Отопление водородом: Отопление дома на водороде своими руками, газ брауна

Отопление дома на водороде своими руками, газ брауна

Водород — один из источников отопления дома

В средневековье известным ученым Парацельсом в ходе опытов был замечен такой процесс, как выделение пузырьков воздуха при взаимодействии железа и серной кислоты. Однако это был не воздух, а водород. Это легкий газ, который не имеет ни цвета, ни запаха. А если он смешивается с кислородом, то газ является взрывоопасным. Сегодня отопление на водороде своими руками – это распространенное явление. Ведь водород можно получить в любом количестве, где есть вода и электричество.

Под действием электролиза молекулы воды делятся на кислород и водород. Последний обладает массой уникальных свойств. В жидком состоянии при температуре -250 градусов Цельсия это наиболее легкая жидкость, а в твердом состоянии – самое легкое вещество. Атомы водорода являются самыми маленькими. А при смешивании с атмосферным воздухом водород превращается в смесь, которая способна взорваться от даже самой маленькой искры.

Использование водорода в отоплении

В век технологий существует множество вариантов отопить свой дом. Однако любители самостоятельно создавать разные технические приспособления могут сделать отопление дома водородом своими руками. Это экологически чистый, в то же время, очень мощный источник тепла, благодаря которому можно отопить большое помещение.

Рекомендуем к прочтению:

Котел отопления на водороде итальянского производства

Водородное отопление дома было разработано одной из компаний в Италии. Когда такая установка работает, она не производит никаких вредных выбросов. Таким образом, это экологически чистое, эффективное, бесшумное отопление дома.

Ученые разработали способ сжигать водород для отопления дома при такой температуре, как 300 градусов по Цельсию. Благодаря этому появилась возможность производить котлы для отопления из традиционных материалов. Такого типа котлы для функционирования не требуют специальной системы отвода продуктов сгорания в атмосферу, так как здесь таковых продуктов нет. В данном случае выделяется только пар, не вредный для окружающей среды. А получить водород – это доступный процесс. Все, на что будут идти расходы, — это только электроэнергия. А если вы будете, используя водородный генератор для отопления, задействовать еще и солнечные панели, то и затраты на электричество можно минимизировать.

Чаще всего котел на водороде применяется для того чтобы обогревать полы. И такие системы на сегодняшний день можно найти с самой разной мощностью. Монтируются они собственноручно.

Водородная установка для отопления дома состоит из следующих компонентов: котел и трубы, имеющие диаметр 25-32 мм (1-1,25 дюймов). Трубы других размеров используются редко. Трубы можно смонтировать самостоятельно, но здесь следует выполнять одно условие – после каждого разветвления диаметр должен быть меньшим. И порядок уменьшения диаметра следующий – труба D32, труба D25. После разветвления – труба D20, последняя – труба D16. Когда такое правило соблюдается, то водородная горелка для отопления будет работать эффективно и качественно.

Рекомендуем к прочтению:

Преимущества отопления на водороде

Водородное отопление имеет несколько важных достоинств, которые обусловливают распространенность системы:

• Это экологически чистые системы. И здесь единственным побочным продуктом, выбрасывающимся в атмосферу при работе, является вода в состоянии пара. Этот пар никоим образом не наносит вред окружающей среде.
• Водород в системе отопления функционирует без применения пламени. Тепло создается в результате каталитической реакции. Когда водород соединяется с кислородом, получается вода. При этом выделяется много тепловой энергии. Поток тепла температуры примерно 40 градусов идет в теплообменник. Для теплых полов – это идеальный температурный режим.
• Очень скоро водородное отопление своими руками сможет заменить традиционные системы, таким образом, освободив общество от добывания разного топлива – нефти, газа, угля и дров.

• КПД, который вырабатывает отопление частного дома водородом, может достигнуть 96%.

Еще один вариант – использование газа Брауна

Еще одним способом, в настоящее время довольно спорным, является применение газа Брауна для отопления. Газ брауна для отопления дома является химическим соединением, состоящим из двух атомов водорода и одного атома кислорода. При сгорании такого газа создается практически в 4 раза больше энергии.

Установка для получения газа Брауна

Используется специальный электролизер для отопления дома. Ведь в основе получения такого газа лежит принцип электролиза воды. Чтобы такая технология была применена в отоплении, переделывается обычный котел. В его основании будет электролизер – сюда заливается электролит, состоящий из дистиллированной воды и ускорителя реакции. На пластины из металла или трубки дается переменный ток с заданной частотой. Под его влиянием молекулы кислорода и водорода разъединяются, после чего получается газ брауна отопление.

Водородный генератор своими руками – схема, конструкция установки, чертежи

Удорожание энергоносителей стимулирует поиск более эффективных и дешевых видов топлива, в том числе на бытовом уровне. Более всего умельцев–энтузиастов привлекает водород, чья теплотворная способность втрое превышает показатели метана (38.8 кВт против 13.8 с 1 кг вещества). Способ добычи в домашних условиях, казалось бы, известен – расщепление воды путем электролиза. В действительности проблема гораздо сложнее. Наша статья преследует 2 цели:

• разобрать вопрос, как сделать водородный генератор с минимальными затратами;
• рассмотреть возможность применения генератора водорода для отопления частного дома, заправки авто и в качестве сварочного аппарата.

Краткая теоретическая часть

Водород, он же hydrogen, – первый элемент таблицы Менделеева – представляет собой легчайшее газообразное вещество, обладающее высокой химической активностью. При окислении (то бишь, горении) выделяет огромное количество теплоты, образуя обычную воду. Охарактеризуем свойства элемента, оформив их в виде тезисов:

1. Горение водорода – процесс экологически чистый, никаких вредных веществ не выделяется.
2. Благодаря химической активности газ в свободном виде на Земле не встречается. Зато в составе воды его запасы неиссякаемы.
3. Элемент добывается в промышленном производстве химическим способом, например, в процессе газификации (пиролиза) каменного угля. Зачастую является побочным продуктом.
4. Другой способ получения газообразного водорода – электролиз воды в присутствии катализаторов – платины и прочих дорогих сплавов.
5. Простая смесь газов hydrogen + oxygen (кислород) взрывается от малейшей искры, моментально высвобождая большое количество энергии.

Для справки. Ученые, впервые разделившие молекулу воды на hydrogen и oxygen, назвали смесь гремучим газом из-за склонности к взрыву. Впоследствии она получила название газа Брауна (по фамилии изобретателя) и стала обозначаться гипотетической формулой ННО.

Раньше водородом наполняли баллоны дирижаблей, которые нередко взрывались

Из вышесказанного напрашивается следующий вывод: 2 атома водорода легко соединяются с 1 атомом кислорода, а вот расстаются весьма неохотно. Химическая реакция окисления протекает с прямым выделением тепловой энергии в соответствии с формулой:

2H₂ + O₂ → 2H₂O + Q (энергия)

Здесь кроется важный момент, который пригодится нам в дальнейшем разборе полетов: hydrogen вступает в реакцию самопроизвольно от возгорания, а теплота выделяется напрямую. Чтобы разделить молекулу воды, энергию придется затратить:

2H₂O → 2H₂ + O₂ — Q

Это формула электролитической реакции, характеризующая процесс расщепления воды путем подведения электричества. Как это реализовать на практике и сделать генератор водорода своими руками, рассмотрим далее.

Создание опытного образца

Чтобы вы поняли, с чем имеете дело, для начала предлагаем собрать простейший генератор по производству водорода с минимальными затратами. Конструкция самодельной установки изображена на схеме.

Из чего состоит примитивный электролизер:

• реактор – стеклянная либо пластиковая емкость с толстыми стенками;
• металлические электроды, погружаемые в реактор с водой и подключенные к источнику электропитания;
• второй резервуар играет роль водяного затвора;
• трубки для отвода газа HHO.

Важный момент. Электролитическая водородная установка работает только от постоянного тока. Поэтому в качестве источника питания применяйте сетевой адаптер, автомобильное зарядное устройство или аккумулятор. Электрогенератор переменного тока не подойдет.

Принцип работы электролизера следующий:

1. К двум электродам, погруженным в воду, подводится напряжение, желательно от регулируемого источника. Для улучшения реакции в емкость добавляется немного щелочи либо кислоты (в домашних условиях – обычной соли).
2. В результате реакции электролиза со стороны катода, подключенного к «минусовой» клемме, станет выделяться водород, а возле анода – кислород.
3. Смешиваясь, оба газа по трубке поступают в гидрозатвор, выполняющий 2 функции: отделение водяного пара и недопущение вспышки в реакторе.
4. Из второй емкости гремучий газ ННО подается на горелку, где сжигается с образованием воды.

Чтобы своими руками сделать показанную на схеме конструкцию генератора, потребуется 2 стеклянных бутылки с широкими горлышками и крышками, медицинская капельница и 2 десятка саморезов. Полный набор материалов продемонстрирован на фото.

Из специальных инструментов потребуется клеевой пистолет для герметизации пластиковых крышек. Порядок изготовления простой:

1. Плоские деревянные палочки скрутите саморезами, располагая их концами в разные стороны. Спаяйте головки шурупов между собой и подсоедините провода – получите будущие электроды.
2. Проделайте отверстие в крышке, просуньте туда разрезанный корпус капельницы и провода, затем герметизируйте с 2 сторон клеевым пистолетом.
3. Поместите электроды в бутылку и завинтите крышку.
4. Во второй крышке просверлите 2 отверстия, вставьте трубки капельниц и накрутите на бутылку, заполненную обычной водой.

Для запуска генератора водорода налейте в реактор подсоленную воду и включите источник питания. Начало реакции ознаменуется появлением пузырьков газа в обеих емкостях. Отрегулируйте напряжение до оптимального значения и подожгите газ Брауна, выходящий из иглы капельницы.

Второй важный момент. Слишком высокое напряжение подавать нельзя — электролит, нагревшийся до 65 °С и более, начнет интенсивно испаряться. Из-за большого количества водяного пара разжечь горелку не удастся. Подробности сборки и запуска импровизированного водородного генератора смотрите на видео:

О водородной ячейке Мейера

Если вы сделали и испытали вышеописанную конструкцию, то по горению пламени на конце иглы наверняка заметили, что производительность установки чрезвычайно низкая. Чтобы получить больше гремучего газа, нужно изготовить более серьезное устройство, называемое ячейкой Стэнли Мейера в честь изобретателя.

Принцип действия ячейки тоже основан на электролизе, только анод и катод выполнены в виде трубок, вставляющихся одна в другую. Напряжение подается от генератора импульсов через две резонансные катушки, что позволяет снизить потребляемый ток и увеличить производительность водородного генератора. Электронная схема устройства представлена на рисунке:

Примечание. Подробно о работе схемы рассказывается на ресурсе http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.

Для изготовления ячейки Мейера потребуется:

• цилиндрический корпус из пластмассы или оргстекла, умельцы нередко используют водопроводный фильтр с крышкой и патрубками;
• трубки из нержавеющей стали диаметром 15 и 20 мм длиной 97 мм;
• провода, изоляторы.

Нержавеющие трубки крепятся к основанию из диэлектрика, к ним припаиваются провода, подключаемые к генератору. Ячейка состоит из 9 или 11 трубок, помещенных в пластиковый либо плексигласовый корпус, как показано на фото.

