Vse večje zanimanje je za vlogo, ki bi jo lahko imel vodik pri razogljičenju toplote. Vodik bi lahko uporabili v obstoječem sistemu zemeljskega plina bodisi z mešanjem z zemeljskim plinom bodisi s popolno pretvorbo plinskega sistema v vodik. To bi lahko znatno zmanjšalo emisije ogljika, če bi lahko razvili nizko porabo ogljikove metode za pridobivanje vodika in jih dostaviti v velikem obsegu.
Glavne možnosti vključujejo predelavo parnega metana (SMR) v kombinaciji z zaseganjem (zajemom in dolgotrajnim skladiščenjem) ogljika ali elektrolizo vode na osnovi obnovljivih virov. Ta študija bi morala razumeti, ali je sploh mogoče razviti gospodinjske plinske naprave, ki dosežejo potrebne zmogljivosti in varnost pri 100 % uporabi vodika.
Za dani dovodni tlak vodika in zemeljskega plina mora biti zagotovljen podoben pretok energije, ki se vbrizga skozi gorilnik in zgornji del na drugi strani. Vendar ima vodik večje območje vnetljivosti kot zemeljski plin in večji hitrost oziroma obseg plamena. Plinski gorilniki so zasnovani tako, da je hitrost plina, ki teče skozi odprtine gorilnika, večja od hitrosti plamena, da se lahko plameni uravnavajo na zunanjo stran odprtine. Z večjo hitrostjo plamena je vodik bolj nagnjen k povratnem udaru, ker se širi nazaj navzdol in zaradi večjega območja vnetljivosti to predstavlja tveganje za vžig katere koli mešanice plinov za gorilnikom.
Domače kuhalne plošče na zemeljski plin uporabljajo atmosferske gorilnike, ki delujejo tako, da vpihajo plin, običajno od spodaj, v sklop gorilnika (slika 1). Plinski curek zajema okoliški zrak pod gorilnikom, kar zagotavlja nekaj primarnega prezračevanja, preden zmes plina in zraka teče skozi luknje (odprtine) okoli gorilnika, kjer se vžge na zunanji strani.
Primarno prezračevanje, ki ga ustvari zagon plinskega curka, ne zadostuje za popolno zgorevanje in dodaten zrak (drugotni zrak) se naravno vleče v plamen, ko gori. Prehod na vodik pa zahteva odstranitev primarnega zračnega toka, pa tudi v vseh praznih prostorih, kjer bi se lahko gorljivi plini kopičili in se vžgali.
Naprave za prekinitev plamena, ki zaznajo, kdaj plin teče, plamena pa ni, običajno potrebujejo približno 30 sekund, da se odzovejo v napravah na zemeljski plin - za vodik pa je potreben bistveno hitrejši odzivni čas. Peči in kamini se po svoji geometriji nekoliko razlikujejo od kuhalnih plošč, vendar delujejo na podoben način, zato bodo potrebne podobne spremembe.
Sodobni ogrevalni kotli na utekočinjanje uporabljajo gorilnike za mešanje, da mehansko črpajo zemeljski plin in ga pred zgorevanjem mešajo v razmerju, kot je prikazano na sliki št. 2. Latentna toplota se zajema z utekočinjanjem vodne pare iz izpušnih plinov v toplotnem izmenjevalniku, zaradi česar mora biti sistem gorilnika (in plamen) obrnjen navzdol, tako da utekočinjena voda odteka stran od gorilnika.
Premešano gorenje verjetno ne bo združljivo z vodikom, saj bo težko zaščititi prostornino gorljive mešanice plinov za površino gorilnika pred svetlobo. Ena od možnosti je vnos zraka v plin ali morda celo oba plina hkrati transportirati neposredno na površino gorilnika. V nasprotju z drugimi napravami kotli uporabljajo ionizacijske senzorje za zaznavanje slabega zgorevanja s prisotnostjo ogljikovodikov v izpuhu.
Ti ogljikovodiki se ne pojavijo pri sežiganju vodika pri ogrevanju kotlov za gospodinjstvo. Tam bo treba razviti nadomestne senzorje, morda za uporabo ultravijoličnih (UV) ali infrardečih (IR) senzorjev, ki se pogosto uporabljajo v drugih dejavnostih.
Obstajajo še številni inženirski izzivi, ki jih bo treba obravnavati
Vodik bo verjetno gorel z visoko toploto, kot zemeljski plin, kar vpliva na učinkovitost delovanja in emisij dušikovih oksidov (NOx). Znano je, da je NOx glavno onesnaževalo zraka in je zlasti za kotle reguliran z »Direktivo o energentih (ErP)«. Tvorba NOx je odvisna od številnih dejavnikov, vključno s temperaturo, velikostjo in obliko plamena ter časom zadrževanja zračnega toka okoli plamenov.
Vodik proizvede 60 % več vodne pare za enako količino dobavljene energije kot zemeljski plin. To bo povzročilo več utekočinjenja v kotlih in lahko vpliva na vretje vode v peči, kar je lahko celo koristno.
Zemeljski plin gori z značilnim modrim plamenom, medtem ko vodik gori z zelo bledo modrim plamenom, ki je komaj viden pri dnevni svetlobi.
To bi lahko predstavljalo tako varnostne kot estetske izzive za kuhalne plošče in požare, kjer plamen ni zaščiten.
Vodik je v primerjavi z zemeljskim plinom bolj nagnjen k uhajanju, čeprav je bistveno bolj zaščiten, zato se morebitno puščanje hitreje razprši. V vodiku bo treba dodati ustrezne vonjave, ki bodo združljive s katerim koli plamenskim barvilom.
Sodelovanje z domačimi proizvajalci plinskih naprav nakazuje, da bi lahko nove naprave uporabljale 100-odstotni vodik. Z zasnovo z mislijo na vodik že od samega začetka proizvajalci ne vidijo razloga, zakaj ne bi mogli ponuditi podobne zmogljivosti, življenjske dobe in zanesljivosti kot sedanje naprave na zemeljski plin. Možna je prilagoditev obstoječih naprav (podobno kot pri pretvorbi mestnega plina v sedemdesetih letih), čeprav bo verjetno prišlo do kompromisov pri delovanju, saj preostali sestavni deli ne bodo optimizirani za višje temperature.
Razvoj naprav z dvojnim gorivom, ki jih mogoče zlahka preklapljati med vrstami plina, bi lahko bistveno zmanjšala obremenitev pri preklopu, čeprav bi verjetno morali podvojiti nekatere komponente, kar bi povzročilo večje velikosti in večje proizvodne stroške. V okviru prehoda en sam prehod na plin so lahko naprave, pripravljene na vodik, privlačna sredina.
Strokovnjaki iščejo več načinov o izvedljivosti vodika za domačo uporabo. Poleg te študije je bil naročen tudi program Hy4Heat za razvoj prve generacije gospodinjskih aparatov za vodik in preučitev varnostnih primerov za uporabo vodika v spodnjem delu merilnika, da bi se pripravil na morebitno poskusno uporabo.
I.K.
