氫氣發生器：經濟可行性

德國氫能戰略

2020 年 6 月 10 日發布的德國國家氫能發展戰略最終確定了氫能路線。該國的長期目標是創建一個減少二氧化碳排放的氣候中和經濟體₂ 1990 年水平的 95%。而氫氣，不僅運輸將被轉移，而且石化工業的冶金也將在這個過程中發揮核心作用。

到 2023 年，德國將撥款超過 100 億歐元用於發展氫能：70 億歐元用於“市場啟動”（即創造框架條件和刺激國內需求），20 億歐元用於國際合作，另外 10 億歐元用於為了工業的需要，應該引進氫技術，以便在未來成為世界第一大出口國。

與此同時，德國政府只承認“綠色氫”是環保的，使用可再生能源——太陽和風——產生的電力。為了增加發電量，德國將需要在北部和波羅的海沿岸增加風力發電能力。隨著時間的推移，“綠色氫”應該會取代“灰色”、“藍色”和“綠松石”，即隨著二氧化碳的釋放而獲得₂ 從天然氣或甲烷等化石來源進入大氣。

誠然，該戰略認識到德國將無法靠自己的力量滿足其氫需求，它將不得不進口電力來生產“綠色氫”或原料。用於發展國際合作的 20 億歐元將主要用於太陽能試點項目，用於在終年陽光普照的北非和摩洛哥生產“綠色氫”。

俄羅斯企業在新能源產業中的作用

然而，適合試點項目的不僅是北非。正如 2019 年 11 月在聖彼得堡啟動的氫氣電車項目所表明的那樣，現代俄羅斯城市非常適合作為氫氣技術的展示廳。如此生動的創新例子，不僅對俄羅斯經濟，而且對與歐盟的長期合作，都將產生積極的形象效應。

這種合作的潛力部分反映在與德國氫戰略同日發布的俄羅斯聯邦能源戰略中。在該文件中，氫被指定為具有高出口潛力的燃料。到2024年，俄羅斯氫氣出口量將達到20萬噸，到2035年增長到200萬噸，根據能源部的規劃，俄羅斯應佔世界氫氣市場的16%。

在一個國家的發展和繁榮水平直接取決於能源出口的範式中，押注氫是完全合理的。這項技術可以成為出口整體平衡的額外發展動力。但為了實現這些雄心勃勃的計劃，俄羅斯企業現在需要發展氫能，並迅速審視其商業模式，因為德國人所追求的“能源轉型”將不可避免地導致對石油產品的需求減少，天然氣在不久的將來。

是否可以獨立製造氫氣發生器？

最好不要冒險，因為這樣的過程不僅需要了解技術和化學的複雜性，還需要正確遵守安全規則。但是可以自行安裝設備。要做到這一點，遵循說明就足夠了，不允許業餘表演。

任何房子的供暖，不僅要為人提供舒適的生活，還要保證環境的生態清潔。這是因為氫氣燃燒後不會形成有害化合物。

在西方國家，使用氫氣發生器加熱已獲得廣泛認可和經濟合理性。如果類似的方法在俄羅斯落地生根，它將以最小的資源成本顯著提高供暖效率。

氫氣作為加熱鍋爐燃料的前景

• 氫是宇宙中最常見的“燃料”，也是地球上第十大最常見的化學元素。簡而言之 - 您不會遇到燃料儲備問題。
• 這種氣體不會傷害人、動物或植物——它沒有毒性。
• 氫氣鍋爐的“廢氣”是絕對無害的——這種氣體的燃燒產物是普通的水。
• 氫氣的燃燒溫度達到6000攝氏度，說明這種燃料的熱容量很高。
• 氫氣比空氣輕 14 倍，也就是說，一旦發生洩漏，燃料的“排放”會在很短的時間內自行從鍋爐房中蒸發掉。
• 一公斤氫氣的成本是2-7美元。在這種情況下，氣態氫的密度為 0.008987 kg/m3。
• 一立方米氫氣的熱值為13,000 kJ。天然氣的能源強度高出三倍，但氫作為燃料的成本低十倍。因此，用氫氣替代私人住宅供暖的成本不會超過使用天然氣的做法。同時，氫能鍋爐的擁有者無需為天然氣公司的業主買單，無需修建昂貴的天然氣管道，也無需通過極其官僚的程序來協調各種“項目”和“許可”。

