Ogrzewanie wodorem

Sporo ludzi ostatnio szuka w internecie informacji na temat ogrzewania wodorem. Zupełnie nie mogę tego zrozumieć, bo temat to mrzonka. Za chwilę Wam to udowodnię.

Od kilku lat jestem przeciwnikiem traktowania wodoru jako paliwa przyszłości i opisałem to kiedyś na DrewnoZamiastBenzyny.pl. Uważam, że jego zastosowanie zawsze pozostanie niszowe i przynajmniej w najbliższym czasie będziemy mieli lepsze paliwa do napędu samochodów. Wynika to z kilku czynników:

  • wodór nie jest paliwem jako takim, bo wodoru nie da się wykopać spod ziemi czy wytłoczyć z nasion rzepaku,
  • wodór w postaci gazowej ma bardzo małą gęstość, przez co w 1 m³ wodoru przy ciśnieniu atmosferycznym mieści się mniej energii, niż  w 1 m³ tlenku węgla, czy 1/3 m³ metanu (gazu ziemnego),
  • w postaci ciekłej wodór zajmuje już mniej miejsca, ale trzeba go przechowywać w warunkach kriogenicznych (to nie propan-butan),
  • z racji na bardzo małą cząsteczkę, wodór przeciska się przez praktycznie wszystkie szczeliny, co powoduje uciekanie ze zbiorników ciśnieniowych.


I w tym momencie ktoś powinien mi przerwać, krzycząc głośno „ale jak to, nieuku! przecież wodór można w banalny sposób wytworzyć z wody! co miałeś z chemii w podstawówce?!”.

Tyle tylko, że taki argument mojego wywodu nie podważa.

Tak, wodór można wyprodukować łatwo. Powiedziałbym nawet, że bardzo łatwo. Wystarczy wziąć wodę, źródło prądu stałego, dwie elektrolizy i już. I już mamy wodór. Banalne, tanie, wystarczy podłączyć maszynkę do elektrolizy do kotła. Odrobinę trudności może sprawić zapewnienie odpowiedniego ciśnienia, w którym dostarczany będzie wodór, oraz wymiana palnika w kotle.

Niestety, z punktu widzenia efektywności energetycznej tego procesu, nie będzie on tani. Wręcz przeciwnie — zrobimy sobie w ten sposób w domu ogrzewanie elektryczne.

Aby wytworzyć wodór z wody, musimy zużyć prąd. Zużywany jest on do rozerwania wiązań łączących wodór i tlen w cząsteczkę wody. Później, spalając wodór w tlenie odzyskujemy energię pod postacią ciepła. Ale odzyskujemy ją właśnie dzięki temu, że z powrotem wytwarzają się te wiązania międzycząsteczkowe. Oznacza to, że odzyskujemy tylko tyle ciepła, ile wcześniej energii włożone zostało w wytworzenie wodoru.

W praktyce jest jeszcze gorzej. Sprawność elektrolizy jest rzędu znacznie niższa od 100%, co oznacza, że duża część energii elektrycznej zużywanej do elektrolizy jest marnowana. Aby wyprodukować 1 kg wodoru trzeba zużyć 50 kWh energii elektrycznej. A ile ciepła odzyskamy ze spalenia wodoru? To proste — jego wartość opałowa wynosi 121 MJ/kg, czyli 33,6 kWh. Czyli przy samej produkcji wodoru marnujemy mnóstwo energii elektrycznej.