Под ячейку Мейера можно приспособить готовый пластиковый корпус от обычного водопроводного фильтра

Соединение элементов производится по всем известной в интернете схеме, куда входит электронный блок, ячейка Мейера и гидрозатвор (техническое название – бабблер). В целях безопасности система снабжена датчиками критического давления и уровня воды. По отзывам домашних умельцев, подобная водородная установка потребляет ток порядка 1 ампера при напряжении 12 В и обладает достаточной производительностью, хотя точные цифры отсутствуют.

Принципиальная схема включения электролизера

Реактор из пластин

Высокопроизводительный генератор водорода, способный обеспечить работу газовой горелки, выполняется из нержавеющих пластин размером 15 х 10 см, количество – от 30 до 70 шт. В них просверливаются отверстия под стягивающие шпильки, а в углу выпиливается клемма для присоединения провода.

Кроме листовой нержавейки марки 316 понадобится купить:

• резина толщиной 4 мм, стойкая к воздействию щелочи;
• концевые пластины из оргстекла либо текстолита;
• шпильки стяжные М10—14;
• обратный клапан для газосварочного аппарата;
• фильтр водяной под гидрозатвор;
• трубы соединительные из гофрированной нержавейки;
• гидроокись калия в виде порошка.

Пластины нужно собрать в единый блок, изолировав друг от друга резиновыми прокладками с вырезанной серединой, как показано на чертеже. Получившийся реактор плотно стянуть шпильками и подключить к патрубкам с электролитом. Последний поступает из отдельной емкости, снабженной крышкой и запорной арматурой.

Примечание. Мы рассказываем, как сделать электролизер проточного (сухого) типа. Реактор с погружными пластинами изготовить проще – резиновые прокладки ставить не нужно, а собранный блок опускается в герметичную емкость с электролитом.

Схема водородной установки мокрого типа

Последующая сборка генератора, производящего водород, выполняется по той же схеме, но с отличиями:

1. На корпусе аппарата крепится резервуар для приготовления электролита. Последний представляет собой 7—15% раствор гидроокиси калия в воде.
2. В «бабблер» вместо воды заливается так называемый раскислитель – ацетон либо неорганический растворитель.
3. Перед горелкой обязательно ставится обратный клапан, иначе при плавном выключении водородной горелки обратный удар разорвет шланги и «бабблер».

Для питания реактора проще всего задействовать сварочный инвертор, электронные схемы собирать не нужно. Как устроен самодельный генератор газа Брауна, расскажет домашний мастер в своем видео:

Выгодно ли получать водород в домашних условиях

Ответ на данный вопрос зависит от сферы применения кислородно-водородной смеси. Все чертежи и схемы, публикуемые различными интернет-ресурсами, рассчитаны на выделение газа HHO для следующих целей:

• использовать hydrogen в качестве топлива для автомобилей;
• бездымно сжигать водород в отопительных котлах и печах;
• применять для газосварочных работ.

Главная проблема, перечеркивающая все преимущества водородного топлива: затраты электричества на выделение чистого вещества превышают количество энергии, получаемое от его сжигания. Что бы ни утверждали приверженцы утопичных теорий, максимальный КПД электролизера достигает 50%. Это значит, что на 1 кВт полученной теплоты затрачивается 2 кВт электроэнергии. Выгода – нулевая, даже отрицательная.

Вспомним, что мы писали в первом разделе. Hydrogen – весьма активный элемент и реагирует с кислородом самостоятельно, выделяя уйму тепла. Пытаясь разделить устойчивую молекулу воды, мы не можем подвести энергию непосредственно к атомам. Расщепление производится за счет электричества, половина которого рассеивается на подогрев электродов, воды, обмоток трансформаторов и так далее.

Важная справочная информация. Удельная теплота сгорания водорода втрое выше, чем у метана, но – по массе. Если сравнивать их по объему, то при сжигании 1 м³ гидрогена выделится всего 3.6 кВт тепловой энергии против 11 кВт у метана. Ведь водород – легчайший химический элемент.

Теперь рассмотрим гремучий газ, полученный электролизом в самодельном водородном генераторе, как топливо для вышеперечисленных нужд:

1. Конечная цена установки, низкая производительность и КПД делает крайне невыгодным сжигание водорода для отопления частного дома. Чем «наматывать» счетчик электролизером, проще поставить любой из электрокотлов – ТЭНовый, индукционный либо электродный.
2. Чтобы заменить 1 л бензина для автомобиля, потребуется 4766 литров чистого водорода или 7150 л гремучего газа, треть которого составляет кислород. Самый завравшийся изобретатель в интернете еще не сделал электролизер, способный обеспечить подобную производительность.
3. Газосварочный аппарат, сжигающий hydrogen, компактнее и легче баллонов с ацетиленом, пропаном и кислородом. Плюс температура пламени до 3000 °С позволяет работать с любыми металлами, стоимость получения горючего здесь особой роли не играет.

Для справки. Чтобы сжигать гидроген в отопительном котле, придется основательно переработать конструкцию, поскольку водородная горелка способна расплавить любую сталь.

Заключение

Гидроген в составе газа ННО, полученный из самодельного водородного генератора, пригодится для двух целей: экспериментов и газосварки. Даже если отбросить низкий КПД электролизера и затраты на его сборку вместе с потребляемым электричеством, на обогрев здания попросту не хватит производительности. Это касается и бензинового двигателя легковой машины.

котлы VIESSMANN уже сегодня работают на водороде

Опубликовано: 2020-11-18 Обновлено: 2020-12-02 500 Просмотр(ов)

Добавление 20% водорода в природный газ уже сегодня может значительно сократить выбросы CO2. Системные операторы, которые полагаются на современные технологии Viessmann в своих системах газового отопления, уже пропагандируют климатическую нейтральность Германии.

Современные газовые конденсационные котлы VIESSMANN  семейств Vitodens 300 и Vitodens 200 могут легко работать с 20-30% водорода в природном газе. Системные операторы, которые в настоящее время заинтересованы в новой системе отопления, могут сделать выбор в пользу надежной и устойчивой системы отопления уже сегодня.
12 октября 2020 г.

Политики Германии и ЕС поставили перед собой амбициозную цель — стать климатически нейтральным к 2050 году и сократить выбросы CO2 до нуля. Это будет успешным только в том случае, если в значительной степени избежать сжигания ископаемого топлива, нефти и природного газа. Но не каждый дом подходит для отопления тепловым насосом или электрокотлом. Компания Viessmann, лидер в области инноваций в отопительной отрасли, уже предлагает решения для частных домов и многоквартирных домов, которые и в будущем будут гарантировать доступное и надежное теплоснабжение. Итак, как мы будем отапливать дома завтра?

Водород снижает выбросы CO2

Энергетическая революция в строительном секторе не может ограничиваться только системами электрического отопления, поскольку для этого потребуются огромные инвестиции для увеличения производства энергии. Чтобы не перегружать потребителей и экономику в финансовом отношении, уже сегодня очевидно, что к 2050 году будет разумное сочетание электрических теплогенераторов, а также газовых конденсационных котлов и топливных элементов, использующих водород. Искусственно произведенный природный газ — так называемый синтетический метан — также обсуждается в качестве дополнительного источника энергии.

Специалисты придают особое значение водороду, производимому без выбросов CO2. Согласно исследованию Deutsche Energie Agentur (Dena), использование водорода во всех трех основных энергопотребляющих секторах — транспорт, электроэнергия и теплоснабжение — может сэкономить 360 миллиардов евро к 2050 году. Кроме того, новый источник энергии может дать значительный успех в сокращении выбросов CO2 в очень короткие сроки. Если бы к нашему природному газу было добавлено 20 процентов водорода — что теоретически возможно уже сегодня, — выбросы парниковых газов можно было бы сократить примерно на 7 процентов в год. Это значительный и в то же время быстро эффективный вклад в защиту климата.

Вот почему политики продвигают вперед развитие инфраструктуры для производства, распределения и использования нового источника энергии. В начале июля 2020 года Комиссия ЕС представила водородную стратегию, которая предусматривает сильное расширение генерирующих мощностей. Этим летом правительство Германии также опубликовало свою Национальную водородную стратегию. Эта стратегия предусматривает перспективу получения финансовых ресурсов на общую сумму 9 миллиардов евро для целевого развития водородной инфраструктуры.

Как лидер инноваций в отрасли компания Viessmann уже сегодня сделала возможным эффективное использование водорода для отопления. На снимке представлено новое поколение газовых конденсационных котлов Vitodens для частных и двухквартирных домов.

Газовые конденсационные котлы Viessmann уже совместимы с водородом.

Системные операторы, которые в настоящее время заинтересованы в новой системе отопления, уже сегодня могут выбрать перспективную и устойчивую систему отопления. Компания Viessmann, лидер в области инноваций в отрасли, уже сделала возможным безопасное и эффективное использование этого нового источника энергии. Современные газовые конденсационные котлы семейств Vitodens 300 и Vitodens 200 могут эффективно эксплуатироваться с содержанием водорода от 20 до 30 процентов в природном газе. Таким образом, владельцы домов и квартир, которые полагаются на современные технологии Viessmann для газового отопления, имеют идеальное оборудование для будущего.

Конденсационный котел h3ready на 100% водородный.

Чтобы проложить путь к будущему без парниковых газов, Viessmann в настоящее время разрабатывает инновационное решение с конденсационным котлом «h3ready», предназначенным для чистого водорода. Устройство основано на проверенной технологии конденсации газа и также может работать на природном газе или смеси природного газа с водородом. Таким образом, системные операторы не зависят от соответствующего поставщика и его смеси природного газа и водорода. Первые прототипы в настоящее время проходят тщательные испытания в центре исследований и разработок в штаб-квартире компании в Аллендорфе (Эдер) под названием Technikum. Ожидается, что устройство появится на рынке с 2024 года, когда в Германии появятся первые газовые сети для водорода.

Газовые конденсационные котлы и топливные элементы Viessmann  в ближайшем будущем также будут доступны для работы на чистом водороде.

Водород — экологически чистый источник энергии будущего

Самый распространенный элемент во Вселенной обладает множеством положительных свойств. Водород — это:

• нетоксичный, неагрессивный и нерадиоактивный,
• не загрязняет воду и не вредит природе или окружающей среде,
• прежде всего, его сгорание не производит вредного для климата CO2
  

Однако этот элемент не встречается на Земле в чистом виде, а должен быть получен из воды или других водородсодержащих соединений. В виде воды он покрывает более двух третей поверхности земли. Общие водные ресурсы Земли составляют примерно 1,386 миллиарда кубических километров.

Политики и эксперты сосредотачиваются в первую очередь на электролизе воды для производства этого нового источника энергии. Электроэнергия, необходимая для этого, поступает от ветряных и фотоэлектрических станций, которые уже производят больше электроэнергии, чем можно потреблять в ветреные и солнечные дни. Этот избыток электроэнергии будет использоваться для разделения воды на водород и кислород. Получаемый таким образом водород, не содержащий CO2, также известен как «зеленый водород».

