Мебель

Как сделать котел на водороде своими руками. Водородный генератор своими руками чертежи

Дешевым и чистым способом обогрева помещения интересуются многие владельцы частных домов. Водородное отопление является одним из возможных решений. Такая технология может стать достойной альтернативой современным системам. Можно ли собрать и установить для отопления частного дома своими руками? Каким образом такая установка функционирует? Какое оборудование используется при установке? Ответ на такие вопросы можно найти в этой статье.

Что представляет собой водород?

Водород - это самое распространенное химическое вещество на нашей планете. Бесцветный газ, не содержащий токсинов, присутствует почти во всех соединениях. Вещество наделено уникальными свойствами. В твердом и жидком состоянии водород практически не имеет массы. Размер его атомов самый маленький в сравнении с другими химическими элементами.

Вещество, полученное в результате смешивания водорода с окружающим воздухом, очень долго может сохранять свои свойства, находясь в помещении, но от минимального соприкосновения с огнем может взорваться. Для транспортировки и хранения используются специальные баллоны, созданные из легированной стали.

Добывать топливо можно бесконечно. Для его получения достаточно обыкновенной воды и электричества. выделяемая при взаимодействии водорода с кислородом, используется для отопления зданий.

Что представляет собой установка?

Технология вырабатывания кислорода и водорода - это замечательная альтернатива природному газу. Средний показатель температуры горения может быть равен 3000 градусов по Цельсию. Чтобы выдерживать такой высокий показатель, потребуется специальная горелка для сжигания водорода.

Подобное устройство состоит из нескольких элементов. Хороший водородный генератор для отопления частного дома, способствующий процессу деления воды на составляющие, можно собрать самостоятельно. Дополнительно используются катализаторы для оптимизации химической реакции. Трубопровод от генератора и горелка понадобятся для создания пламени. В качестве теплообменного устройства можно использовать обыкновенный котел. В топке размещается горелка, отвечающая за нагрев в системе отопления.

Старое оборудование может быть адаптировано для обработки водородного топлива. В финансовом вопросе подобные инженерные решения будут гораздо более приемлемыми в сравнении с приобретением нового котла, произведенного на заводе. При этом водородный генератор для отопления частного дома потребует больше места.

Первые образцы

Для практического использования реакции при соединении водорода с кислородом сначала разрабатывались Максимальный КПД таких установок составлял 80 %. В результате упорной работы инженеров после многочисленных усовершенствований производители сумели выпустить на рынок первые водородные установки для использования в быту.

Для подключения потребуется выполнить несколько условий. К ним относится обеспечение подключения к источнику жидкости. Подойдет обыкновенный водопровод. Мощностью установки будет определяться расход сырья. Потребуется подключение к электросети для возможности электролиза. В зависимости от модели и мощности котла определяется качество действия катализатора. Примером качественной установки является водородный генератор для отопления частного дома "Стар 1000".

Устройство, в отличие от приборов, работающих на твердом топливе, намного безопаснее в применении. Это обусловлено тем, что все процессы протекают внутри самой установки, а от пользователей потребуется только визуальный контроль за показаниями. При этом следует всегда помнить, что в самодельных агрегатах возможны утечки топливной смеси. Обязательно необходимо проверять герметичность емкости перед запуском устройства.

Актуальность установки

Эксплуатационные особенности таких изделий интересуют всех потребителей. Можно создавать водородный генератор для отопления частного дома своими руками. Фото примеров представлены в нашей статье.

Самодельные и заводские устройства существенно отличаются по эффективности. Нужно быть готовым к тому, что их фактическая мощность не будет соответствовать расчетам. Именно по этой причине самостоятельную установку водородной системы необходимо осуществлять с применением проверенных котлов или заводских генераторов.

Рассмотрим положительные стороны отопительных приборов, работающих на водороде. Запас топлива бесконечный. Для заправки такого котла нужна простая вода. Минимального объема электричества 0,3 кВт/час достаточно для нормальной работы устройства мощностью 27 кВт. Угарные газы, причиняющие вред организму, полностью отсутствуют.

Покупая водородный генератор для отопления дома, рекомендуется подобрать подходящий котел или устройство для теплообмена. Такие установки должны нормально функционировать на повышенных температурах, которые достигаются при сжигании водородного топлива.

Полученная смесь в результате работы генератора относится к Человек не может определить утечку в помещении по запаху. Температура воспламенения очень высокая. Это означает, что вещество взрывоопасное. Именно по этой причине каждый самодельный агрегат всегда нужно проверять.

Недостатки

Высокая стоимость является основным ограничивающим фактором при выборе заводской установки. Наиболее популярный водородный генератор для отопления частного дома доступен за 50 000 рублей. Замена блока катализатора должна производиться раз в год. Эта деталь необходима для повышения качества работы котла, даже если это не заводская установка.