簡而言之，作為一種燃料，氫的前景最為光明，這已經得到了航天工業的賞識，該工業使用氫來為火箭“加油”。

現代發展——氫氣加熱鍋爐

氫氣加熱鍋爐是如何工作的

與傳統燃氣鍋爐一樣：

• 燃料供給燃燒器。
• 燃燒器火炬加熱熱交換器。
• 倒入熱交換器的冷卻劑被輸送到電池。

只有代替用於生產燃料的液化燃料的主要天然氣管道或罐，才有必要使用特殊裝置 - 氫氣發生器。

此外，最常見的家用發電機類型是將水分解成氫氣和氧氣的電解廠。用氫氣加熱的發電機產生的燃料成本達到每公斤 6-7 美元。同時，生產一立方米的可燃氣體需要水和1.2千瓦的電力。

但在這種情況下，您可以節省去除燃燒產物的費用。畢竟，在燃燒氧氣和空氣的混合物的過程中，只會釋放出水蒸氣。所以這樣的鍋爐不需要“真正的”煙囪。

氫氣鍋爐的優點

• 氫氣可以“點燃”任何鍋爐。也就是說，絕對是任何-甚至是上世紀80年代購買的舊“蘇聯”單位。為此，您需要一個新的燃燒器和爐子中的花崗岩或耐火粘土，這會增加熱慣性並平衡鍋爐過熱的影響。
• 氫鍋爐增加了熱量輸出。10-12 kW 氫氣的標準燃氣鍋爐將“輸出”高達 30-40 千瓦的熱能。
• 對於用氫氣加熱，總的來說，只需要一個燃燒器。因此，即使是固體燃料鍋爐，也可以通過在爐膛中安裝燃燒器來“在氫氣下”進行轉換。
• 獲取燃料的基礎——水——可以從水龍頭中取出。雖然生產氫氣的理想半成品是蒸餾水，它與氫氧化鈉混合。

氫鍋爐的缺點

• 小範圍的工業型氫氣鍋爐和氣體發生器。大多數賣家提供帶有可疑認證的“自製”產品。
• 工業機型價格高。
• 燃料的爆炸性“特性” - 在與氧氣（比例為 2:5）的混合物中，氫氣變成爆炸性氣體。
• 氣體發生裝置的高噪音水平。
• 高火焰溫度 - 高達 3200 攝氏度，使得很難將氫氣用作廚房爐灶的燃料（需要特殊的分隔器）。然而，意大利giacomini製造的氫氣加熱鍋爐H2ydroGEM配備了火焰溫度高達300攝氏度的燃燒器。

電解制氫機的特點

基於電解原理的氫氣發生器通常以容器形式生產。購買這種加熱設備的先決條件是提供以下文件：Rostekhnadzor 的許可、證書（符合 GOSTR 和衛生）。

電解發生器由以下元件組成：

• 一個單元，包括變壓器、整流器、接線盒和裝置、補水和除鹽單元；
• 單獨生產氫氣和氧氣的裝置 - 電解槽；
• 氣體分析系統；
• 液體冷卻系統；
• 旨在檢測可能的氫氣洩漏的系統；
• 控制面板和自動控制系統。

為了實現最有效的導電過程，使用了鹼液滴。裝有它的水箱會根據需要進行補充，但最常見的情況是每年大約發生 1 次。
任何工業類型的電解發電機都是根據歐洲環境和安全標準生產的。

