ドイツの水素戦略
水素エネルギーへの道筋は、2020年6月10日に発表されたドイツの水素エネルギー開発のための国家戦略によって最終的に決定されました。この国の長期的な目標は、CO2排出量を削減して気候に中立な経済を構築することです。2 1990年レベルの95％。そして、輸送だけでなく、石油化学産業との冶金学も転送される水素は、このプロセスの中心的な役割を果たします。
ドイツは、2023年までに水素エネルギーの開発に100億ユーロ以上を割り当てます。「市場投入」（つまり、枠組み条件の作成と国内需要の刺激）に70億ユーロ、国際協力に20億ユーロ、さらに10億ユーロを割り当てます。将来的に世界一の輸出国になるために水素技術を導入する必要がある産業のニーズのために。
同時に、ドイツ政府は、再生可能エネルギー源である太陽と風から得られた電力を使用して生産された「グリーン水素」のみを環境に優しいものとして認識しています。その量を増やすために、ドイツは北とバルト海沿岸で追加の風力発電能力を必要とするでしょう。時間の経過とともに、「緑の水素」は「灰色」、「青」、「ターコイズ」に置き換わるはずです。つまり、COの放出によって得られます。2 天然ガスやメタンなどの化石源から大気中に放出されます。
確かに、この戦略は、ドイツがそれ自体で水素のニーズを満たすことができず、「グリーン水素」の生産のために電力または原料のいずれかを輸入しなければならないことを認識しています。また、国際協力の発展に割り当てられた20億ユーロは、主に、一年中太陽が輝く北アフリカとモロッコでの「グリーン水素」の生産のための太陽エネルギーパイロットプロジェクトに充てられます。
新エネルギー産業におけるロシア企業の役割
ただし、パイロットプロジェクトに適しているのは北アフリカだけではありません。 2019年11月にサンクトペテルブルクで開始された水素トラムプロジェクトが示すように、現代のロシアの都市は水素技術のショールームとして最適です。このような鮮やかなイノベーションの例は、ロシア経済だけでなく、欧州連合との長期的な協力にもプラスのイメージ効果をもたらします。
この協力の可能性は、今日ドイツの水素戦略とともに発表されているロシア連邦のエネルギー戦略に部分的に反映されています。この文書では、水素は輸出の可能性が高い燃料として指定されています。 2024年までにロシアの水素輸出は20万トンに達し、2035年までに200万トンに成長するはずです。エネルギー省の計画によれば、ロシアは世界の水素市場の最大16％を占めるはずです。
国の発展と繁栄のレベルがエネルギー資源の輸出に直接依存しているパラダイムでは、水素への賭けは完全に正当化されます。この技術は、輸出の全体的なバランスにおいて追加の開発ドライバーになる可能性があります。しかし、これらの野心的な計画を実現するためには、ロシア企業は水素エネルギーを今すぐ開発し、ビジネスモデルを迅速に見直す必要があります。ドイツ人が目指す「エネルギー転換」は必然的に石油製品の需要の減少につながり、近い将来、天然ガス。
水素発生器を独自に作成することは可能ですか？
このようなプロセスは、技術と化学の複雑さを知る必要があるだけでなく、安全規則を適切に遵守する必要があるため、リスクを冒さない方がよいでしょう。ただし、機器を自分で設置することは可能です。これを行うには、指示に従い、アマチュアのパフォーマンスを許可しないで十分です。
家の暖房は、人に快適な生活を提供するだけでなく、環境の生態学的な清潔さも提供する必要があります。これは、水素の燃焼後、有害な化合物が形成されないという事実によって達成されます。
西欧諸国では、水素発生器による加熱が広く受け入れられ、経済的に正当化されています。同様の方法がロシアに定着すれば、最小限の資源コストで暖房効率が大幅に向上します。
暖房ボイラーの燃料としての水素の見通し
- 水素は宇宙で最も一般的な「燃料」であり、地球上で10番目に一般的な化学元素です。簡単に言えば、燃料の備蓄に問題はありません。