Источник: «viessmann.family/en/newsroom/sustainability/hydrogen-as-new-energy-source-how-will-we-heat-in-the-future»

Отопление водородом своими руками — инструкции

Содержание статьи

Преимущества и недостатки

Специалисты отмечают ряд положительных моментов:

1. Работа без использования огня. Тепловая энергия образуется не при сгорании того или иного вида топлива, а в процессе химической реакции.
2. Стабильность температуры. Показатели по теплоносителю остаются на уровне +40 С на всем периоде работы котла.
3. Универсальность. Система интегрируется в любое частное строение без особых сложностей.
4. Удобство. Благодаря невысокой температуре теплоносителя, отопление не вызывает ожогов, не пересушивает кожу.
5. Безвредность. При работе котел выделяет нейтральный пар. В отличие от всех прочих вариантов отопления водородное не является причиной болезней, нет сгорания частиц, а значит, не будет шлака, золы, а также выделения газа в атмосферу.

Налаженная система окупает все расходы на оборудование уже через 2-3 года. Единственной более дешевой альтернативой может стать газовый котел, но такая система не всегда доступна, особенно при удаленности жилья от центральных магистралей. Недостатком является взрывоопасность водорода, которая создает сложности при транспортировке, но только при низкотемпературном режиме.

Водородный котел -новейший, экологически чистый источник энергии

01.12.2011 09:38
Обновлено 18.06.2013 12:22

Водородные котлы это новейший, экологи

чески чистый источник энергии, который практически неисчерпаем. Использование водорода для получения тепловой энергии – решение, которое избавит нас от необходимости использования ископаемых ресурсов и от проблемы загрязнения окружающей среды.

В котле на водородном топливе нет пламени, поэтому нет продуктов горения. Для получения тепловой энергии используется каталитическая реакция. В результате реакции водорода и кислорода образуется молекула воды, и выделяется тепловая энергия, которую можно использовать в системах низкотемпературного отопления посредством водяных теплых полов.

Специфика водородного отопления

Впервые систему отопления на водороде получили в Италии. Главной задачей изобретателей стал поиск решения таких задач как:

• экологическая безопасность;
• отсутствие шума в помещении от работающих конструкций;
• общая безопасность от не высоких температур внутри оборудования;
• доступность материалов при изготовлении конструкций.

Со всеми задачами водородная установка для отопления дома справилась на все 100%. Кроме того такая система легко и быстро обогревает даже большие помещения и значительно экономит денежные средства даже в сравнении с газовым видом отопления.

Водородное отопление дома не требует особых энергоносителей, безвредно, но использует затраты только на электрическую энергию для работы генератора.

Водородный генератор для отопления дома

Достоинства и недостатки водородного обогрева

Метод хотя и является новинкой в нашем регионе, но уже позволяет выделить следующие преимущества:

• установка отопительных конструкций на водороде доступна для частных строений, где отсутствуют газо- и тепло- снабжение, к примеру на даче;
• безопасность работы обеспечивает получение тепла без присутствия открытого огня;
• теплоноситель не нагревается больше чем 40С°, что позволяет использовать конструкцию для системы «теплый пол»;
• сырье для отопления помещения не требует специального места хранения большого размера, как, к примеру, вид отопления на твердых видах топлива.

Но, не смотря на множество положительных моментов водородный обогрев, имеет и некоторые неудобства, к которым можно отнести следующие факторы:

• водород взрывоопасен, особенно при транспортировке;
• так как технология еще новая, то профессионала умеющего правильно изготовить и подключить оборудование найти не реально;
• сертификация баллонов для водорода также может вызвать некоторые неудобства;
• подключение конструкции своими руками практически невозможно из-за сложностей и незнания вопроса.

Основные материалы

Водородное отопление дома выполняется с помощью дистиллированной воды, в которую добавляется гидроксид натрия, обычное соотношение вещества составляет 1 сл. ложки на 10 л жидкости. Если же найти дистиллят проблематично, то подойдет и обычная вода из крана, при условии отсутствия в ней  тяжелых металлов. Решением вопроса может стать установка специальных фильтров для воды. Для остального оборудования потребуются следующие материалы:

• котел. Наиболее приемлемым материалом для котла при водородном отоплении является нержавеющая сталь. Такой вид металла хорошо сопротивляется коррозии и не притягивает к себе иные частицы;
• трубки и горелка. Приобрести подходящую горелку не составит труда, благо ассортимент в специализированных магазинах достаточно большой, а вот трубки желательно взять общим диаметров до 1,25 дюйма.

Если задаться целью, внимательно изучить вопрос и проконсультироваться со специалистами, то установка системы водородного отопления даже выполненная своими руками не представит особых трудностей. Такой вид отопления вполне может оправдать себя в частных строениях, где нет газоснабжения, но присутствует электрический ток.

Схема работы водородного котла

Меры предосторожности

При монтаже водородного отопления дома, также как и при возведении любой конструкции для отопления следует ознакомиться с правилами безопасности. Водород – взрывоопасен! Кроме того не обладает специфическим запахом, что не позволяет найти утечку без соответствующего оборудования. Поэтому самостоятельно собранные котлы могут представлять большую опасность для строения и жильцов.

Чтобы не допустить трагедии следует тщательно подойти к вопросу, просчитать все риски и выполнять работы только с помощью профессионала в этой области

Особое внимание следует уделить наличию предохранительных клапанов на горелке и полной герметичности системы

Как сделать водородный генератор для отопления?

Что такое водородный генератор и принцип его работы

Такой прибор еще называется электролизер и работает за счет протекания двух процессов – физического, химического. Представляя собой несколько металлических пластин, погруженных в емкость с дистиллированной водой, электролизер является самым популярным видом генераторов – это простое устройство, вырабатывающее огромное количество тепловой энергии.

Выглядит процесс так: электрической ток пропускается через воду между пластинами с разными полями (анод – катод), вследствие чего происходит расщепление дистиллированной воды на водород и кислород. Если площадь пластин большая, то тока проходит много, выделяемый объем газа тоже увеличивается.

Корпус, в который погружен электролизер, оснащается клеммами для подсоединения источника питания (электротока) и втулкой для выхода газа.

Загрузка…

Подробно о принципе работе и преимуществах водородного котла отопления

Современные технологии позволяют использовать для отопления жилых помещений такой вид топлива как водород. Это один из самых дешевых источников энергии. Ведь водород один из самых распространенных элементов, который обычно находится в составе различных веществ. Самым доступным источником водорода является вода.

На основе этого элемента созданы современные водородные котлы отопления. В основе их работы лежит каталитическая реакция взаимодействия водорода и кислорода. В результате ее выделяется тепло. Так достигается температура в 400 С, которую можно использовать для обогрева низкотемпературных систем. Такой способ отопления отлично подойдет для системы «теплого пола».

Такая система отопления требует подведение водопровода. Котел состоит из генератора водорода. Выделяемый водород сжигается с помощью специальной горелки с 4 форсунками. Побочным продуктом работы таких котлов отопления является пар. Для создания реакции необходимо использование электричества.

Физико-химический процесс электролиза позволяет выделять водород фактически в любом месте. Температура воздействуя на воду разделяет ее на водород (h3) и кислород (О2). Реакция происходит при температурах всего 3000 С.

Плюсы и минусы работы такого оборудования

Основные преимущества:

• Экологичность — в реакции не присутствует углерод, поэтому не происходит выделения углекислого газа, которое присуще для других процессов горения. Низкая температура горения позволяет избежать образования оксида азота.
• Отсутствие пламени: как таковой процесс горения — это катализация при которой происходит выделение тепла.
• Перспективный недорогой источник энергии.

К недостаткам можно отнести взрывоопасность соединения водорода с кислородом, а также не сильно высокие температуры нагрева.

О производителях

Водородный котел отопления купить можно у итальянской компании «Giacomini», которая занимается исследованиями, связанными с использованием энергии водорода.

Эта фирма разработала камеру сгорания h3ydroGEM, с помощью которой можно получать тепловую энергию. Также такой котел для индивидуального отопления квартиры можно собрать самостоятельно. КПД такого оборудования на водороде составляет до 96%, что больше, чем при использовании других источников энергии.

Данный вид энергии имеет большие перспективы, так как не требует трудоемкой добычи топлива, как в случае с углем или нефтью, а процесс выделения энергии является экологически чистым и не приносит вреда окружающей среде.

Посмотрите пример отопления частного дома водородом.

Надеемся, что материал был вам полезен, будем благодарны, если поделитесь им в социальных сетях со своими друзьями.

Отопление дома с помощью топливных элементов («отопление водородом»): engineering_ru — LiveJournal

Более десяти лет назад американский экономист Джереми Рифкин провозгласил «водородную революцию», путь в новую энергетическую эру: многие миллионы топливных элементов, в которых водород вступает в реакцию с кислородом, будут децентрализовано производить электроэнергию и тепло для всего мира.

В текущем году началось активное движение, топливные элементы стали постепенно перемещаться из исследовательских лабораторий ближе к потребителям.

Топливный элемент (fuel cell) — устройство, в котором происходит химическая реакция веществ, в результате которой вырабатывается электрический ток. Обычно этими веществами выступают водород и кислород.

Многие уже слышали про авто, работающее на топливных элементах («на водороде»), которое запустила в серию компания Тойота. Собственно концепты и прототипы подобных автомобилей создавались чуть ли не всеми крупными автопроизводителями ещё с середины 90-х годов. А в космической отрасли топливные элементы используются ещё с 60-х и, например, применялись для электроснабжения корабля многоразового использования «Буран».

Так выглядел топливный элемент в Мерседесе:

И вот пришло время запустить их в массовое производство.
Но мы поговорим не об авто. Наша речь об отопительном оборудовании для жилых домов.

[Дальше…]В 2014 году практически все основные производители отопительного оборудования заявили о (скором) начале серийного производства котлов на топливных элементах для домашнего применения и представили готовые прототипы (и уже есть отдельные модели в продаже). Данная техника фактически представляет собой когенерационные установки, основным продуктом которых является электроэнергия, а побочным – тепло.
В Германии уже второй год проводится масштабный тест, в рамках которого установлено 350 единиц отопительной техники на топливных элементах, которые уже проработали в общей сумме 2,3 миллиона часов, выработав 1,3 миллиона КВтч электроэнергии. Промежуточные итоги теста оцениваются специалистами как «чрезвычайно положительные».

Как работает такая техника?

Все представленные на сегодняшний день варианты отопительных установок устроены схожим образом. Берется конденсационный газовый котел, к нему приставляется блок топливного элемента плюс водонагревательный и накопительный (буферный) бак для отопления. Котел и топливный элемент параллельно подключаются к газовой сети. Газ поступает в блок топливного элемента, где из него выделяется водород, после чего водород в топливном элементе вступает в реакцию с кислородом, вырабатывая электричество и тепло. То есть природный газ используется без сгорания и соответствующего выхлопа. Газовый котел подключается только в том случае, если вырабатываемой тепловой энергии не хватает для бытовых нужд.

Схема блока топливного элемента:

Каковы основные технические характеристики такого оборудования?

Бытовые котлы на топливных элементах производят от 10 до 35 КВтч электроэнергии в день, что в целом покрывает потребности среднего домохозяйства (4000 КВтч в год – приблизительная «расчетная» величина годового потребления электроэнергии семьи из 4-х человек, проживающих в индивидуальном доме, принятая в Германии).