Главные особенности водородных установок

Разумеется, необходимо соблюдать правила безопасности. Нельзя забывать о возможных последствиях неконтролируемой химической реакции. Чтобы организовать отопление частного дома водородом своими руками, понадобятся такие комплектующие, как трубы и котел.

Установки не требуют дополнительных устройств для отвода Выделение тепла происходит в результате химической реакции. В систему труб поступает горячий пар. Такие системы отопления лучше всего использовать для подогрева потолков, плинтусных систем и полов в помещении.

Какие трубы нужны?

Перспективы водородной энергетики

Разрабатываются действующие методы существенного понижения себестоимости таких установок. К ним относятся технологии получения дешевой или даже бесплатной электроэнергии. Можно подобрать более качественные катализаторы для химической реакции. Они давно известны и используются в топливных водородных блоках для автомобилей. Но снова всё упирается в чрезмерно высокую себестоимость.

Широко известны современные сварочные аппараты с интегрированными Стоимость топлива не имеет особого значения. Также отпадает необходимость решения проблемы транспортировки увесистых баллонов. Все устройство спокойно помещается в легкий ящик небольшого размера.

Наука давно продвинулась вперёд. Возможность совершенствования техники для обустройства жизни сегодня доступна человечеству, как никогда прежде. Достаточно просто найти подходящую информацию. Не все источники альтернативной энергии доведены сегодня до массового производства. Но эти технологии настолько элементарны и просты, что любому человеку под силу собрать водородный генератор для отопления частного дома своими руками у себя в гараже и использовать для обеспечения собственного благополучия.

Заключение

Пока можно только строить предположения о том, какими технологиями человечество будет пользоваться завтра. Перспективы энергетики на основе водорода оцениваются скептически многими учеными по причине небольшого спектра возможностей для применения. Но можно посмотреть на эту ситуацию с другой стороны. Если человеку свойственно развивать технологии для обустройства собственной жизни, взаимодействуя с силами природы, как можно отбрасывать возможность получения тепловой энергии в результате взаимодействия электричества и воды?

Глупо проходить мимо такой возможности. Если нельзя найти способ применения этому в современном мире, может, лучше задуматься о том, какой мир мы стремимся создавать? Водородный генератор для отопления частного дома и другие природные технологии обязательно необходимо развивать и использовать.

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

Описание и принцип работы водородного генератора

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

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

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

Конструктивные особенности и устройство генератора водорода

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

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

Обозначения:

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

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

Обозначения:

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

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

Сферы применения водородного генератора

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

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

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

Бытовое применение

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

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

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

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

Обозначения:

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

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

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

Делаем простейший генератор водорода своими руками пошагово

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

Рис. 8. Схема газовой горелки

Обозначения:

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

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

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

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

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

Наполняем электролизер водой, в которую добавлена обычная кухонная соль.

Подаем напряжение на электроды и проверяем работу устройства.

Привет мозгоизобретатели ! В сегодняшнем проекте будет с нуля создан электрический генератор, преобразующий обычную воду в топливо.

Шаг 1: Что такое водородно-кислородный генератор

Водородно-кислородный генератор, аналогичный этому, использует электричество от автомобильного аккумулятора для расщепления воды на газообразный водород и кислород. (Электричество + 2H20 —> 2H2 + O2). В итоге получается топливо, намного мощнее бензина, а в результате выбросов высвобождается только вода!

Это полностью чистый вид топлива, наподобие энергии солнца, ветра или воды, электричество используется только для образования газа.

В видео показано пошаговое создание данного генератора.

ПРИМЕЧАНИЕ: Количество электрической энергии, требуемой для образования газа, превышает энергию, которую можно в итоге получить от генератора. Это НЕ генератор энергии, а простой энергетический конвертор.

Шаг 2: Подготовка металлических заготовок для пластин генератора

Для выполнения данного проекта нам понадобятся детали из нержавеющей стали и трубные фитинги из пластмассы. Вы можете приобрести их в ближайшем магазине хозяйственных товаров.

Я использовал нержавеющую сталь калибра 20 (0,8 мм) и с помощью гидравлического перфоратора пробил требуемые отверстия в верхней и нижней части пластин. В результате мы получили 12 пластин размером 7,6 х 15, 2 см, 4 пластины 3,8 х 15,2 см, и 3 соединительные полоски 2,54 см, 4 — 1,27 см и 3 — 0,62 см. Ленточно-шлифовальная машина используется для сглаживания зазубренных краев вокруг отверстий.

Шаг 3: Увеличение плоскости соприкосновения пластин

Далее я использовал наждачную бумагу с зерном 100 для ошкуривания пластин по диагонали. На обеих сторонах пластины можно увидеть символ «X». Это увеличивает площадь соприкосновения пластины и способствует образованию большего количества газа.

Шаг 4: Конфигурирование пластин в сборе

Пластины соединяются таким образом, чтобы 2 внутренние пластины подключались к одному электрическому выводу, а 2 верхние пластины подключаются к другому выводу. Пластмассовые стержни, пластмассовые шайбы и гайки из нержавеющей стали помогают сделать надежные электрические соединения.