- このガスは人、動物、植物に害を及ぼすことはありません-毒性はありません。
- 水素ボイラーの「排気」は完全に無害です。このガスの燃焼生成物は普通の水です。
- 水素の燃焼温度は摂氏6000度に達し、このタイプの燃料の高い熱容量を示しています。
- 水素は空気の14倍軽いです。つまり、漏れが発生した場合、燃料の「排出」はボイラーハウスから非常に短時間で蒸発します。
- 1キログラムの水素のコストは2〜7米ドルです。この場合、ガス状水素の密度は0.008987 kg/m3です。
- 水素1立方メートルの発熱量は13,000kJです。天然ガスのエネルギー強度は3倍ですが、燃料としての水素のコストは10分の1です。結果として、水素による民家の代替暖房は、天然ガスを使用する慣行以上の費用はかかりません。同時に、水素ボイラーの所有者は、ガス会社の所有者の食欲にお金を払って高価なガスパイプラインを建設する必要がなく、あらゆる種類の「プロジェクト」を調整するための非常に官僚的な手続きを経る必要があります。 「許可」。
要するに、燃料としての水素は、ロケットを「燃料補給」するために水素を使用する航空宇宙産業によってすでに評価されている最も明るい見通しを持っています。
現代の開発-水素暖房ボイラー
水素暖房ボイラーはどのように機能しますか
従来のガスボイラーと同じように：
- 燃料はバーナーに供給されます。
- バーナートーチは熱交換器を加熱します。
- 熱交換器に注がれたクーラントは、バッテリーに運ばれます。
燃料を生産するための主要なガスパイプラインまたは液化燃料を備えたタンクの代わりに、水素発生器という特別な設備を使用する必要があります。
さらに、最も一般的なタイプの家庭用発電機は、水を水素と酸素に分解する電解プラントです。水素で加熱するために発電機によって生成される燃料のコストは、1キログラムあたり6〜7ドルに達します。同時に、1立方メートルの可燃性ガスを生成するには、水と1.2kWの電力が必要です。
しかし、この場合、燃焼生成物の除去にかかる費用を節約できます。結局のところ、酸素と空気の混合物を燃焼させる過程では、水蒸気だけが放出されます。したがって、そのようなボイラーは「本物の」煙突を必要としません。
水素ボイラーの利点
- 水素はボイラーを「燃焼」させることができます。つまり、前世紀の80年代に購入された古い「ソビエト」ユニットでさえ、絶対にすべてです。これを行うには、炉内に新しいバーナーと花崗岩または耐火粘土の石が必要になります。これにより、熱慣性が増加し、ボイラーの過熱の影響が平準化されます。
- 水素ボイラーは熱出力を増加させました。水素で10〜12 kWの標準的なガスボイラーは、最大30〜40キロワットの火力を「放出」します。
- 水素で加熱する場合、概して、バーナーのみが必要です。したがって、固形燃料ボイラーでも、バーナーを炉に設置することで「水素下」に変換することができます。
- 燃料を得るためのベースである水は、水道の蛇口から取り外すことができます。水素を製造するための理想的な半製品は、水酸化ナトリウムと混合された蒸留水ですが。
水素ボイラーの短所
- 工業用タイプの水素ボイラーとガス発生器の小さな範囲。ほとんどの売り手は、疑わしい認証を持つ「自家製」製品を提供しています。
- 工業用モデルの高価格。
- 燃料の爆発的な「特性」-酸素との混合物（2：5の比率）では、水素は爆発性ガスに変わります。
- ガス発生設備の高騒音レベル。
- 高い火炎温度-摂氏3200度までで、キッチンストーブの燃料として水素を使用することは困難です（特別な仕切りが必要です）。ただし、イタリアでgiacominiによって製造された水素加熱ボイラーであるH2ydroGEMには、最高300℃の火炎温度のバーナーが装備されています。
電解水素発生器の特徴