Тепловая мощность оборудования (без газового котла) по российским меркам незначительна: 0,6 – 1,8 КВт в зависимости от модели.
Тем не менее, поскольку сейчас в Европе время тотальной, так сказать, энергоэффективности в строительстве, для компактного пассивного дома такой тепловой мощности может быть и достаточно.

К достоинствам рассматриваемой технологии относится высокая эффективность производства электричества из газа (60%), экологичность, бесшумность работы, сокращение затрат потребителей на электро- и теплоснабжение.
Ну а основным недостатком является цена. Такой прибор стоит сейчас определенно несколько десятков тысяч евро (по имеющимся у нас данным примерно 25 – 35 тысяч). Это в общем-то нормально для новой технологии. Компьютеры раньше тоже стоили дорого.

Водород вместо нефти, газа и угля — новый тренд в Европе | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW

В Европе явно назревает водородный бум. Во всяком случае, в разных странах к нему начинают активно готовиться. В последнее время в СМИ появляется все больше сообщений о пилотных проектах с водородом — и все чаще мелькает химическое обозначение этого газа: h3.

Кто претендует на титул «водородная держава №1»

Так, в Германии сооружается крупнейшая в мире установка по его производству методом электролиза и стартует эксперимент по частичному замещению водородом природного газа в отоплении жилья. Над этим же, над заменой метана на h3 в газопроводной сети, работают и в Великобритании. В Нидерландах и Бельгии собираются протестировать речное судно на водородном топливе и создать для него систему заправки. 

Себастьян Курц обещает превратить Австрию в мирового лидера в области водородных технологий

В Австрии три ведущих концерна готовят сразу несколько совместных пилотных проектов, в том числе по использованию водорода вместо угля при производстве стали, а бывший и, вероятно, будущий канцлер, консерватор Себастьян Курц в ходе избирательной кампании выдвигает лозунг превращения своей страны в «водородную державу №1». На эту же роль претендует и Франция. Да и Германия вполне сможет побороться за такой титул.  

Пригородные электрички на водороде: лидирует ФРГ 

Ведь два пока единственных в мире водородных поезда Coradia iLint эксплуатируются именно в Германии. Более того, они уже успешно отработали свои первые 100 тысяч километров. Это произошло в июле, спустя десять месяцев после начала регулярной перевозки пассажиров по стокилометровому маршруту между городами Бремерхафен, Куксхафен, Букстехуде и Бремерфёрде. 

До конца 2021 года на этой не электрифицированной железнодорожной линии на северо-западе страны в федеральной земле Нижняя Саксония собираются полностью отказаться от дизельных локомотивов, заменив их на 14 поездов, вырабатывающих электроэнергию в топливных элементах в ходе химической реакции между водородом и кислородом. Вместо выхлопов получается вода.

Пригородная водородная электричка Coradia iLint эксплуатируется в Германии с сентября 2018 года

Такие же водородные электрички решили использовать и в федеральной земле Гессен. В мае выпускающий их французский концерн Alstom получил заказ объемом в 500 млн евро на 27 поездов, которые с 2022 года планируется использовать для пригородного сообщения с горным массивом Таунус к северо-западу от Франкфурта-на-Майне.

В результате ФРГ станет бесспорным мировым лидером в области водородного железнодорожного транспорта. Тем более, что интерес к инновационным поездам Alstom проявляют и другие федеральные земли. С некоторыми из них, сообщил глава германского филиала концерна Йорг Никутта (Jörg Nikutta) агентству dpa, он ведет сейчас «активные переговоры».  

Эксперименты с водородом в газовой сети

Немцев и в целом европейцев водород привлекает, прежде всего, из экологических соображений. При использовании h3 в атмосферу не выделяется углекислый газ CO2, самый большой виновник в парниковом эффекте и глобальном потеплении, так что более широкое внедрение водородных технологий поможет странам ЕС выполнить обязательства, взятые на себя в рамках Парижского соглашения по климату (Германия, к примеру, их пока не выполняет).

Но есть и экономический интерес. Он связан с тем, что использование такого возобновляемого источника энергии, как водород, снижает потребность в ископаемых энергоносителях, чаще всего импортируемых (в том числе из России). Например, в нефти и нефтепродуктах, на которых работают, скажем, дизельные локомотивы в том же Таунусе на не электрифицированных маршрутах.   

Впрочем, немецкая компания Avacon, начинающая пилотный проект по примешиванию к природному газу до 20 процентов водорода, в своих заявлениях говорит исключительно о защите климата. Эксперимент призван доказать, что к используемому для отопления газу можно добавлять не до 10 процентов h3, как предписывают действующие нормы, а в два раза больше. В результате сократится выброс CO2, поскольку будет сжигаться меньше углеводородного топлива.

Масштабы эксперимента скромные: он проводится в одном из районов городка Гентхин в восточногерманской земле Саксония-Анхальт. Выбрали это место потому, что имеющаяся здесь газовая инфраструктура по своим техническим характеристикам наиболее типична для всей сети компании Avacon. «Поскольку зеленый газ будет играть все более важную роль, мы хотим переоснастить свою газораспределительную сеть так, чтобы она была приспособлена к приему как можно более высокой доли водорода», — поясняет стратегическую цель эксперимента член правления Avacon Штефан Тенге (Stephan Tenge).   

Power to Gas: возобновляемая энергия, электролиз, «зеленый водород«

Под «зеленым газом» он подразумевает «зеленый водород»: так принято называть тот h3, который образуется наряду с кислородом O2 при электролизе обычной воды. Процесс этот технически весьма простой, но очень энергоемкий. Однако если использовать для него излишки электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников — ветер и солнце, то получается безвредное для климата топливо, произведенное без выбросов в атмосферу CO2.

НПЗ Shell в Весселинге: здесь будет крупнейшая в мире установка P2G по производству водорода

Собственно, начавшееся уже несколько лет назад распространение в Европе этой технологии, получившей название Power to Gas (P2G), и лежит в основе растущего европейского интереса к водороду. Так, в конце июня британо-нидерландский концерн Shell при финансовой поддержке Евросоюза (ЕС предоставил 10 из 16 млн евро) начал в Германии на территории своего нефтеперерабатывающего завода в Весселинге под Кёльном строительство крупнейшей в мире установки по производству водорода методом электролиза. До сих пор его получают здесь из природного газа.

После ввода в эксплуатацию во второй половине 2020 года мощность установки, сообщает Shell, составит ежегодно 1300 тонн водорода, который будет использоваться главным образом в производственных процессах на самом НПЗ. Но часть пойдет на то, чтобы превратить территорию между Кёльном и Бонном в модельный регион по внедрению h3, в том числе как топлива для автобусов, грузовых и легковых автомобилей, возможно — для судов, ведь Рейн в непосредственной близости.      

Будет ли Великобритания отапливаться водородом?

Тем временем в третьем по размерам британском городе Лидсе энергетическая компания Northern Gas Networks готовит пилотный проект под многозначительным названием h31, который схож с тем, что проводится в немецком Гентхине, но значительно превосходит его по масштабам. Конечная цель: во всем городе полностью перевести отопление с природного газа, метана, на водород. Морские ветропарки для его производства методом электролиза имеются.

А соответствующие нагревающие воду бойлеры вот уже три года разрабатывает в английском городе Вустере филиал немецкой фирмы Bosch Termotechnik. Его глава Карл Арнцен (Carl Arntzen) рассказал газете Die Welt, что правительство Великобритании до самого последнего времени собиралось снижать значительные выбросы CO2 путем перевода отопительных систем по всей стране с газа на электричество, однако в этом году министерство экономики очень заинтересовалось водородной идеей.

Перед Northern Gas Networks и другими британскими газовыми компаниями это открывает перспективу перепрофилировать и тем самым сохранить имеющуюся газораспределительную систему, которая в случае электрификации отопления оказалась бы ненужной.

Водородные автомобили: высоки ли их шансы? 

Пока британское правительство только присматривается к водороду, лидер австрийских консерваторов Себастьян Курц идеей его широкого внедрения уже настолько увлекся, что сделал ее одним из своих предвыборных лозунгов. Его шансы выиграть в сентябре парламентские выборы и вновь возглавить правительство весьма высоки. И тогда, надо полагать, различные водородные проекты могут рассчитывать на активную поддержку Вены.

А конкретные проекты уже есть, поскольку три ведущие промышленные компании страны — энергетическая Verbund AG, нефтегазовая OMV и металлургическая Voestalpine — решили совместно форсировать внедрение в Австрии водородных технологий. Первый совместный проект стоимостью 18 млн евро (12 млн из них предоставил ЕС) будет реализован в Линце уже к концу 2019 года: там речь идет о замене угля на водород при производстве стали. А НПЗ Schwechat близ Вены планирует для собственных нужд наладить производство h3 методом электролиза — как Shell близ Кёльна.

Увлечение водородом обрело в Европе уже такие масштабы, что консалтинговая компания Boston Consulting Group (BCG) сочла нужным предупредить об опасности завышенных ожиданий и ошибочных инвестиций. Наилучшие перспективы «зеленый водород» имеет в промышленности, а также на грузовом, воздушном и водном транспорте, рассказал газете Handelsblatt Франк Клозе (Frank Klose), соавтор только что опубликованного исследования BCG.

А вот у легковых машин на водороде шансы на успех (пока, во всяком случае) представляются минимальными, хотя японская компания Toyota и собирается расширять их выпуск. На 1 января 2019 года в Германии, к примеру, было зарегистрировано всего-то 392 автомобиля, работающего на h3. У электромобилей, не говоря уже о гибридах, перспективы явно лучше. 

______________

Подписывайтесь на наши каналы о России, Германии и Европе в | Twitter | Facebook | YouTube | Telegram 

Смотрите также:

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Электростанция из аккумуляторов

  Как хранить в промышленных масштабах излишки электроэнергии, выработанной ветрогенераторами и солнечными панелями? Соединить как можно больше аккумуляторов! В Германии эту технологию с 2014 года отрабатывают в институте общества Фраунгофера в Магдебурге (фото). По соседству, в Шверине, тогда же заработала крупнейшая в Европе коммерческая аккумуляторная электростанция фирмы WEMAG мощностью 10 МВт.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Большие батареи на маленьком острове

  Крупнейшие аккумуляторные электростанции действуют в США и странах Азии. А на карибском острове Синт-Эстатиус (Нидерландские Антилы) с помощью этой технологии резко снизили завоз топлива для дизельных электрогенераторов. Днем местных жителей, их около 4 тысяч, электричеством с 2016 года снабжает солнечная электростанция, а вечером и ночью — ее аккумуляторы, установленные фирмой из ФРГ.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Главное — хорошие насосы

  Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) — старейшая и хорошо отработанная технология хранения электроэнергии. Когда она в избытке, электронасосы перекачивают воду из нижнего водоема в верхний. Когда она нужна, вода сбрасывается вниз и приводит в действие гидрогенератор. Однако далеко не везде можно найти подходящий водоем и нужный перепад высот. В Хердеке в Рурской области условия подходящие.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Место хранения — норвежские фьорды

  Оптимальные природные условия для ГАЭС — в норвежских фьордах. Поэтому по такому кабелю с 2020 года подводная высоковольтная линия электропередачи NordLink длиной в 623 километра и мощностью в 1400 МВт будет перебрасывать излишки электроэнергии из ветропарков Северной Германии, где совершенно плоский рельеф, на скалистое побережье Норвегии. И там они будут храниться до востребования.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Электроэнергия превращается в газ

  Избытки электроэнергии можно хранить в виде газа. Методом электролиза из обычной воды выделяется водород, который с помощью СО2 превращается в метан. Его закачивают в газохранилища или на месте используют для заправки автомобилей. Идея технологии Power-to-Gas родилась в 2008 году в ФРГ, сейчас здесь около 30 опытно-промышленных установок. На снимке — пилотный проект в Рапперсвиле (Швейцария).