Пластины генератора собираются в следующем порядке – пластина, пластмассовые шайбы, пластина, стопорная гайка из нержавеющей стали и так пока все 8 пластин не будут соединены.

Пошаговая видео инструкция по сборке пластины генератора показана .

После сбора пластин, необходимо установить пластмассовую заглушку 10,1 см, которая прикрепляется в верхней части с помощью нескольких винтов из нержавеющей стали.

Шаг 5: Изготовление корпуса генератора

Корпус состоит из двух пластмассовых адаптеров 10,1 см, с перевернутой заглушкой 10,1 см в нижней части. Основу корпуса составляет акриловая или пластмассовая труба диаметром 10,1 см, Пластины генератора и крышка вкручиваются в верхнюю часть.

Водяной смеситель изготовлен в той же манере из акриловой трубы диаметром 5 см. Его необходимо прикрепить сбоку устройства.

Шаг 6: Изготовление зажимов для смесителя

Зажимы можно изготовить из остатков акриловой или пластмассовой трубы, и приклеить впоследствии клеем в боковой части корпуса.

Для изготовления зажимов я отрезал от трубы диаметром 5 см заготовки 1,9 см и отрезал верхнюю часть размером 0,8 см для формирования захвата. Далее полученную заготовку я прикрепил к акриловому стержню и присоединил к боковой стороне генератора.

Шаг 7: Установка оборотного клапана

В верхнем колене устанавливается прозрачная трубка и одноходовой оборотный клапан. Убедитесь, что клапан стравливает газ, и он не возвращается назад в устройство.

Шаг 8: Подготовка электролита

Для приготовления электролита используется дистиллированная вода и 2-4 ложки KOH (гидроксида калия). Соль или пищевая сода также пригодны, однако со временем они могут вызвать загрязнение и коррозию пластин.

Я размешал хлопья гидроксида калия в воде, далее использовал фильтр для подачи раствора в корпус генератора (после тщательной очистки).

Примечание: Гидроксид калия является каустическим средством и поэтому может вызывать ожоги кожи. Избегайте прямого контакта!

Шаг 9: Финальные штрихи

Я протестировал устройство с использованием автомобильного аккумулятора напряжением 12 В и кабельным перемычками. Образованный газ собирается в небольшой бутылочке из-под воды, и поджигается пламенем.

При напряжении 12 вольт мы получаем 1,5 литра газа в минуту. Если последовательно подключить 2 аккумулятора, тогда при напряжении 24 вольта имеем на выходе 5 литров газа в минуту. Этого достаточно для заполнения емкости объемом 4 галлона (15 литров) за 38 секунд!

Примечание: При большем напряжении в системе присутствует больший ток, что приводит к значительному нагреву. В таком случае возникает опасность расплавления пластмассового корпуса из-за воздействия высокой температуры.

Шаг 10: Сколько силы под капотом нашего генератора?

Данная система не предназначена для использования на транспортном средстве, а просто демонстрирует процесс электролиза воды и образования газа.

Смотрите видео, где показаны эксперименты по поджигу газа, а также некоторые полезные характеристики генератора.

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

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

Когда появился водородный двигатель, основные компании, ведущие его разработку

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

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

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

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

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

Особенности водорода как топлива для двигателя

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

Применение водорода в виде топлива имеет ряд нюансов:

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

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

Устройство водородного двигателя

Автомобили с двигателем работающем на водороде делятся на несколько групп:

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

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

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

Принцип работы

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

Моторы внутреннего сгорания;
Двигатели на водородных элементах.

Водородные моторы внутреннего сгорания

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

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

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

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

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

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

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

Двигатели на водородных элементах

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

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

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

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

Где использовались водородные топливные элементы?

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

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

Если говорить в целом, топливные элементы применяются:

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

Преимущества и недостатки

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

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

Также к плюсам стоит отнести:

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

Недостатки водородного двигателя:

Кроме уже рассмотренных выше, стоит выделить еще ряд недостатков:

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

Опасность водородного топлива

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

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

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

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

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

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

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

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

Современные автомобили с водородными двигателями

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

К наиболее востребованным моделям стоит отнести:

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

Трудности в эксплуатации водородных ДВС

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

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

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

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

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

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

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

Будущее водородных двигателей

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

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

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

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

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

Конкурирующие технологии

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

Вот только некоторые из них:

Можно ли сделать своими руками?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Технологии получения чистого водорода

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

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

Домашние генераторы водорода

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

Водород из навоза

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

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

Водород из воды

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

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

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

Полукустарная установка для выработки водорода

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

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

Сколько стоит килограмм водорода

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

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

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

Выгодно ли отапливать дом водородом

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

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

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

Memento mori - пару слов о технике безопасности

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

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

Развенчиваем мифы о экономичности водородных котлов

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