電気分解の原理に基づく水素発生器は、ほとんどの場合、コンテナバージョンで製造されます。暖房用のこのような装置を購入するための前提条件は、次の文書の存在です：Rostekhnadzorからの許可、証明書（GOSTRおよび衛生への準拠）。
電解発生器は、次の要素で構成されています。
- 変圧器、整流器、ジャンクションボックスおよびデバイス、水を補充および脱塩するためのブロックを含むブロック。
- 水素と酸素を別々に製造するための装置-電解槽;
- ガス分析システム;
- 液体冷却システム;
- 水素漏れの可能性を検出することを目的としたシステム。
- コントロールパネルと自動制御システム。
電気伝導性の最も効率的なプロセスを達成するために、灰汁滴が使用されます。タンクは必要に応じて補充されますが、ほとんどの場合、これは1年に約1回行われます。
工業用タイプの電解発電機はすべて、ヨーロッパの環境および安全基準に基づいて製造されています。
水素電解発電機の購入は、通常のガスの購入よりもはるかに有益であることが実験的に証明されています。したがって、水素と酸素から1立方メートルのガスを生成するには、約3.5 kWの電気エネルギーと、0.5リットルの脱塩水が必要です。
電解水素発生器の特徴
電気分解の原理に基づく水素発生器は、ほとんどの場合、コンテナバージョンで製造されます。暖房用のこのような装置を購入するための前提条件は、次の文書の存在です：Rostekhnadzorからの許可、証明書（GOSTRおよび衛生への準拠）。
電解発生器は、次の要素で構成されています。
- 変圧器、整流器、ジャンクションボックスおよびデバイス、水を補充および脱塩するためのブロックを含むブロック。
- 水素と酸素を別々に製造するための装置-電解槽;
- ガス分析システム;
- 液体冷却システム;
- 水素漏れの可能性を検出することを目的としたシステム。
- コントロールパネルと自動制御システム。
電気伝導性の最も効率的なプロセスを達成するために、灰汁滴が使用されます。タンクは必要に応じて補充されますが、ほとんどの場合、これは1年に約1回行われます。工業用タイプの電解発電機はすべて、ヨーロッパの環境および安全基準に基づいて製造されています。
水素電解発電機の購入は、通常のガスの購入よりもはるかに有益であることが実験的に証明されています。したがって、水素と酸素から1立方メートルのガスを生成するには、約3.5 kWの電気エネルギーと、0.5リットルの脱塩水が必要です。
既存のシステムへの実装
新しい暖房システムの構築は、費用と時間のかかるプロセスです。小さな建物用の水素発生器の購入は投資回収期間が長いため、そのような装置は独立して組み立てられることがよくあります。
発電機を備えた既存の加熱回路を追加するには、スペースを拡張する必要があります。事前に機器の設置場所をお手入れする必要があります。
古いボイラーは水素ガスで動作するように適合させることができます：新しいバーナーが炉に配置されます。システムには、パラメータを制御し、ガス漏れを検索するために必要な機器が追加されています。
アップグレードされたシステムでも、触媒を使用する必要があります。古いシステムの改修は、機器を完全に交換するよりもはるかに安価です。
本体-ボイラーが水素発生器で動作するように適応するのに適している場合は、近代化をお勧めします。
水素発生器を独自に構築することで、かなりの量を節約できます。
すべての自家製デバイス、およびメーカーから購入したデバイスは、専門家によるチェックが必要です。障害のあるデバイスのインストールは許可されていません。
水素ボイラーが家を暖める最も経済的な方法であるという神話
水素ボイラーが民家を暖房する最も経済的な方法であるとよく耳にします。通常、この論文を正当化するために、水素の高発熱量（天然ガスの3倍以上）が参照されます。これから簡単な結論が導き出されます-ガスよりも水素で家を暖める方が有益です。