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Водород в сжиженном виде

  Идея Power-to-Gas дала толчок разработкам в разных направлениях. Зачем, к примеру, превращать в метан полученный благодаря электролизу водород? Он и сам по себе отличное топливо! Но как транспортировать этот быстро воспламеняющийся газ? Ученые университета Эрлангена-Нюрнберга и фирма Hydrogenious Technologies разработали технологию его безопасной перевозки в цистернах с органической жидкостью.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  В чем тут соль?

  Соль тут в тех круглых резервуарах, которые установлены посреди солнечной электростанции на краю Сахары близ города Уарзазат в Марокко. Хранящаяся в них расплавленная соль выступает в роли аккумуляторной системы. Днем ее нагревают, а ночью используют накопленное тепло для производства водяного пара, подаваемого в турбину для производства электричества.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Каверна в роли подземной батарейки

  На северо-западе Германии много каверн — пещер в соляных пластах. Одну из них энергетическая компания EWE и ученые университета Йены превратили в полигон для испытания технологии хранения электроэнергии в соляном растворе, обогащенном особыми полимерами, которые значительно повышают эффективность химических процессов. По сути дела, речь идет о попытке создать гигантскую подземную батарейку.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Крупнейший «кипятильник» Европы

  Человечество давно уже использует тепло для производства электроэнергии. Возобновляемая энергетика поставила задачу, наоборот, превращать электричество, в том числе и избыточное, в тепло (Power-to-Heat). Строительство в Берлине крупнейшего «кипятильника» Европы мощностью 120 МВт для отопления 30 тысяч домашних хозяйств компания Vattenfall намерена завершить к концу 2019 года.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Накопители энергии на четырех колесах

  Когда по дорогам мира будут бегать миллионы электромобилей с мощными аккумуляторными батареями, они превратятся в еще один крупный накопитель энергии из возобновляемых источников. Этому поспособствуют умные сети энергоснабжения (Smart grid): они будут стимулировать подзарядку по низким ценам в моменты избытка электричества. (На фото — заправка для электромобилей в Китае).

  Автор: Андрей Гурков

Почему использование чистого водорода для отопления будет слишком сложно, дорого и неэффективно: отчет

Обогрев домов чистым водородом путем перевода сетей природного газа для работы на чистом водороде ₂ — ужасная идея — гораздо более сложная, дорогая и неэффективная чем просто использовать электрические тепловые насосы, согласно опубликованному сегодня независимому отчету.

Зеленый — это новый черный цвет. Подпишитесь на Accelerate

Получите необходимое рыночное понимание перехода мировой нефтегазовой отрасли в энергетику — из нового информационного бюллетеня от Upstream и Recharge.Зарегистрируйтесь здесь

Использование экологически чистого водорода для обогрева зданий с помощью котлов будет почти в шесть раз менее энергоэффективным, чем тепловые насосы, работающие на возобновляемых источниках энергии, и потребует увеличения производства первичной энергии на 150%, а использование чистого водорода ₂ приведет к увеличению затрат на отопление и требуют переоборудования в основном скрытых трубопроводов в миллионах домов и зданий, говорится в исследовании, посвященном Великобритании, Водород: путь декарбонизации для тепла в зданиях? , Лондонская инициатива преобразования энергетики (LETI) *.

«Следует отметить, что мы обнаружили, что общественное мнение о водороде выглядит крайне несбалансированным, поскольку [] газоснабжающая отрасль, в частности, чрезмерно продает« зеленый газ »политикам, чтобы защитить их интересы», — говорится в отчете. .

«Отсутствие ощутимых преимуществ… вызывает серьезные сомнения в практичности переключения на газ».

Ожидание, что правительства или инвесторы профинансируют модернизацию национальной газовой сети, которая потребует новых технологий инфраструктуры, не проверенных в масштабе, «кажется маловероятным, если рассматривать его вместе с альтернативой быстро падающей стоимости возобновляемой электроэнергии (например, ветряных электростанций)», — добавляет он.«Ожидание, что потребители будут платить, ненадлежащим образом накажет тех, кто в обществе наименее платежеспособен».

В исследовании указывается, что зеленый водород для отопления имеет энергоэффективность 46% — другими словами, на каждые 100 кВтч возобновляемой энергии, используемой для производства зеленой H ₂ , из-за потерь энергии в зданиях производится только 46 кВтч тепла. при добыче, хранении и транспортировке газа. Напротив, тепловые насосы обеспечивают энергоэффективность 270%, что означает, что на каждые 100 кВт · ч возобновляемой энергии вырабатывается 270 кВт · ч тепла.

Продолжение статьи ниже объявления

Голубой водород, производимый из метана с улавливанием и хранением углерода (CCS), будет немного более энергоэффективным, чем зеленый, в результате чего 58% энергии природного газа будет использоваться для отопления зданий. Но голубой H ₂ , за который выступает газовая промышленность, не является технологией с нулевым уровнем выбросов.

«Тем не менее, этот процесс приводит к выбросу CO ₂ , а также к утечкам парникового газа метана», — говорится в отчете.«Предлагается крупномасштабная технология CCS для улавливания около 90% этих выбросов CO ₂ . Дополнительная биосеквестрация [например, биоэнергетика с CCS] или аналогичная также потребуется для удаления оставшихся 10% CO ₂ , чтобы «синий» водород стал нулевым углеродом ».

Газовая промышленность заявляет, что 95-99% выбросов от производства водорода на основе метана можно улавливать и хранить.

Но в отчете LETI говорится, что самая большая и непреодолимая проблема использования водорода для отопления — это газовые трубопроводы внутри зданий, большая часть которых скрыта внутри стен и под полом, которые необходимо модернизировать для обработки более мелких молекул водорода.Существующие газовые котлы и плиты также должны быть заменены.

«Сторона здания при переключении газовой сети [на 100% водород] находится в руках миллионов владельцев зданий… поэтому их решения разрешить или не разрешить переключение, скорее всего, будут приняты с использованием не -энергетическое / углеродное обоснование (например, стоимость, удобство, ожидания и неудобства) », — говорится в исследовании.

«Однако ожидается, что новый произведенный водород будет стоить больше, чем природный газ, особенно если затраты на строительство трубопроводов и переоборудование оборудования будут амортизироваться внутри него.Такие вопросы, как ответственность за срыв, косметический ремонт и ответственность за перепланировку жилищных трубопроводов, остаются нерешенными.

«LETI приходит к выводу, что маловероятно, что водород с нулевым выбросом углерода, поставляемый через перенаправленную газовую сеть, будет доступен для подавляющего большинства зданий в обозримом будущем».

Тем не менее, в отчете признается, что «кажется, есть более разумная логика, заключающаяся в том, что меньшее количество потребителей газа высокой интенсивности подключается к меньшей сети». К этим пользователям относятся газовые электростанции, тяжелая промышленность, требующая высокотемпературного тепла, авиация и дальние перевозки.

В исследовании не указывается, что при сгорании водород вступает в реакцию с азотом в воздухе с образованием оксидов азота, которые являются парниковыми газами.

* LETI — это базирующаяся в Великобритании добровольная сеть, состоящая из более чем 1000 разработчиков, инженеров, жилищных ассоциаций, архитекторов, проектировщиков, ученых, специалистов по устойчивому развитию, подрядчиков и управляющих объектами.

Водород для отопления? Варианты декарбонизации домашних хозяйств в Европейском Союзе в 2050 г.

В этом исследовании сравнивается стоимость нескольких технологий отопления жилых помещений с низким уровнем выбросов парниковых газов (ПГ) или парниковых газов без выбросов парниковых газов в 2050 году: (1) водородные котлы, (2) водородные топливные элементы со вспомогательным водородным котлом для холодов, (3) тепловыми насосами с воздушным источником энергии, использующими возобновляемую электроэнергию, и (4) тепловыми насосами со вспомогательным водородным котлом для холодов.Оценка включает низкоуглеродистый водород в результате парового риформинга метана (SMR) с использованием природного газа в сочетании с улавливанием и хранением углерода (CCS) или SMR + CCS, а также водород с нулевым содержанием углерода, произведенный из возобновляемой электроэнергии с использованием электролиза.

Анализ показывает, что воздушные тепловые насосы являются наиболее рентабельной технологией отопления жилых помещений в 2050 году и их стоимость как минимум на 50% ниже, чем у технологий, использующих только водород. В результате анализа чувствительности мы обнаруживаем, что даже если бы стоимость природного газа была на 50% ниже или цены на возобновляемую электроэнергию были бы на 50% выше в 2050 году по сравнению с нашими основными предположениями, тепловые насосы все равно были бы более рентабельными, чем водородные котлы или топливные элементы.Возобновляемый электролизный водород может быть конкурентоспособным по стоимости с водородом SMR + CCS в 2050 году, хотя сегодня электролизный водород не производится в больших масштабах. В то же время меры по повышению энергоэффективности для снижения спроса на тепло были бы более рентабельной стратегией для достижения сокращения выбросов парниковых газов, чем любой из способов отопления с низким уровнем выбросов парниковых газов, которые мы оцениваем в этом исследовании.

Анализ показывает, что все пути использования возобновляемой электроэнергии имеют почти нулевую интенсивность парниковых газов, в то время как водород SMR + CCS может снизить выбросы парниковых газов на 69% –93% по сравнению с природным газом, если в будущем будут внесены усовершенствования для снижения интенсивности парниковых газов. этот путь.Количественная оценка воздействия парниковых газов и рентабельности различных путей отопления актуальна для европейских политиков, принимающих решения о том, как обезуглероживать здания и сокращать энергетическую бедность в соответствии с обязательствами, взятыми в рамках Инициативы Renovation Wave.

пора поговорить о водороде

За последние несколько десятилетий экологически чистые и возобновляемые источники энергии прошли долгий путь.Великобритания недавно испытала свой первый полный рабочий день электроэнергии без использования угля после промышленной революции, в то время как в мире 26% всей электроэнергии будет вырабатываться из возобновляемых источников к 2020 году.

Однако, хотя производство электроэнергии с низким уровнем выбросов улучшилось стремительно, системы отопления отстали. На отопление и охлаждение зданий и промышленную деятельность приходится почти половина всего спроса на энергию в ЕС, и все же декарбонизация системы отопления не принесла большого прогресса.

Это, наконец, меняется, поскольку более чистое отопление продолжает обсуждаться и исследоваться. Одно из популярных предлагаемых решений — перевод отопительной сети с природного газа на водород. Это была ключевая тема разговора на недавнем мероприятии, организованном DNV GL. Семинар под названием «Разработка и эксплуатация безопасной водородной сети» собрал около 100 профессионалов из газораспределительных сетей и других заинтересованных сторон, чтобы обсудить потенциал водорода.