經實驗證明，購買氫電解發生器比常規購買燃氣更有利可圖。因此，從氫氣和氧氣中生產 1 立方米的氣體，只需要大約 3.5 千瓦的電能，以及半升的軟化水。

電解制氫機的特點

基於電解原理的氫氣發生器通常以容器形式生產。購買這種加熱設備的先決條件是提供以下文件：Rostekhnadzor 的許可、證書（符合 GOSTR 和衛生）。

電解發生器由以下元件組成：

• 一個單元，包括變壓器、整流器、接線盒和裝置、補水和除鹽單元；
• 單獨生產氫氣和氧氣的裝置 - 電解槽；
• 氣體分析系統；
• 液體冷卻系統；
• 旨在檢測可能的氫氣洩漏的系統；
• 控制面板和自動控制系統。

為了實現最有效的導電過程，使用了鹼液滴。裝有它的水箱會根據需要進行補充，但最常見的情況是每年大約發生 1 次。任何工業類型的電解發電機都是根據歐洲環境和安全標準生產的。

經實驗證明，購買氫電解發生器比常規購買燃氣更有利可圖。因此，從氫氣和氧氣中生產 1 立方米的氣體，只需要大約 3.5 千瓦的電能，以及半升的軟化水。

實施到現有系統

建造新的供暖系統是一個昂貴且耗時的過程。小型建築購置氫氣發生器的投資回收期較長，因此此類裝置往往是獨立組裝的。

添加帶有發電機的現有加熱電路需要空間擴展。需要提前看好設備的安裝地點。

舊鍋爐可以適應氫氣工作：新的燃燒器放置在爐子中。該系統配有必要的儀器來控制參數和尋找氣體洩漏。

升級後的系統還需要使用催化劑。翻新舊系統比完全更換設備要便宜得多。

如果主單元 - 鍋爐適合與氫氣發生器一起工作，則建議進行現代化改造。

自己建造氫氣發生器可以節省相當多的錢。

所有自製設備以及從製造商處購買的設備都必須由專家檢查。不允許安裝有故障的設備。

氫鍋爐是最經濟的取暖方式的神話

您經常可以聽到氫鍋爐是為私人住宅供暖最經濟的方式。通常，為了證明這一論點的合理性，參考了氫氣的高熱值——比天然氣高 3 倍以上。由此得出一個簡單的結論——用氫氣加熱房子比用天然氣加熱更有利可圖。

有時，作為氫鍋爐有效性的論據，給出了所謂的“棕色氣體”或氫和氧原子的混合物（HHO），它在燃燒過程中釋放出更多的熱量，而“高級鍋爐”則在其上操作。在此之後，效率的理由就結束了，給外行人的想像力留下了機會，以“幾乎沒有加熱”的一般名稱畫出美麗的圖畫。試想一下 - 氫氣燃燒“更溫暖”並且是從幾乎免費的水中獲得的，這是一個真正的好處！

越來越多的氫動力汽車作為傳統汽車的替代品的消息也激發了人們的想像力。說，如果汽車“駕駛”氫，那麼氫鍋爐是一件非常值得的事情。

但實際上，事情要復雜一些。如果純氫是自然界中很容易獲得的元素，那麼一切都會如此，或者幾乎如此，它會如此。但事實是，地球上並不存在純氫——僅以結合形式存在，例如以水的形式存在。因此，在實踐中，必須首先從某個地方獲得氫氣，此外，還要藉助耗能的化學反應。

DIY製造

因此，決定製造水力爐後，首先要做的是確定未來加熱器的主要設計。

使用這種方法，任何烤箱都可以轉換為經濟的選擇。

大多數情況下，這種加熱器已經可用，只需要對其進行修改。下面是工作流程圖：

1. 找一個裝水的容器，把它修好。
2. 做一個蒸籠。
3. 他們考慮了它的固定和加熱方法以獲得蒸汽。
4. 做一個過熱器。這通常是帶有均勻鋸孔的薄壁不銹鋼管。它用不銹鋼網包裹 - 該設備將用作噪音抑制器。
5. 考慮所有部件的連接和緊固方案。過熱器必須位於熔爐的爐排上，以便獲得良好的氧氣。許多人提出了額外的設備，以便它不會被灰燼堵塞並且氧氣供應是恆定的。
6. 檢查設備的效率和防火安全性。當爐子很熱時，煙囪中沒有煙霧表明操作正常。設備的所有橡膠、木製和塑料部件必須與結構的火和熱部件保持防火距離。