水素ボイラーの有効性の議論として、燃焼中にさらに多くの熱を放出し、「高度なボイラー」と呼ばれる、いわゆる「ブラウンガス」または水素と酸素原子の混合物（HHO）が与えられることがあります。動作します。この後、効率の正当化は単に終わり、素人の想像力が「ほとんど何の役にも立たない」という一般名で美しい絵を描く機会を残します。考えてみてください。水素は「より暖かく」燃焼し、実質的に自由な水から得られます。これは本当のメリットです。
想像力はまた、従来の車両に代わるものとして、水素を動力源とする車両の増加し続ける艦隊のニュースによって活気づけられています。たとえば、車が水素で「運転」する場合、水素ボイラーは本当に価値のあるものです。
しかし実際には、物事はもう少し複雑です。純粋な水素が自然界で容易に入手できる元素であるとすれば、すべてがそうなるか、ほとんどそうなるでしょう。しかし、実際には、純粋な水素は地球上では発生しません。たとえば、水の形など、結合した形でのみ発生します。したがって、実際には、水素は、エネルギーを消費する化学反応の助けを借りて、最初にどこかから取得する必要があります。
DIY製造
それで、水力ストーブを作ることに決めたので、最初にすることは将来のヒーターの主な設計を決定することです。
この方法を使用すると、どのオーブンも経済的なオプションに変換できます。
ほとんどの場合、そのようなヒーターはすでに存在しており、変更する必要があります。ワークフロー図は次のとおりです。
- 水用の容器を見つけて修理します。
- 蒸し器を作ります。
- 彼らは蒸気を得るためにその固定と加熱の方法について考えます。
- 過熱器を作ります。これは通常、均等に鋸で挽かれた穴のある薄壁のステンレス鋼管です。それはステンレス鋼のメッシュで包まれています-このデバイスはノイズサプレッサーとして機能します。
- すべての部品の接続と固定のスキームを考えてください。過熱器は、酸素へのアクセスを良好にするために、炉の火格子上に配置する必要があります。多くの人は、灰で詰まらず、酸素供給が一定になるように、追加の装置を考え出します。
- デバイスの効率と防火性を確認してください。ストーブが高温のときに煙突から煙が出ないことは、適切に動作していることを示しています。デバイスのすべてのゴム、木製、およびプラスチックの部品は、構造の火災および高温の部品から耐火距離にある必要があります。
このビデオの水上のストーブについての詳細：
このデザインをインストールすると、多くのお金を節約できます。さらに、燃料として、炉内の水は燃焼廃棄物による大気汚染を減らします。ストーブを変更する最も簡単な方法でさえ、素晴らしい結果につながる可能性があります。
たとえば、夏の住民の中には送風機を使う人もいます。つまり、火室の下に水が入った金属製の容器を挿入します。蒸発と加熱の結果、このような簡単な方法は、通常のストーブを水ストーブに変え、その性能を何倍にも向上させます。
主な結び目
- ボイラー。これは、建物のタイプ、面積、および設置に必要な効率に基づいて選択されます。
- パイプシステム。家庭用暖房の最も合理的な方法は、直径1.25インチのパイプを使用することです。ルールに従う必要があります-後続の各ブランチは、前のブランチよりも小さい直径を持っている必要があります。したがって、材料要件と設置効率の計算は、最小許容パイプ直径から開始する必要があります。
- 廃棄物の排出量-不純物のない水蒸気。
- バーナー。水素を燃焼させるには、3000度以上の温度が必要です。
水素発生器の内部構造
自家発電機
効率を上げるには、複数のバーナーを備えたモジュラーユニットを購入する必要があります。これは電気分解の速度の向上です。バーナーのタイプと電力も、熱供給のための施設のニーズ（面積、壁の材質、気候地域など）と発電機の最適な電力を考慮して選択されます。
住宅の場合、水素発電機の最高電力定格は6kWです。
家庭用水素発生器
デバイスの仕組み