«Целью мероприятия и тем, что мы делали, было рассмотрение водорода в качестве топливного газа, а также рисков и последствий, которые он представляет», — говорит Гэри Томлин, руководитель отдела DNV GL в Spadeadam Testing and Research.

Но каковы риски и преимущества?

Более чистая система отопления

Основная причина, по которой водород рассматривается как альтернативное топливо, заключается в его экологичности. При сжигании водород не производит выбросов CO ₂ , образуя только водяной пар и тепло. Водород также содержит большое количество энергии, что делает его относительно эффективным, так как в 1 кг водорода содержится столько же энергии, сколько в 2,8 кг бензина.

Большинство бытовых систем отопления работают на природном газе — в Великобритании его используют 90% всех домов — хотя природный газ производит наименьшие выбросы по сравнению с любым ископаемым топливом, он по-прежнему способствует глобальному потеплению.На каждый миллион британских тепловых единиц (БТЕ) ​​энергии природный газ выделяет 117 фунтов CO ₂ , в то время как уголь (антрацит) является самым большим источником выбросов, производя 228,6 фунта. В Великобритании 30% выбросов CO ₂ приходится на бытовое отопление и приготовление пищи. Если бы вся газовая система страны была переведена с природного газа на водород, это снизило бы выбросы тепла как минимум на 73%, что во многом поможет достичь целей Великобритании по декарбонизации.

«В Великобритании 30% выбросов CO ₂ приходится на бытовое отопление и приготовление пищи.”

Экологичность водорода — лишь одно из преимуществ его использования в качестве топлива. В восточной Германии проект Hydrogen Power Storage and Solutions (HYPOS) начал серию исследовательских инициатив по изучению потенциального использования водорода в качестве источника энергии. HYPOS подчеркнула, что легкость хранения водорода является основным преимуществом. В качестве газа он может содержаться несколькими способами: сжат, храниться в соляных пещерах, сжижаться или храниться в виде аммиака.

«[Водород] единственный энергоноситель с возможностью длительного хранения», — говорит руководитель проекта HYPOS Александр Шписс. «Поэтому мы всегда помним, что нам необходимо достичь целей Германии по получению более 80% нашей энергии. из возобновляемых источников.Но если вы посмотрите на новые результаты обязательств по изменению климата, они будут более или менее близки к 100%. Для этого нам придется использовать варианты длительного хранения ».

Еще одним преимуществом является возможность использования существующей инфраструктуры. Электрификация системы отопления была предложена многими как возможный способ обезуглероживания; однако это повлечет за собой существенное изменение инфраструктуры.В настоящее время ряд групп, включая Северную газовую сеть (NGN) в Великобритании, проводят исследования относительно того, подходят ли трубы для природного газа по размеру и мощности для простого преобразования в водород. Пока что кажется вероятным, что в Великобритании можно будет использовать существующую газовую инфраструктуру для распределения водорода, что значительно снизит инфраструктурные проблемы и затраты на декарбонизацию сети.

«Одна из больших возможностей — использовать существующую инфраструктуру, газовую инфраструктуру вместо строительства новой», — говорит Шписс, добавляя, что «есть исследования, которые смотрели на это и говорят, что стоимость инфраструктуры будет дешевле, чем внедрение электрической сети или расширение электрической сети повсюду.”

Слишком жарко для работы

Переключение систем отопления было бы колоссальным проектом даже при использовании существующей инфраструктуры, и это повлечет за собой ряд проблем, например, обеспечение безопасности использования водорода в домашних условиях было специально обсуждено на семинаре DNV GL, и проблема, которая должна быть гарантирована, если мы хотим, чтобы она получила более широкое распространение.

Водород обычно считается опасным из-за его высокой воспламеняемости, так как он будет гореть в воздухе в концентрации от 4% до 75%.Но «водород имеет очень маленький размер молекулы, поэтому, если происходит выделение водорода, вполне возможно, что он с меньшей вероятностью станет горючим, чем природный газ», — говорит Томлин, объясняя это: «И наоборот, диапазон воспламеняемости намного шире, так что это то, что нужно учитывать.

«У вас есть баланс между вероятностью того, что он с меньшей вероятностью станет воспламеняющимся, но если он действительно станет воспламеняющимся, с большей вероятностью воспламенится, и последствия могут быть довольно серьезными». Этот баланс рисков необходимо учитывать при внесении изменений в газовую сеть, чтобы обеспечить максимальную безопасность подачи водорода.

«Одна из более практических проблем заключается в том, что, хотя водород не выделяет никаких выбросов в точке использования, создание самого водорода производит углерод».

Одна из наиболее практических проблем заключается в том, что, хотя водород не выделяет никаких выбросов в точке использования, само создание водорода производит углерод. «Что вам нужно сделать, так это производить водород таким образом, чтобы вы не переносили проблему с отдельных домов, производящих CO ₂ , на производство большого количества CO ₂ у источника, поэтому у вас есть проблема улавливания этого CO. ₂ у источника и секвестрируя его, или фактически производя водород без образования CO ₂ », — говорит Томлин.

В настоящее время около 90% мирового водорода производится в установках парового риформинга метана. Это объединяет природный газ с высокотемпературным паром, который отделяет водород и углерод, последний из которых затем улавливается, улавливается и хранится. Это необходимо делать эффективно, чтобы углерод не просачивался и не выбрасывался в атмосферу; без этого это не чистое топливо.

Вывод водорода на новый уровень

NGN в настоящее время является пионером проекта под названием h31, в рамках которого газовая сеть города Лидса будет полностью переведена на водород.Это станет огромным шагом вперед для водородных технологий, и опубликованный отчет h31 уже привлекает международное внимание. Потенциальная конверсия газа обойдется примерно в 2 миллиарда фунтов стерлингов и будет финансироваться за счет регулирующих бизнес-планов — экономической системы, ранее использовавшейся для перевода газовой сети Великобритании с городского газа на природный в конце 1960-х годов. NGN надеется, что, если проект будет успешным в Лидсе, его можно будет внедрить в остальной части Великобритании и за ее пределами.

Помимо экспериментальных проектов, ряд технологических достижений делают водородное топливо все более привлекательным во всем мире.Например, Австралийская организация научных и промышленных исследований (CSIRO) разработала тонкую металлическую мембрану, которая позволила бы легко транспортировать водород в виде аммиака, а затем отделять его в месте использования. В настоящее время транспортировка водорода сложна и относительно дорога; Мембрана CSIRO может значительно снизить эти расходы, поскольку аммиак уже продается и транспортируется по всему миру. Проект получил 1,7 млн ​​долларов из благотворительного фонда науки и промышленности для продолжения разработки по мере его перехода к завершающей стадии.

Хотя водород является самым распространенным элементом на Земле, его получение может быть невероятно энергоемким. Водород имеет явные экологические преимущества по сравнению с чистым метаном или другими природными газами, из которых он может быть изолирован, но при этом все равно выделяет углерод. Исследования по расщеплению воды на водород и кислород продолжаются, и мы надеемся, что будет найден катализатор, который позволит производить водородное топливо в чистом виде посредством электролиза, устраняя зависимость от углеводородов.

Потенциал использования водорода в качестве топлива только начинает реализовываться.Поскольку все больше внимания уделяется обезуглероживанию, в частности, газораспределительной сети, очевидно, что водород будет играть важную роль.

Связанные компании

Проект отопления домов с использованием возобновляемого водорода получил зеленый свет

Идея проекта в Шотландии заключается в использовании водорода для приготовления пищи и отопления.

Фотограф, Basak Gurbuz Derman | Момент | Getty Images

Достаточно взглянуть на постоянно увеличивающееся количество технологий в наших домах, чтобы понять, что здания, в которых мы живем, меняются.

От телевизоров с голосовым управлением до духовок, которыми можно управлять с помощью мобильного телефона, эти комплекты представляют собой кардинальные изменения в бытовой технике, обусловленные инновациями.

По мере роста озабоченности по поводу окружающей среды и изменения климата, способы обогрева наших домов также могут оказаться на пороге серьезных изменений, поскольку водород потенциально играет важную роль в некоторых частях мира.

В Великобритании, например, премьер-министр Борис Джонсон в прошлом месяце обнародовал подробности плана из 10 пунктов так называемой «зеленой промышленной революции».

Этот план включает в себя цель развития города, «полностью отапливаемого водородом» к концу этого десятилетия.

В понедельник идея отопления домов водородом получила еще один удар. Ofgem, регулирующий орган Великобритании в области энергетики, объявил, что выделит до 18 миллионов фунтов стерлингов (24,12 миллиона долларов) на финансирование шотландской схемы, ориентированной на использование водорода для отопления домов.

Еще 6,9 миллиона фунтов стерлингов инвестиций в проект, известный как h200 Fife, поступят от правительства Шотландии.

В заявлении SGN, фирмы, ответственной за газовую сеть в Шотландии и на юге Англии, говорится, что начнется работа по созданию того, что она описала как «100% -ная демонстрационная водородная сеть…, которая обеспечит безуглеродное отопление. и приготовление пищи примерно в 300 домах с конца 2022 года ».

Демонстрация, описанная SGN как «первая в мире», будет базироваться в Левенмуте, Файф, и будет использовать «зеленый водород», термин, который относится к водороду, производимому с использованием возобновляемых источников.

В рамках инициативы h200 Fife морской ветер будет использоваться для питания электролизной установки, которая, в свою очередь, будет производить водород.

В заявлении, опубликованном в понедельник, министр энергетики Шотландии Пол Уилхаус назвал проект «критическим шагом на пути к пониманию наших вариантов декарбонизации тепла». Он добавил, что это «поставит специально созданную непрерывную водородную систему».

Описанный Международным энергетическим агентством как «универсальный энергоноситель», водород имеет широкий спектр применений и может быть использован в таких секторах, как промышленность и транспорт.Примеры его использования в последнем включают поезда, самолеты, автомобили и автобусы, работающие на водородных топливных элементах.

Вдали от Великобритании он рассматривается как решающий фактор в стремлении Европейского Союза к декарбонизации. ЕС разработал планы по установке 40 гигаватт возобновляемых водородных электролизеров и производству 10 миллионов метрических тонн возобновляемого водорода к 2030 году. всего 0,1% мирового производства водорода в 2020 году, по данным Wood Mackenzie.

Это также является дорогостоящим производством, хотя в отчете Wood Mackenzie, опубликованном в августе, говорится, что к 2040 году затраты могут снизиться на 64%.

Водородное отопление не будет использоваться в домах как минимум 5 лет

Водород не будет использоваться для отопления зданий в течение как минимум пяти лет, правительство подтвердило в своей Стратегии отопления и строительства.

В Стратегии детализированы планы по поэтапному отказу от установки газовых котлов после 2035 года, хотя запрета на газовые котлы пока не будет, а водородные котлы испытываются по всей стране как низкоуглеродный метод отопления наших домов.

Однако, несмотря на то, что промышленность проводит кампанию по ускорению разработки водородных котлов, правительство в первую очередь сосредоточится на проведении испытаний для оценки их осуществимости.

«Мы продолжим инвестировать в водородное отопление через испытания в районе и деревне, а также план пилотного проекта в городе. Это позволит нам принять стратегические решения о роли водорода в отоплении к 2026 году», — заявило правительство.