此視頻中有關水上爐子的更多詳細信息：

安裝這種設計可以節省很多錢。此外，作為燃料，爐內的水可減少燃燒廢物對空氣的污染。即使是最簡單的改造爐子的方法也能帶來美妙的效果。

例如，一些夏季居民使用吹水器。也就是說，他們在火箱下方插入一個裝有水的金屬容器。由於蒸發和加熱，這種簡單的方法將普通的爐子變成了水爐，並使其性能提高了數倍。

主要結

1. 鍋爐。它是根據建築物的類型、面積和所需的安裝效率來選擇的。
2. 管道系統。家庭取暖最合理的是使用直徑為 1.25 英寸的管道。有必要遵守規則 - 每個後續分支的直徑必須小於前一個分支。因此，材料要求和安裝效率的計算應從允許的最小管徑開始。
3. 廢物的輸出 - 水蒸氣，不含雜質。
4. 刻錄機。要燃燒氫氣，需要超過 3000 度的溫度。

氫氣發生器的內部結構

自供電發電機

為了提高效率，應該購買帶有多個燃燒器的模塊化單元 - 這可以提高電解速度。燃燒器的類型和功率的選擇還要考慮到供熱場所的需求（面積、牆壁材料、氣候區域等）和發電機的最佳功率。

對於住宅建築，氫氣發生器的最高額定功率為 6 kW。

家用氫氣發生器

設備工作原理

外殼本身俱有連接電源的端子，並且有一個用於排出氣體的套筒。

該裝置的操作可以描述如下：電流通過具有不同場（一個有陽極，另一個有陰極）的板之間的蒸餾水，將其分成氧氣和氫氣。

根據板的面積，電流有其強度，如果面積大，那麼大量的電流通過水並釋放更多的氣體。板連接方案是交替的，先加，後減，以此類推。

電極推薦使用不銹鋼製成，在電解過程中不會與水發生反應。主要是找到優質不銹鋼。最好使電極之間的距離小，但這樣氣泡在它們之間很容易移動。緊固件最好由適當的金屬作為電極製成。

考慮到：
由於製造技術與氣體有關，為了避免形成火花，必須使所有零件緊密配合。在所考慮的實施例中，該裝置包括 16 個板，它們彼此位於 1 mm 以內

由於板具有相當大的表面積和厚度，因此可以通過這種設備傳遞高電流，但金屬不會變熱。如果你在空氣中測量電極的電容，那麼它將是 1nF，這組在自來水中使用高達 25A 的電流。

要用自己的雙手收集氫氣發生器，您可以使用食品容器，因為它的塑料是耐熱的。然後，您需要將電極降低到容器中，以使用密封絕緣連接器、蓋子和其他連接來收集氣體。

如果您使用金屬容器，那麼為了避免短路，將電極連接到塑料上。在銅和黃銅配件的兩側，安裝兩個連接器（配件 - 安裝，組裝）以提取氣體。觸點連接器和配件必須使用矽酮密封劑牢固固定。

如何用自己的雙手製作氫氣加熱

任何有能力使用金屬的大師都可以用自己的雙手加熱氫氣。

要形成設備，您將需要以下一組材料：

• 參數為 50x50 厘米的不銹鋼板；
• 螺栓 6x150，配備墊圈和螺母；
• 流通式過濾器元件 - 適用於舊洗衣機；
• 例如，距離水位 10 m 長的透明空心管；
• 一個普通的 1.5 升塑料食品容器，帶有堅固的密封蓋；
• 一套孔徑為8毫米的人字形配件；
• 切割磨床；
• 鑽頭;
• 矽酮密封膠。

