Care sunt tehnologiile de stocare a hidrogenului? (I) - Stocare pe bază fizică (gaz sau lichid)

Care sunt tehnologiile de stocare a hidrogenului? (I) - Stocare pe bază fizică (gaz sau lichid)

Metodele de stocare a hidrogenului utilizate de industrie și mediul academic pot fi împărțite în două tipuri:
Stocare bazată pe fizică (gazoasă sau lichidă)
Stocare pe bază de materiale (hidrogenul care interacționează cu materialele de depozitare)

În stocarea bazată pe fizică, sunt utilizate în mod obișnuit două metode principale de stocare; sunt stocare de hidrogen gazos și lichid.

1.1 Stocarea hidrogenului gazos

Depozitarea gazoasă presupune presurizarea hidrogenului și depozitarea lui sub formă de gaz în recipiente specifice. În funcție de presiune, stocarea gazoasă poate fi împărțită în stocare la presiune joasă și stocare la presiune înaltă. Hidrogenul poate fi stocat la presiune scăzută ca și gazul natural, folosind rezervoare etanșate cu apă. Această metodă este potrivită pentru stocarea pe scară largă a gazelor. Deoarece densitatea hidrogenului este scăzută, are puține aplicații. Stocarea gazoasă la înaltă presiune este o metodă comună și directă de stocare. Hidrogenul poate fi eliberat direct prin reglarea unei supape de înaltă presiune. Stocarea nominală a hidrogenului gazos de înaltă presiune este o metodă de stocare a hidrogenului simplă și ușoară utilizată pe scară largă. Viteza de încărcare și eliberare este rapidă și poate fi efectuată la temperatura nominală. Cu toate acestea, dezavantajele sale sunt că necesită un recipient greu rezistent la presiune, consumă o cantitate mare de lucru de comprimare a hidrogenului și are factori nesiguri, cum ar fi scurgerea ușoară a hidrogenului și explozia containerului.

Depozitarea gazelor impune cerințe mari pentru rezervoarele de gaz. În prezent, rezervoarele de stocare a hidrogenului (350 bar și 700 bar) compuse din fibră de carbon de tip IV sunt utilizate pe scară largă în vehicule. Pentru a rezista la presiuni atât de înalte, materialul rezervorului ar trebui să fie foarte puternic, iar comprimarea hidrogenului la presiuni atât de înalte necesită o muncă complicată de compresie, costul este foarte mare.

Această metodă de stocare a gazului comprimat este utilizată nu numai pentru vehiculele transportate pe drum, ci și pentru aplicații staționare în benzinării pentru distribuția hidrogenului și generarea staționară de energie..

1.2 Depozitarea hidrogenului lichid

La o anumită temperatură scăzută, hidrogenul va exista sub formă lichidă. Prin urmare, poate fi utilizată o tehnologie de stocare a hidrogenului lichid criogenic - stocarea hidrogenului lichid criogenic. Similar cu lichefierea aerului, stocarea hidrogenului lichid la temperatură joasă este mai întâi hidrogen comprimat, înainte de a trece prin supapa de accelerație pentru a se răci, suferă expansiune entalpie izotermă Joule-Thomson pentru a produce lichid. După ce lichidul este separat, acesta este depozitat într-un vas izolat cu vid înalt, iar gazul continuă ciclul de mai sus.

Stocarea de hidrogen lichid are o densitate de energie volumetrică mare, densitatea hidrogenului lichid la temperatură și presiune normale este de 845 de ori mai mare decât a hidrogenului gazos, iar densitatea energiei volumetrice este de câteva ori mai mare decât cea a stocării comprimate. În comparație cu recipientele de stocare a hidrogenului de același volum, calitatea stocării hidrogenului este mult îmbunătățită. Tehnologia de stocare a hidrogenului lichid este potrivită în special pentru situațiile de transport cu spațiu de stocare limitat, cum ar fi motoarele de rachetă pentru navete spațiale, motoarele de automobile și vehiculele de transport de zbor intercontinental. Dacă este luată în considerare doar în termeni de masă și volum, stocarea hidrogenului lichid este o modalitate extrem de ideală de a stoca hidrogen. Cu toate acestea, deoarece lichefierea hidrogenului necesită o cantitate mare de energie de răcire, lichefierea a 1 kg de hidrogen necesită 4-10 kWh de energie electrică, ceea ce crește costul stocării și utilizării hidrogenului. În plus, recipientele de stocare a hidrogenului lichid trebuie să utilizeze recipiente speciale cu temperatură ultra joasă. temperatura. Deoarece umplerea și izolarea depozitului de hidrogen lichid poate duce cu ușurință la pierderi mai mari prin evaporare, costul de stocare este mai scump, iar tehnologia de siguranță este mai complicată. Recipientele de stocare a hidrogenului foarte izolate sunt în centrul cercetărilor actuale.

1.3 Depozitare prin congelare și comprimare

Depozitarea prin congelare și comprimare utilizează proprietățile metodelor de hidrogen lichid și gazos comprimat pentru stocarea hidrogenului. Această tehnologie poate reduce rata de evaporare a hidrogenului și poate menține complet densitatea energetică ridicată. Rezervoarele de compresie stochează de obicei hidrogenul la o temperatură de -253°C și o presiune ridicată de aproximativ 300 bar.