Задержка водородного отопления «позор»

Промышленность рассчитывала на стратегию «Отопление и строительство», чтобы ускорить выполнение дорожной карты по отоплению наших домов водородом, но этого не произошло.

Возможно, это не слишком удивительно, поскольку два месяца назад правительство опубликовало свою Водородную стратегию, в которой обещалось, что к 2030 году водород будет обеспечивать электроэнергией до трех миллионов домов, и что правительство будет стремиться разрешить или потребовать новые газовые котлы, которые будут легко преобразованы в водорода к 2026 году.

Но Карл Арнтцен, генеральный директор Worcester Bosch, который испытывает свой 100% -ный водородный котел по всей стране, сказал, что это «позор», что никаких дальнейших достижений на рынке не будет сделано до 2026 года.

«Хотя это обнадеживает. видя, что водород все еще стоит на повестке дня и упоминается в Стратегии, очень жаль, что решение по водороду будет принято не раньше, чем через пять лет », — сказал он.

«С уже успешно испытанными водородными котлами, они могли бы стать сильной альтернативой котлам, работающим на ископаемом топливе, на рынке сегодня — но эта стратегия, похоже, их не учитывает».

Многие домовладельцы могут со временем заменить свои газовые котлы на водородные (Изображение предоставлено Getty Images)

Почему водородное отопление развивается?

В Великобритании правительство и эксперты по энергетике в Великобритании лучше всего оценивают, как отапливать существующие дома, снижая выбросы углерода от котлов, работающих на природном газе, и тепловые насосы и водородные котлы могут сыграть ключевую роль.

В настоящее время около 85% домов в Великобритании отапливаются с помощью загрязняющего природного газа, и эксперты считают, что водородная технология играет ключевую роль в достижении Великобритании чистого нуля к 2050 году. Это связано с тем, что основной побочный продукт горения водородный газ — вода.

Хотя возобновляемые технологии, такие как воздушные тепловые насосы и , работающие на электричестве, будут иметь жизненно важное значение для обогрева наших домов, признано, что эта технология подходит не для всех домов.

Водород представляет собой способ озеленения газовой сети, и водородные котлы могут стать жизнеспособной низкоуглеродной системой отопления в будущем.

Готовое решение

Одно из ключевых преимуществ перехода на водород с газа заключается в том, что он практически не повлечет за собой неудобств для домовладельцев.

Водородные котлы, подобные разработанным компаниями Baxi Heating и Worcester Bosch, могут работать как на 100% водороде, так и на природном газе. Это означает, что переход на газообразный водород в будущем будет легким для тех, у кого есть водородный бойлер, потому что он может преобразовываться в водород без необходимости в совершенно новой системе отопления.

Plus, Водородные котлы , такие как газовый конденсационный котел Viessmann Vitodens 100-W, который может работать с водородной смесью до 20%, могут не только помочь домовладельцам снизить свои счета за электроэнергию и сократить выбросы углерода, но обеспечит плавный переход на водород в случае, если водород будет введен в газовую сеть Великобритании в ближайшем будущем.

Водородный котел Baxi Heating проходит несколько испытаний в Великобритании. (Изображение предоставлено Baxi)

Правительство продолжает поддерживать водород

Несмотря на объявление 2026 года, правительство заявило о своей приверженности водородному отоплению в последние годы.

В правительственном плане из 10 пунктов, опубликованном в ноябре в рамках правительственной Зеленой промышленной революции, к 2030 году было обещано построить первый город, полностью работающий на водороде, с основными вехами на пути: начиная с водородного квартала в 2023 году, в водородную деревню к 2025 году.

Пока еще неназванная деревня будет испытывать водород в своих трубах путем преобразования местной электросети и замены котлов, счетчиков и плит.

Правительство также инвестировало 25 миллионов фунтов стерлингов в программу Hy4Heat, пилотную схему в Шотландии для отопления 300 домов 100% водородом через существующую газовую сеть, которая должна состояться в 2023 году.

И хотя только несколько страниц Водородной стратегии были посвящены отоплению дома, в ней заложена основа для обеспечения до 35% потребления энергии в Великобритании за счет водорода к 2035 году.

Как будет работать водородное отопление. в наших домах?

По словам Ремеха, члена BDR Thermea Group в Нидерландах, будущее водородного отопления в домах, скорее всего, будет связано с комбинацией теплового насоса и водородного котла.

Нидерланды являются лидерами в развитии водородного отопления, которое имеет огромную и всеобъемлющую систему распределения природного газа в Нидерландах и находится в процессе перехода от природного газа к нулевому выбросу углерода: электричеством, водородом или биогазом.

Ремеха говорит, что сложность каждого из двух вариантов низкоуглеродного отопления означает, что их сочетание будет наиболее вероятным способом эффективного обогрева наших домов.

Рик Брюинз, менеджер по развитию бизнеса в Remeha, сказал Homebuilding & Renovating, что небольшой тепловой насос будет эффективен для борьбы с внешними температурами до 0ºC, а затем, когда он начнет замерзать, водородный котел начнет нагревать дом.

«Установка теплового насоса с мощностью, достаточной для обогрева дома с температурой -10ºC, очень дорога, но водород также стоит дорого, поэтому их комбинация может дать экономичное решение», — сказал Брюинз.

По оценкам голландского правительства и местных поставщиков энергии, водородные котлы будут обогревать дома в Нидерландах в течение 15 лет.

Прототип водородного котла Worcester Bosch. (Изображение предоставлено Worcester Bosch)

Но водородное отопление сталкивается с препятствиями

Затраты

Одна из основных критических замечаний по поводу водородного отопления заключается в том, что его производство может быть дорогостоящим, что может ограничить его доступность. Это связано с тем, что он основан либо на использовании возобновляемых источников энергии для разделения воды на водород и кислород (процесс, используемый для производства «зеленого водорода»), либо на использовании технологии улавливания углерода для предотвращения выбросов в результате разделения газа ископаемого топлива на «голубой водород».

( БОЛЬШЕ : Тепловые насосы вдвое дешевле водородных котлов )

Экологи, включая аналитический центр по климату E3G, WWF и Greenpeace, ранее призывали правительство игнорировать то, что они называют «шумихой» по поводу использования водорода в целях обеспечивать тепло, ссылаясь на дорогостоящие процессы создания зеленого водорода и выражая сомнения в экологичности технологии улавливания углерода, используемой для создания голубого водорода.

Однако в июле большая четверка производителей котельной промышленности подтвердила, что водородный котел будет стоить не больше, чем его эквивалент на природном газе.Baxi, Worcester Bosch, Vaillant и Ideal подтвердили, что будет введено новое ценовое обещание, которое может сэкономить домовладельцам 2,3 миллиарда фунтов стерлингов.

Boiler Guide оценивает, что цены будут аналогичны ценам на котлы, работающие на природном газе — где-то от 400 до 3000 фунтов стерлингов без учета стоимости установки.

Ранее в этом году министерство энергетики объявило о выделении 60 миллионов фунтов стерлингов для увеличения масштабов разработки низкоуглеродного водорода в Великобритании. Финансирование будет использовано для снижения затрат на производство водорода и помощи в поиске и расширении более эффективных решений для производства чистого водорода из воды с использованием электричества.

Безопасность

Ранее в этом месяце правительству пришлось повторить, что водородное отопление будет безопасным после того, как исследование Arup показало, что водородные котлы могут вызвать в четыре раза больше взрывов , чем котлы, работающие на природном газе.

Исследование также показало, что это можно исправить, установив два клапана избыточного потока, чтобы легко регулировать поток водорода по трубам.

Мартин Бриджес из Worcester Bosch сказал об исследовании: «Заголовок должен был быть таким, что водородные котлы спасут жизни, потому что из водорода не образуется окись углерода, которая является самой большой опасностью при сжигании газа.Мы уверены, что водород безопаснее природного газа ».

Какие испытания продолжаются?

Low Thornley, Gateshead

Первые дома в Великобритании, полностью работающие на водородном топливе, официально открыты для публичной демонстрации в июле. Два двухквартирных дома, расположенные на инновационной площадке компании Northern Gas Networks в Лоу-Торнли, Гейтсхед, полностью оснащены водородными котлами, разработанными Baxi Heating и Worcester Bosch.

Все приборы, включая варочные панели, плиты и камин, работают на водороде, и они будут чередоваться, чтобы разные производители могли продемонстрировать свои инновации и получить отзывы потребителей.

Дома теперь будут доступны для посещения школами, колледжами и университетами, чтобы повысить осведомленность об энергоэффективности в домах.

Northumberland

В ноябре 2020 года водородные котлы от Baxi Heating и Worcester Bosch были установлены в первых домах в Великобритании, чтобы продемонстрировать эффективность технологии.

Инновационные прототипы будут испытаны на испытательном полигоне HyStreet в Нортумберленде, который состоит из специально построенных демонстрационных домов.Сейчас будет завершено более 200 испытаний для исследования и подтверждения безопасности и эффективности перевода домов и газовых сетей на водород.

Текущие испытания в Нортумберленде продемонстрируют, как существующие газовые сети могут быть перепрофилированы для безопасной транспортировки 100% водорода.

(Изображение предоставлено Getty Images)

Файф, Шотландия

Оператор сети Fas SGN представил в начале этого года планы на h200, первую в мире бытовую водородную отопительную сеть. Ожидается, что первые дома в мире, которые будут использовать зеленый водород через местную газовую сеть, в Файфе, Шотландия, получат водород в начале 2023 года.

Keele University

В 2020 году в ходе первого пилотного испытания HyDeploy 20% водорода было закачано и смешано с существующей частной газовой сетью Университета Кил, которая снабжает 30 факультетских зданий и 100 жилых домов.

В сентябре опубликованные результаты показали, что водородная смесь не оказывает вредного воздействия на пользователей и может снизить выбросы углерода.

В газовую сеть было подмешано в общей сложности 42 000 кубометров водорода, что, как сообщается, привело к тому, что 27 тонн углекислого газа не попали в атмосферу.

Cumbria

Три специально построенных дома на базе RAF Spadeadam в Камбрии используются для тестирования домов, полностью содержащих водород.

Carlisle

H31 — это серия тестовых проектов, цель которых — доказать, что газовая сеть может быть преобразована в водород, и которые проводятся на диком склоне холма на базе Королевских ВВС.

Тим Харвуд, который руководит пилотным проектом h31 недалеко от Карлайла, говорит, что газовая сеть может быть готова к переходу на водород в течение двух лет, но при этом призвал к увеличению водородных мощностей, которые должны быть предоставлены правительством.

Winlaton, Gateshead

В ходе отдельного испытания HyDeploy в Гейтсхеде 670 домов станут одними из первых в Великобритании, где будут проведены испытания природного газа, смешанного с водородом. Проект начался в начале 2021 года и, как ожидается, завершится в конце этого года.

Уэльс

В весеннем бюджете было объявлено о создании водородного узла стоимостью 4,8 млн фунтов стерлингов в Уэльсе для пилотного создания водорода из возобновляемых источников энергии.

В гонке за использование водорода для обогрева наших домов

По словам Сэнсома, члена Группы по энергетической политике Института энергетики и технологий, вокруг обоснованности этого исследования ведутся дискуссии.Он говорит, что уровень утечки газа намного ниже, чем предполагалось, а производительность современных установок газового риформинга с улавливанием углерода значительно выше.