製造氫氣爐，鋼03X16H1是合適的，你可以用鹼性溶液代替水，這將為電流的通過創造一個侵蝕性的環境，同時延長鋼板的使用壽命。

如何自己用氫氣做家庭取暖：

1. 將金屬片放在平板上，切成 16 等份。為未來的燃燒器獲得矩形。現在切掉所有 16 個矩形的一個角 - 這對於隨後的零件連接是必要的。
2. 在每個元件的反面，為螺栓鑽一個孔。在所有 16 個薄片中，8 個將是陽極，8 個將是陰極。電流通過不同極性的部件需要陽極和陰極，這樣可以確保鹼或餾出物分解成氫氣和氧氣。
3. 現在將盤子放入塑料容器中，考慮極性，交替正負。透明管將用作板的絕緣體，必須將其切成環，然後切成 1 毫米厚的條。

1. 金屬板以這種方式用墊圈相互固定 - 首先將墊圈放在螺栓腿上，然後放上金屬板。在盤子之後，您需要在螺栓上放 3 個墊圈，然後再盤子。這樣，8個極板掛在陽極上，8個極板掛在陰極上。

現在你需要找出食物容器中螺栓的停止點，在這個地方鑽一個孔。如果容器中不包含螺栓，則將螺栓腿切割成所需的長度。之後，將螺栓擰入孔中，將墊圈放在腿上並用螺母夾緊結構以緊固。為容器蓋配備一個用於安裝的孔，將元件插入孔中，並在接頭區域塗上密封劑以確保密封性。現在吹出配件。如果空氣通過蓋子逸出，那麼您將不得不在整個周邊密封蓋子。

通過將任何電流源連接到水箱中來測試發電機。將軟管放在配件上，其第二端浸入容器中。如果液體中有氣泡，則說明電路工作，如果沒有，則需要檢查當前電源。碰巧氣泡不會在水中形成，但它們肯定會出現在電解槽中。

為了提供所需量的熱能，有必要通過增加電解液中的電壓來增加氣體的產量和產量。將鹼倒入水中，例如 Krot 管道清潔劑中的氫氧化鈉。重新連接電源並檢查電解槽的容量。

最後一個階段是將燃燒器連接到加熱總管的管道。它可以是溫暖的地板，底座佈線。接縫處用矽膠密封，設備方可投入使用。

自己製作發電機

在互聯網上，您可以找到很多關於如何製作氫氣發生器的說明。應該注意的是，很有可能用自己的雙手為房子組裝這樣的裝置 - 設計非常簡單。

用於私人住宅供暖的自製氫氣發生器組件

但是你將如何處理產生的氫氣？再次注意這種燃料在空氣中的燃燒溫度。它是 2800-3000°С

考慮到金屬和其他固體材料會通過燃燒氫氣來切割，很明顯，在帶有水套的傳統氣體、液體燃料或固體燃料鍋爐中安裝燃燒器是行不通的——它只會燒壞。

論壇上的工匠建議用耐火磚從內部佈置火箱。但是即使是這種最好的材料的熔化溫度也不超過1600°C，這樣的爐子不會持續很長時間。第二種選擇是使用特殊的燃燒器，它能夠將割炬的溫度降低到可接受的值。因此，在你找到這樣的燃燒器之前，你不應該開始安裝自製的氫氣發生器。

組裝和操作發電機的技巧

解決了鍋爐的問題後，選擇適當的方案和說明如何製作用於加熱私人住宅的氫氣發生器。

自製設備只有在以下情況下才會有效:

• 足夠的板電極表面積；
• 正確選擇製造電極的材料；
• 高品質電解液。

產生足夠量的氫氣來加熱房屋的裝置應該是什麼尺寸，您必須“通過眼睛”確定（根據其他人的經驗），或者從組裝一個小型裝置開始。第二種選擇更實用 - 它可以讓您了解是否值得花費金錢和時間來安裝成熟的發電機。

稀有金屬理想地用作電極，但這對於家庭單位來說太貴了。建議選擇不銹鋼板，最好是鐵磁性的。

氫氣發生器設計

對水質有一定的要求。不應含有機械雜質和重金屬。發生器在蒸餾水上盡可能高效地工作，但為了降低建造成本，您可以限制自己使用過濾器來淨化水中不必要的雜質。為了使電反應更強烈地進行，將氫氧化鈉以每 10 升水 1 湯匙的比例添加到水中。