природный газ. Однако некоторые считают, что для избавления от нефтяной зависимости все средства хороши. Например, в США строят электростанцию, которая будет работать на водороде, полученном при переработке каменного угля.

Более перспективным выглядит вариант получения водорода из биомассы (например, отходы деревообработки) или мусора с помощью бактерий либо высокотемпературного разложения. Но это дорого.

Учитывая вышесказанное, предположим, что в обозримом будущем водород вряд ли станет основным источником энергии для промышленности и крупных городов. Если даже нефть закончится, то атомные электростанции вкупе с ветряками и солнечными коллекторами не дадут людям замерзнуть. Эти технологии хорошо проработаны и развитие их сдерживается только низкой ценой на нефть. И тем не менее, водородная энергетика развивается. Локомотивом здесь выступает автомобилестроение.

Очень экологичные машины

Водород используется в качестве топлива для автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Такие машины проигрывают в мощности своим бензиновым собратьям, но зато не выделяют в атмосферу вредных веществ. Живой пример – BMW 750h.

На водороде работают и некоторые электромобили, например Honda FCX Clarity. Здесь водород не сгорает напрямую, а служит для выработки электричества. Газ преобразуется в энергию в специальных топливных элементах. По конструкции они напоминают автомобильный аккумулятор.

Подробности о водородных топливных элементах можно узнать здесь.

Для водородных автомобилей создаются специальные автозаправки. Однако производители позаботились о том, чтобы хозяин машины смог производить топливо самостоятельно. Для этого есть специальные бытовые установки. Та же «Хонда» предлагает в комплекте к своему водородному электромобилю агрегат под названием Solar Hydrogen Station.

Днем с помощью солнечных батарей он запасается электричеством, чтобы ночью потратить его на производство водорода из природного газа. За ночь вырабатывается полкило Н2, чего хватает примерно на 300 км пробега.

Автопроизводители пошли по пути получения водорода из природного газа. Но это не лучшая новость для владельцев автономных домов. Ведь они как раз хотят обойтись без газа  :-) .

Как получить водород дома?

Чтобы использовать водород для обогрева дома, нужно научиться получать его не из природного газа, а из более доступных источников, например, воды или воздуха.

Электролиз воды — самый подходящий способ. Установку для электролиза можно собрать за час с помощью источника постоянного тока, двух электродов и сообщающихся сосудов с герметичными крышками.

Оптимальное напряжение для электролиза воды с целью получения водорода — 1,8 вольта. Вот ролики, в которых наглядно показана принципиальная схема электролиза воды.

А здесь — пошаговая инструкция по сборке игрушечного электролизера из подручных материалов (в конце можно полюбоваться взрывом водорода).

Стоит ли говорить, что самодельные электролитические установки не годятся для безопасного и экономичного производства водорода. Главная опасность в процессе электролиза — образование в воде пузырьков «гремучего газа», то есть смеси из водорода и кислорода. Напомним, что она имеет склонность взрываться.

Специальные установки для производства водорода имеют в своей конструкции ионные мембраны, исключающие смешивание водорода и кислорода.

Однако эти мембраны помимо того, что стоят дорого и нуждаются в периодической замене, так еще и снижают КПД устройства. Есть и другие расходные материалы. В одном из распространенных вариантов в качестве катализатора используется платина. Такие мелочи сильно влияют на стоимость процесса и поэтому бытовых катализеров в мире – кот наплакал.

Вот, например, как выглядит генератор водорода британской компании ITM Power.

Агрегат потребляет 10 кВт и производит за сутки до пяти килограммов топлива. Газ закачивается в баллон под давлением 75 бар. Затем его можно использовать для отопления дома.

Однако исследователи продолжают работать над снижением цены бытового производства водорода. В частности, ученые из Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны заявили о том, что научились обходиться без ионной мембраны.

Так что есть вероятность, что через несколько лет бытовые генераторы водорода станут вполне доступными приборами. Уже есть образцы, собранные российскими умельцами.

Как согреть дом?

Первое, о чем нужно помнить: при электролизе воды выделяется тепло. Поэтому сам генератор водорода уже можно рассматривать, как отопитель. И если речь идет об автономном доме, то электролизер должен быть обязательно оборудован теплосъемником. Однако сразу стоит сказать, что теплоноситель с большой температурой получить не удастся. По опыту известно, что в первом контуре теплообменника вода имеет температуру не более 40 градусов. Однако и ее хватает, чтобы запитать, например, «теплый пол». Полученная теплота может быть использована и для горячего водоснабжения наряду с другими нагревателями, например, ТЭНами.

Теперь поговорим о самом водороде. Есть две принципиальные схемы его использования в отоплении.

1. Сжигать газ в высокотемпературных котлах. Сертифицированных госорганами бытовых котлов для водорода мы не нашли. Однако самодельных установок уже собрано множество. Примеры легко найти в интернете.

Существует несколько вариантов сжигания водорода: в чистом виде, в смеси с воздухом и в кислородно-водородном миксе. Все они сильно различаются как по взрывоопасности, так и по тепловому эффекту. Возможно, именно сегодня какой-то инженер взрывает очередной котел в поисках идеальной модели  :-) . Предположим, что водородный котел потребует многоконтурной конструкции системы отопления. То есть котел поддерживает высокую температуру в первом контуре. А горячая вода для душа или теплоноситель для системы отопления подогревается через теплообменник.

2. Водород расходуется для получения электроэнергии. Плюс этой схемы в том, что она уже обкатана в электромобилях. Здесь нет вопросов с точки зрения пожарной безопасности и наличия открытого огня. И здесь не идет речь о высоких температурах. Отопление реализуется с помощью привычных электроприборов:
— инфракрасных излучателей,
— конвекторов,
— пленочных «теплых полов»,
— тепловентиляторов (калориферов).

Из всего названного, вероятно, именно пленочные нагреватели окажутся наиболее совместимыми с водородными топливными элементами. Они расходуют энергию равномерно и могут работать на постоянном токе.

Что нужно учесть?

Вполне возможно, что водородное отопление станет доступным уже через несколько лет. И если вас привлекает смелость этой идеи, то при проектировании будущего дома учтите вот какие детали.

• Место для размещения солнечных батарей или ветряка. Добывание водорода из воды потребует энергии. И лучше использовать для этого бесплатные природные источники.
• Отдельно от дома стоящую котельную с прочными стенами. Все-таки водород — это взрывоопасное вещество, и лучше держать его подальше. В такой котельной можно установить и котел для природного газа, если надежды на водород не оправдаются  :-) .
• В котельной (бойлерной) должно быть достаточно места для установки теплообменников.
• Место для хранения водорода. Вероятно, потребуется что-то типа газгольдера.
• При устройстве полов нужно учесть возможность установки пленочных обогревателей. То есть напольные покрытия должны быть разборными, а зазоры под межкомнатными дверями – с запасом.
• Если на полу используется керамическая плитка, то под нее сразу заложите трубы для водяного теплого пола или пленочные нагреватели от надежного производителя.

Ну, а пока «водородное» будущее еще не наступило, вы можете почитать о других вариантах обогрева жилища: тут, тут или вот тут.

Теплой вам зимы!  :-)