ケース自体には電源を接続する端子があり、ガスを排出するスリーブがあります。
デバイスの動作は次のように説明できます。異なるフィールド（一方にはアノードがあり、もう一方にはカソードがあります）のプレート間で蒸留水に電流を流し、酸素と水素に分割します。
プレートの面積に応じて、電流はその強さを持っています、面積が大きい場合、多くの電流が水を通過し、より多くのガスが放出されます。プレート接続方式は、最初にプラス、次にマイナスというように交互に行われます。
電極は、電気分解中に水と反応しないステンレス鋼で作ることをお勧めします。主なものは、高品質のステンレス鋼を見つけることです。電極間の距離を小さくすることをお勧めしますが、気泡が電極間を移動しやすいようにします。留め具は、電極として適切な金属から作るのが最適です。
考慮する：
製造技術はガスに関連しているため、火花の発生を防ぐために、すべての部品をぴったりと合わせる必要があります。考慮される実施形態では、デバイスは１６枚のプレートを含み、それらは１ｍｍ以内で互いに配置されている。
プレートの表面積と厚さがかなり大きいため、このようなデバイスに大電流を流すことは可能ですが、金属は加熱されません。空気中の電極の静電容量を測定すると、1nFになります。このセットは、水道水で最大25Aを使用します。
プラスチックは耐熱性があるので、自分の手で水素発生器を集めるには、食品容器を使うことができます。次に、密閉されたコネクタ、蓋、その他の接続を備えたコンテナにガス収集電極を下げる必要があります。
金属製の容器を使用する場合は、短絡を避けるために、電極はプラスチックに取り付けられています。銅製と真ちゅう製のフィッティングの両側に、ガスを抽出するための2つのコネクタが取り付けられています（フィッティング-マウント、組み立て）。コンタクトコネクタとフィッティングは、シリコンシーラントを使用してしっかりと固定する必要があります。
自分の手で水素加熱する方法
金属を扱う能力を持っているマスターなら誰でも、自分の手で水素を加熱することができます。
デバイスを形成するには、次の一連の資料が必要です。
- パラメータ50x50cmのステンレス鋼板;
- ボルト6x150、ワッシャーとナットを装備。
- フロースルーフィルターエレメント-古い洗濯機から便利です。
- たとえば、水位から10mの長さの透明な中空管。
- 強力な密閉蓋付きの通常の1.5リットルのプラスチック製食品容器。
- 穴の直径が8mmのヘリンボーンフィッティングのセット。
- 切断用グラインダー;
- ドリル;
- シリコーンシーリング材。
水素炉を作るには、鋼03X16H1が適しています。水の代わりにアルカリ性溶液を使用すると、鋼板の寿命を延ばしながら、電流が流れるための攻撃的な環境を作り出すことができます。
自分で水素を使って家庭用暖房を作る方法：
- 金属シートを平らなテーブルに置き、16等分にカットします。長方形は、将来のバーナー用に取得されます。次に、16個の長方形すべての1つの角を切り取ります。これは、その後のパーツの接続に必要です。
- 各要素の裏側に、ボルト用の穴を開けます。 16枚すべてのシートのうち、8枚がアノード、8枚がカソードになります。アノードとカソードは、極性の異なる部品に電流を流すために必要です。これにより、アルカリまたは留出物が水素と酸素に分解されます。
- 次に、極性を考慮して、プラスとマイナスを交互に、プレートをプラスチック容器に入れます。透明なチューブはプレートの絶縁体として機能します。プレートはリングにカットしてから、厚さ1mmのストリップにカットする必要があります。
- 金属板はこのようにワッシャーで固定されています。最初にワッシャーをボルトの脚に取り付け、次にプレートを取り付けます。プレートの後、ボルトに3つのワッシャーを配置し、次にプレートを再度配置する必要があります。このようにして、8枚のプレートがアノードに、8枚のプレートがカソードに掛けられます。