Skoro zamieniamy prąd na palny gaz a później gaz na ciepło, to czy nie lepiej jest zamieniać prąd na ciepło bezpośrednio? Taka zamiana ma sprawność bliską 100%, bo przecież nie ma tu strat. A jeśli zamiast elektrycznego grzejnika zastosowalibyśmy pompę ciepła? Zamiast strat mielibyśmy jeszcze dodatkowy zysk i tanie ciepło…

Komentarze
  • hydroGEN napisał(a):

    zgadzam się, ale nie całkowicie. To chyba oczywiste, że nikt (normalny) nie będzie chciał wytwarzać masowo wodór przez elektrolizę wody – cały czas trwają prace na wykorzystaniu w tym celu, np. glonów. Ich efektywność nie będzie aż tak istotna, gdyż wkład w ich obsługę, czy odżywianie będzie znikomy… Poza tym już od 50 lat w NASA wykorzystuje sie ogniwa paliwowe oparte właśnie na wodorze charakteryzujące się dość wysoką wydajnością. A jeżeli chodzi o sam transport wodoru, zawsze można go związać do wodorków metali.

    a tak zupełnie gratis „wodór nie jest paliwem jako takim, bo wodoru nie da się wykopać spod ziemi czy wytłoczyć z nasion rzepaku,” owszem – ale jest natomiast najbardziej powszechnym pierwiastkiem we wszechświecie więc …. ostatecznie jest to paliwo przyszłości (tylko pytanie jak odległej :]).
    pozdrawiam

  • nobody napisał(a):

    Nie do końca zgodzę się, że wodór nie będzie paliwem przyszłości. Może być wszak wytwarzany na różne sposoby i w różnych miejscach. Przykładowo cytuję wypowiedź użytkownika AAA222 na forum samochodyelektryczne.org (http://www.samochodyelektryczne.org/forum/viewtopic.php?t=400):

    Według obliczeń ANL (Argonne National Laboratory – instytut badawczy US DOE) dla warunków USA sprawność well-to-pump, czyli energii dostarczonej do stacji ładowania/tankowania wynosi:
    – dla energii elektrycznej: 39,9 %,
    – dla wodoru sprężonego produkowanego z gazu ziemnego na stacji tankowania: 65,8 %,
    – dla wodoru ciekłego produkowanego z gazu ziemnego na stacji tankowania: 48,6 %,
    Według ANL sprawność produkcji wodoru w procesie elektrolizy wody na stacji tankowania w odniesieniu do zużytej energii elektrycznej wynosi:
    – dla wodoru sprężonego 67,2 %,
    – dla wodoru skroplonego 48,6 %.
    Tak więc, sprawność zamiany energii pierwotnej paliwa w energię mechaniczną pojazdu elektrycznego wynosi:
    1. Dla BEV: 0,399 x 0,85 x 0,9 = 0,305 = 30,5 %
    2. Dla FCEV zasilanego wodorem sprężonym produkowanym z gazu ziemnego na stacji tankowania: 0,658 x 0,5 x 0,9 = 0,296 = 29,6 %
    3. Dla FCEV zasilanego wodorem ciekłym produkowanym z gazu ziemnego na stacji tankowania: 0,486 x 0,5 x 0,9 = 0,219 = 21,9 %
    4. Dla FCEV zasilanego wodorem sprężonym produkowanym z elektrolizy na stacji tankowania: 0,339 x 0,672 x 0,5 x 0,9 = 0,121 = 12,1 %
    5. Dla FCEV zasilanego wodorem ciekłym produkowanym z elektrolizy na stacji tankowania: 0,399 x 0,486 x 0,5 x 0,9 = 0,087 = 8,7 %

    Dla porównania, sprawność well-to-pump dla benzyny z ropy wynosi obecnie około 83 %, dla oleju napędowego z ropy 84,5 %, co przy sprawności silnika spalinowego ~36 % dale nam sprawność zamiany energii paliwa pierwotnego (ropa) w energię mechaniczną pojazdu na poziomie: 29,9 – 30,4 %.

    Czyli sprawność dla wodoru sprężonego będzie trzykrotnie mniejsza niż obecnie dla silnika spalinowego, niemniej jednak wodór w drodze elektrolizy na stacji ładowania, podobnie jak jego sprężanie, może wykrzystywać energię OZE, zatem będzie to proces czystszy i w pełni odnawialny w stosunku do paliw kopalnych. Poza tym rozwiązania ida cały czas do przodu i wyrokowanie, że „wodór nie bedzie paliwem przyszłości” jest co najmniej ryzykowne. Osobiście nie mówię, że będzie, ale też nie twierdzę radykalnie, że nie.