Имея это в виду, он предлагает, чтобы мы могли использовать синий водород в качестве временной остановки, пока мы разрабатываем более возобновляемые и масштабируемые средства производства или источников водорода, такие как газификация биомассы — процесс преобразования органических материалов, таких как отходы животноводства, в окись углерода, водород и углекислый газ при высоких температурах без сжигания — или импорт из солнечных фотоэлектрических установок на Ближнем Востоке и в Австралии.

Также можно производить водород посредством электролиза, процесса, при котором вода расщепляется на основные элементы — водород и кислород — с помощью электрического заряда. Если электричество поступает из возобновляемых источников, то водород фактически не содержит углерода, но поскольку электролизеры имеют КПД только от 60 до 80 процентов, для этого требуется огромное количество электроэнергии, которая на данный момент является дорогостоящей и, откровенно говоря, недоступной в таких больших количествах. Этот подход называется зеленым водородом, но «в итоге вы получаете удельную цену, которая в два или три раза превышает текущую цену на газ», — говорит Лоуз.

Конечно, есть аргумент, что цена зеленого водорода резко упадет вместе со стоимостью возобновляемой электроэнергии, но тогда вы должны спросить: куда лучше всего направить эту зеленую энергию?

Для Lowes ответ — тепловые насосы, достаточно новая технология в Великобритании, которая извлекает тепло из воздуха или земли и передает его радиаторам для центрального отопления. Устройства также работают от электричества, но они очень эффективны.

Согласно исследованию LETI, зеленый водород для отопления имеет энергоэффективность 46 процентов: на каждые 100 кВтч возобновляемой энергии, используемой для производства зеленого водорода, вырабатывается только 46 кВт тепла здания из-за потерь энергии при производстве, хранении и транспортировка газа.Тепловые насосы, напротив, обеспечивают энергоэффективность 270 процентов, потому что они извлекают тепло из окружающей среды, а не производят его сами. Правительство заявило, что оно хочет, чтобы к 2028 году в домах Великобритании ежегодно устанавливалось 600 000 электрических тепловых насосов, а недавно оно предложило субсидировать их.

«С водородом требуются большие капиталовложения, но все это делается за пределами домашнего хозяйства, в построении инфраструктуры для производства газа и модернизации трубопроводов», — говорит Лоуэс. «Чтобы избежать низких первоначальных затрат, вы навсегда запираете высокие счета.”

Основное препятствие заключается в том, что тепловые насосы не будут работать без повышения энергоэффективности жилищного фонда Великобритании, поскольку они работают при более низких температурах, и, вероятно, потребуется модернизировать уличные сети для удовлетворения нового спроса на электроэнергию. Они также требуют значительных первоначальных вложений от потребителя, несмотря на государственную субсидию, что затрудняет широкое распространение.

«Если в здании можно использовать тепловой насос, им следует использовать тепловой насос», — говорит Сансом.«Но я бы сказал, что они совершенно не подходят примерно для 50% зданий в Великобритании». Даже если мы сможем устойчиво производить достаточно водорода, есть и другие практические проблемы с безопасной доставкой чистого водородного газа в бытовые приборы в наших домах. По своим свойствам газ отличается от метана, поэтому неясно, как он ведет себя в трубах.

Отопление домов водородом: нам продают щенка?

Выражение «продать кому-то щенка» происходит от старого трюка с уверенностью, когда мешок, якобы содержащий поросенка, продавался только для того, чтобы новый владелец обнаруживал, что в нем действительно находится щенок.Это был жестокий обман в то время, когда поросенка, которого нужно откормить, было бы тяжело добыто и ценилось — и есть опасность, что предложения по отоплению домов водородом также предлагают решение, стоящее гораздо меньше, чем кажется на первый взгляд.

Целевые показатели нулевых выбросов означают, что в будущих энергосистемах нет места для дальнейшего использования ископаемого газа, в том числе для отопления зданий. Газовую промышленность совершенно справедливо беспокоит, что это означает для ее бизнеса, но водород, похоже, стал спасательным кругом для газовой отрасли, пытаясь продать идею о том, что мы можем просто заменить ископаемый газ водородом, используя существующую газовую инфраструктуру.Однако простое решение сложной проблемы бывает редко.

Представители газовой промышленности считают водород недорогим и бесперебойным вариантом.

Вид на водопроводную сеть La Fabbrica del Sole в Ареццо, Италия, первой в мире сети, переносящей водород в городских районах. (JEAN-FRANCOIS LE MOUNIER / AFP через Getty Images)

Это привлекательный рассказ для политиков по нескольким причинам, не в последнюю очередь потому, что он предполагает возможность недорогостоящего перехода к нулевому показателю, который потребители вряд ли заметят.Потребители заметят и примут участие, если подходящие альтернативы — сокращение потребностей в тепловой энергии за счет повышения энергоэффективности, электрификация с помощью тепловых насосов и тепловых сетей, использующих возобновляемое тепло и другие низкоуглеродные источники — станут основным направлением, как того требует энергетический переход.

Тем не менее, газовая промышленность утверждает, что чистые альтернативы слишком дороги, слишком сложны и слишком разрушительны, преувеличены. На самом деле альтернативы становятся дешевле, функциональнее и проще в использовании с каждым днем.

Это не означает, что водород не может играть важную роль в энергетическом переходе. Водород из возобновляемых источников энергии является ценным энергоносителем, имеющим множество конкретных применений, для которых мало альтернатив. Водород потребуется в больших количествах для декарбонизации промышленных секторов, таких как химическая промышленность и судоходство. Кроме того, водород может быть задействован в производстве электроэнергии в периоды, когда производства из возобновляемых источников энергии недостаточно. Тем не менее, затраты и потери эффективности, скорее всего, будут ограничивающими факторами для следования этому «маршруту из газа в электроэнергию».

Проблемные в масштабе

Использование водорода для отопления наших зданий в больших масштабах проблематично по разным причинам.

Во-первых, производство «зеленого водорода» путем электролиза чрезвычайно расточительно по сравнению с использованием возобновляемой энергии непосредственно для работы тепловых насосов или электромобилей. Для обогрева дома водородом требуется примерно в пять раз больше энергии ветра или солнца, чем для обогрева того же дома с помощью эффективного теплового насоса. В результате такой неэффективности требуемые темпы наращивания возобновляемых источников энергии будут чрезвычайно сложными, на что указывает Комитет Великобритании по изменению климата в своем всеобъемлющем обзоре будущего водорода.

Создание возобновляемых источников энергии для замены ископаемого электричества происходит слишком медленно, чтобы соответствовать климатическим целям. Кажется маловероятным, что у Европы есть деньги и земля, чтобы построить в пять раз больше турбин и солнечных панелей, только для того, чтобы поддерживать старые магистрали ископаемого газа в эксплуатации.

Во-вторых, экологически чистый водород недешев и, согласно недавнему исследованию Международного энергетического агентства, ожидается, что в 2030 году он будет стоить около 0,1 евро за киловатт-час (кВтч) на месте производства. На национальном уровне Комитет по изменению климата Великобритании представил очень похожие цифры.Эта цифра значительно превышает текущие цены на газ для жилых домов во многих европейских странах.

Перенаправление ограниченных поставок зеленого водорода в строительный сектор также приведет к увеличению стоимости водорода для ключевых отраслей, где он будет исключительно необходим. Широкое использование зеленого водорода в строительстве и на транспорте может привести к удвоению затрат на водород из-за более высокого спроса, показывает анализ, проведенный консалтинговой фирмой Aurora в области энергетики.

Инновации и дальнейшее снижение затрат на возобновляемую электроэнергию, конечно же, приведут к снижению затрат на водород в будущем, но большая часть затрат на производство водорода с помощью электролиза — это стоимость входящей электроэнергии (80–86%) , а не капитальные или эксплуатационные затраты.Это означает, что разница в стоимости с прямой электрификацией останется такой же.

В-третьих, существует также мираж голубого водорода, который преобразует ископаемый газ в водород, но требует улавливания и хранения углерода (CCS) для постоянного хранения образующихся выбросов парниковых газов. Это приведет к оставшимся выбросам углерода в размере 15–40%, часть из которых приходится на выбросы выше по течению в регионах, где добывается газ, как показали недавние спутниковые данные.

Начинать с голубого водорода в надежде на то, что будет доступен зеленый водород, является стратегией высокого риска и в долгосрочной перспективе сталкивается с теми же проблемами затрат, что и путь чистого зеленого водорода.

Подобные решения предлагались для угольной промышленности 15 лет назад, когда стало ясно, что угольные электростанции более неприемлемы, учитывая их высокие выбросы углерода. Угольная промышленность ответила введением термина «чистый уголь», предполагая, что каждая угольная электростанция может быть оснащена системой CCS. Большинство проектов, основанных на идее чистого угля, не удалось реализовать, и теперь уголь все чаще вытесняется ветром и солнечной энергией.

В-четвертых, преобразование газовой сети в водородную не так просто, как просто подать новый газ в трубопроводную сеть.Водород — это другой газ с разными свойствами. Это может привести к коррозии старых труб и увеличению утечек в новых трубах. Он легко воспламеняется, но в настоящее время не обнаруживается человеческими чувствами при утечке. Это также требует замены существующих газовых счетчиков и наконечников горелок в бытовых приборах, а иногда и всего прибора. Это огромная задача, как указывается в исследовании, посвященном логистике перехода на водород.

Тепловые насосы и балансировка

Это не означает, что водород не применяется в отоплении.Гибридные тепловые насосы могут играть роль, используя небольшое количество водорода в качестве резерва во время длительных периодов холода. Водород также может играть роль в балансировании системы электроснабжения и косвенно поддерживать электрификацию тепла таким образом.

Однако, даже если водород станет доступным в больших количествах и по более низким ценам, чем ожидалось, в ближайшее время он не будет играть большой роли в декарбонизации систем отопления. Centrica, старейшая в мире и крупнейшая газовая компания в Великобритании, недавно заявила, что «до использования водорода в домашних условиях, скорее всего, потребуется больше десяти лет, а затраты для потребителей пока неизвестны».

Вместо того, чтобы полагаться на необоснованные обещания, энергоэффективность, интеллектуальная электрификация и централизованное теплоснабжение могут обеспечить реальную экономию углерода уже сегодня. Анализ, проведенный в рамках проекта помощи в регулировании, дает представление о чистом будущем для отопления. Ускорение эффективного и электрифицированного отопления может помочь удовлетворить растущую долю возобновляемых источников энергии и обеспечить преимущества для потребителей и энергосистемы в целом. Тепловая политика на ближайшее десятилетие должна быть сосредоточена на уже имеющихся решениях.

Ян Розенов — директор европейской программы в рамках Проекта помощи в регулировании, независимой глобальной неправительственной организации, продвигающей политические инновации и идейного лидерства в энергетическом сообществе.

Хотите больше данных и идей по энергетическому переходу?

Подпишитесь на еженедельную рассылку Energy Monitor, The Switch, чтобы получать подробные сведения, анализ и интервью, которые будут доставлены прямо на ваш почтовый ящик.

Ян Розенов является директором и директором европейских программ в рамках проекта «Помощь в регулировании», глобальной группы экспертов в области энергетики.