次に、食品容器のボルトの停止点を見つけ、この場所に穴を開ける必要があります。ボルトがコンテナに含まれていない場合は、ボルトの脚が希望の長さにカットされます。その後、ボルトを穴にねじ込み、ワッシャーを脚に取り付け、構造物をナットで固定して締めます。容器の蓋にフィッティング用の穴を設け、エレメントを穴に挿入し、しっかりと締めるために、接合部をシーラントでコーティングします。次に、フィッティングを吹き飛ばします。そして、空気がふたを通って逃げるならば、あなたは全周のまわりでふたを密封しなければならないでしょう。
発電機は、電流源を接続してタンクに水を充填することによってテストされます。ホースをフィッティングに取り付け、その2番目の端をコンテナに浸します。液体中に気泡が発生する場合は、回路が機能しています。そうでない場合は、現在の供給電力を確認する必要があります。気泡が水中に形成されないことが起こりますが、それらは確かに電解槽に現れます。
必要な量の熱エネルギーを供給するためには、電解液の電圧を上げてガスの生成と出力を増やす必要があります。アルカリを水に注ぎます。たとえば、Krotパイプクリーナーにある水酸化ナトリウムです。電源を再接続し、電解槽の容量を確認してください。
最後の段階は、バーナーを暖房本管のパイプラインに接続することです。暖かい床、台座の配線にすることができます。接合部はシリコンで密封する必要があり、機器を稼働させることができます。
自分で発電機を作る
インターネットでは、水素発生器の作り方に関する多くの指示を見つけることができます。自分の手で家のためにそのようなインスタレーションを組み立てることはかなり可能であることに注意する必要があります-デザインは非常にシンプルです。
民家で暖房するための日曜大工の水素発生器コンポーネント
しかし、結果として生じる水素をどうしますか？もう一度、空気中のこの燃料の燃焼温度に注意してください。それは2800-3000°Сです
金属などの固形物を水素を燃焼させて切断することを考えると、従来のガス、液体燃料、ウォータージャケット付きの固体燃料ボイラーにバーナーを設置しても機能せず、単に燃え尽きるだけであることが明らかになります。
フォーラムの職人は、耐火粘土のレンガを使って内側から耐火粘土を配置することを勧めています。しかし、このタイプの最高の材料の溶融温度でさえ1600°Cを超えないので、そのような炉は長持ちしません。 2番目のオプションは、トーチの温度を許容値まで下げることができる特別なバーナーを使用することです。したがって、そのようなバーナーを見つけるまでは、自家製の水素発生器の取り付けを開始しないでください。
発電機の組み立てと操作のヒント
ボイラーの問題を解決したら、適切なスキームと、民家を暖房するための水素発生器の作り方に関する指示を選択します。
自家製のデバイスは、次の場合にのみ有効になります:
- プレート電極の十分な表面積;
- 電極の製造のための材料の正しい選択;
- 高品質の電解液。
家を暖めるのに十分な量の水素を生成するユニットのサイズは、「目で」（他の人の経験に基づいて）決定するか、最初に小さな設備を組み立てることによって決定する必要があります。 2番目のオプションはより実用的です-それはあなたが本格的な発電機を設置することにお金と時間を費やす価値があるかどうかを理解することを可能にします。
希土類金属は電極として理想的に使用されますが、これは家庭用ユニットには高すぎます。できれば強磁性のステンレス鋼板を選択することをお勧めします。
水素発生器の設計
水質には一定の要件があります。機械的な不純物や重金属を含んではいけません。発電機は蒸留水で可能な限り効率的に動作しますが、建設コストを削減するために、不要な不純物から水を浄化するためのフィルターに制限することができます。電気反応をより集中的に進行させるために、水酸化ナトリウムを水10リットルあたり大さじ1の比率で水に加えます。