    Co do ogrzewania – zgadzam się, że jest to bez sensu jeśli „ciągniemy” prąd z sieci globalnej. Jeśli produkujemy go sami, to taki proces może być niezłym akumulatorem energii.

    Pozdrawiam

    • mgr inż. Krzysztof Lis napisał(a):

      Zwróć uwagę, że tu mowa o wodorze produkowanym z metanu (gazu ziemnego), a zatem paliwem jest tu nie wodór, a gaz ziemny.

      A jeśli opieramy się na gazie ziemnym, to łatwiej go sprężyć, niż przerabiać na wodór. Sprężony gaz ziemny można użyć nie tylko jako paliwo do silnika spalinowego, bo nadaje się też do ogniw paliwowych.

  • Arek321 napisał(a):

    Zastanawiam się kom tak naprawdę zależało na publikowaniu takich wywodowi.
    Może tak autor tego artykułu przeliczy koszty zakupu baterii słonecznych .
    Następnie w warunkach Polski sprzedaży prądu do sieci .
    Oraz drugą opcje z wytworzonego prądu wyprodukować wodór ,a następnie go zużyć gdy słonce nie świeci zbyt intensywnie , i nie jest możliwe wytworzenie energii elektrycznej.

    • mgr inż. Krzysztof Lis napisał(a):

      Ogrzewać dom bateriami słonecznymi? Ciekawe rozwiązanie. 🙂

      Na pierwszy rzut oka wydaje się absurdalne. Na drugi — też. Na trzeci — jak uświadomić sobie, że grzanie wody prądem z baterii słonecznych jest porównywalne cenowo z grzaniem jej z użyciem kolektora próżniowego — już nie.

      Tylko że zimą nie ma w Polsce na tyle dużo energii słonecznej, by baterie słoneczne wytworzyły prąd dla domu, a co dopiero mówić o tym, by ten prąd jeszcze dodatkowo zużywać do ogrzewania.

      Technicznie oczywiście jest to wykonalne, ale jakim kosztem?

  • filip napisał(a):

    Drogi inżynierze Lisie krzysztofie,

    przecietna intstalacja prosumencka to 3kw na dachu lub obok domu. Zdarzają sie i 10 kilowatowe.
    Jedynym sposobem aby własciwie przechować zdobytą energie z kosztownej instalacji to produkcja wodoru i przechowanie na jesienne i zimowe dni. Sprzedaż kilowata za 15gr jest irytująca więc lepiej doinwestować system energetyczny domu o hydrogen generator ze sprężarką i sasobnikiem (koszt 4k$).
    Zawracanie kijem Wisły to polska specjalność, proszę nie iść tą drogą.
    Alternatywnie można zastosować moduł Sabatiera i produkować sonbie dodatkowo gaz metan.

    • mgr inż. Krzysztof Lis napisał(a):

      Drogi Filipie,

      a czy tych ludzi to ktoś zmusza do montowania tych paneli fotowoltaicznych, bo nie do końca rozumiem?

      • Kaszlak na kółkach napisał(a):

        a co z możliwością elektrolizy szamba ? Uzyskane gazy zmagazynować w butlach z wysokim ciśnieniem, i przy uwalnianiu ciśnienia z butli z wodorem i butli z tlenem jeszcze napędzić turbinę ? No i spalić w 100% czystym piecu gazowym tlen z wodorem uzyskując idealnie czystą wodę z odrobiną co2 ? No i osad na elektrodach też jest w końcu coś wart..

        Z przetopienia i oczyszczenia to się nawet elektroszrot robi coś wart.

        a wszystko z szeregu turbin polskiego patentu na szczycie spadzistego dachu ? Z ew. baterią solarów od południa ?

        Nie trzeba od razu energii sprzedawać za naście groszy..

  • Andrzej napisał(a):

    prosze zobaczyc na youtube M1 wind hydrogen station. stacja tankowania wodorem a prad prosto z zamontowanego tam wiatraka.

Dodaj komentarz