Magazynowanie wodoru

Magazynowanie wodoru

W normalnych warunkach wodór występuje w postaci gazowej, co sprawia, że ​​jego przechowywanie i transport są dość trudne. Istnieją trzy metody magazynowania wodoru: magazynowanie w gazie pod wysokim ciśnieniem, magazynowanie ciekłego wodoru w niskiej temperaturze i magazynowanie wodorków metali.

1. Magazynowanie gazów pod wysokim ciśnieniem

   Wodór gazowy można magazynować w obiektach podziemnych lub w butlach stalowych. Aby zmniejszyć objętość magazynu, wodór musi zostać sprężony, co wymaga znacznej ilości energii sprężania. Zazwyczaj wysokociśnieniowa butla stalowa wypełniona wodorem pod ciśnieniem 20 MPa stanowi jedynie 1,6% całkowitej masy, podczas gdy butle tytanowe używane do zastosowań kosmicznych przechowują jedynie 5% masy wodoru.

2. Magazynowanie ciekłego wodoru w niskiej temperaturze

   Gazowy wodór można schłodzić do -253°C do postaci ciekłej, a następnie przechowywać w izolowanych pojemnikach o wysokiej próżni. Technologia magazynowania ciekłego wodoru była początkowo stosowana w zastosowaniach lotniczych i kosmicznych i choć koszty magazynowania są wyższe, technologia bezpieczeństwa jest bardziej złożona. Badania skupiają się obecnie na wysoce izolowanych pojemnikach do przechowywania wodoru. Opracowano nowy typ pojemnika wypełnionego śródmiąższowymi porowatymi mikrosferami. Te mikrosfery krzemionkowe mają średnicę w zakresie od 30 do 150 mikrometrów, z pustymi środkami i ściankami o grubości około 1 do 5 mikrometrów. Niektóre z tych mikrosfer pokryte są aluminium, aby zminimalizować przewodność cieplną i całkowicie zahamować konwekcyjne przenoszenie ciepła pomiędzy cząsteczkami. Mieszanie niektórych mikrosfer pokrytych aluminium (zwykle około 3% do 5%) z mikrosferami niepowleczonymi skutecznie blokuje radiacyjne przenoszenie ciepła. Ten nowy typ pojemnika termoizolacyjnego, dzięki swoim wyjątkowym właściwościom izolacyjnym, przewyższa standardowe pojemniki izolowane wysokopróżniowo i jest uważany za idealny zbiornik do przechowywania ciekłego wodoru. NASA powszechnie przyjęła ten nowy typ pojemnika do przechowywania wodoru.

3. Magazynowanie wodorków metali

   Zachodzi odwracalna reakcja pomiędzy wodorem i wodorkami metali. Pod wpływem ciepła z zewnątrz wodorek metalu rozkłada się na uwodorniony metal i uwalnia gazowy wodór. I odwrotnie, gdy wodór i metal tworzą razem wodorek, wodór jest w nim magazynowany w postaci stałej. Wodorki metali stosowane do przechowywania wodoru to głównie stopy złożone z wielu pierwiastków. Na całym świecie badano różne skuteczne stopy do magazynowania wodoru, które można ogólnie podzielić na cztery kategorie: po pierwsze, stopy lantanowo-niklowe ziem rzadkich, które mogą przechowywać 153 l wodoru na kilogram stopu lantanowo-niklowego; po drugie, seria żelazowo-tytanowa, która jest obecnie najszerzej stosowanym materiałem do magazynowania wodoru, charakteryzująca się dużą pojemnością magazynowania czterokrotnie większą niż pierwsza, niskim kosztem, wysoką reaktywnością oraz możliwością uwalniania wodoru w temperaturze i pod ciśnieniem pokojowym, zapewniając duża wygoda użytkowania; po trzecie, seria magnezowa, która ma największą zdolność absorpcji wodoru spośród pierwiastków metalowych, ale wymaga temperatury 287°C do uwolnienia wodoru i bardzo powoli absorbuje wodór, ograniczając jego praktyczne zastosowanie; po czwarte, serie wieloelementowe, takie jak wanad, niob i cyrkon, które same w sobie są metalami szlachetnymi i dlatego nadają się tylko na specjalne okazje. Głównymi problemami związanymi z magazynowaniem wodorków metali są niska zdolność magazynowania wodoru, wysokie koszty i wysokie temperatury uwalniania wodoru. Dalsze badania nad właściwościami chemicznymi i fizycznymi wodorków metali, w tym krzywymi ciśnienia w równowadze i temperaturą, szybkościami konwersji reakcji podczas tworzenia oraz stabilnością chemiczną i mechaniczną, w celu poszukiwania lepszych materiałów do magazynowania wodoru, są godnym uwagi tematem w rozwoju i wykorzystaniu energii wodorowej. Urządzenia do przechowywania wodorków metali są dostępne zarówno w formie stacjonarnej, jak i mobilnej. Mogą służyć jako źródło paliwa i materiałów wodorowych, pochłaniać ciepło odpadowe, magazynować energię słoneczną i być wykorzystywane jako pompy lub sprężarki wodoru.