Какви са технологиите за съхранение на водород? (I) - Физически базирано съхранение (газ или течност)

Какви са технологиите за съхранение на водород? (I) - Физически базирано съхранение (газ или течност)

Методите за съхранение на водород, използвани от индустрията и академичните среди, могат да бъдат разделени на два вида:
Базирано на физиката съхранение (газообразно или течно)
Съхраняване на базата на материали (водород, взаимодействащ с материалите за съхранение)

В базираното на физиката съхранение обикновено се използват два основни метода за съхранение; те са газообразни и течни хранилища на водород.

1.1 Съхранение на газообразен водород

Газообразното съхранение включва поставяне на водород под налягане и съхраняването му в газова форма в специални контейнери. В зависимост от налягането, съхранението на газ може да бъде разделено на съхранение при ниско налягане и съхранение под високо налягане. Водородът може да се съхранява при ниско налягане като природен газ, като се използват водозапечатани резервоари. Този метод е подходящ за широкомащабно съхранение на газ. Тъй като плътността на водорода е ниска, той има малко приложения. Съхранението под високо налягане на газ е общ и директен метод за съхранение. Водородът може да се освободи директно чрез регулиране на клапан за високо налягане. Номиналното съхранение на газообразен водород под високо налягане е широко използван, прост и лесен метод за съхранение на водород. Скоростта на зареждане и освобождаване е бърза и може да се извърши при номинална температура. Недостатъците му обаче са, че изисква тежък контейнер, устойчив на налягане, изразходва голямо количество работа при компресиране на водород и има опасни фактори като лесно изтичане на водород и експлозия на контейнера.

Съхранението на газ поставя високи изисквания към резервоарите за газ. Понастоящем резервоарите за съхранение на водород (350 бара и 700 бара), съставени от въглеродни влакна тип IV, се използват широко в превозните средства. За да издържи на такова високо налягане, материалът на резервоара трябва да е много здрав, а компресирането на водород до такова високо налягане изисква сложна компресионна работа, цената е много висока.

Този метод за съхранение на сгъстен газ се използва не само за превозни средства, транспортирани по шосе, но и за стационарни приложения в бензиностанции за разпределение на водород и стационарно производство на електроенергия.

1.2 Съхранение на течен водород

При определена ниска температура водородът ще съществува в течна форма. Следователно може да се използва криогенна технология за съхранение на течен водород - криогенно съхранение на течен водород. Подобно на втечняването на въздуха, съхранението на течен водород при ниска температура е първо компресиран водород, преди да премине през дроселната клапа, за да се охлади, претърпява изотермично енталпийно разширение на Джаул-Томсън, за да се получи малко течност. След като течността се отдели, тя се съхранява в изолиран съд с висок вакуум, а газът продължава горния цикъл.

Съхранението на течен водород има висока обемна енергийна плътност, плътността на течния водород при нормална температура и налягане е 845 пъти по-голяма от тази на газообразния водород, а обемната енергийна плътност е няколко пъти по-висока от тази при компресирано съхранение. В сравнение с контейнерите за съхранение на водород със същия обем, качеството на съхранение на водород е значително подобрено. Технологията за съхранение на течен водород е особено подходяща за транспортни ситуации с ограничено пространство за съхранение, като например ракетни двигатели за космически совалки, автомобилни двигатели и превозни средства за междуконтинентален полет. Ако се разглежда само от гледна точка на маса и обем, съхранението на течен водород е изключително идеален начин за съхранение на водород. Въпреки това, тъй като втечняването на водорода изисква голямо количество енергия за охлаждане, втечняването на 1 kg водород изисква 4-10 kWh електроенергия, което увеличава разходите за съхранение и използване на водород. В допълнение, контейнерите за съхранение на течен водород трябва да използват специални контейнери с ултра ниска температура. температура. Тъй като пълненето и изолацията на хранилище за течен водород може лесно да доведе до по-високи загуби от изпарение, разходите за съхранение са по-скъпи и технологията за безопасност е по-сложна. Силно изолираните контейнери за съхранение на водород са в центъра на настоящите изследвания.

1.3 Съхранение при замразяване и компресиране

Съхранението чрез замразяване и компресиране използва свойствата на методите за течен и компресиран газообразен водород за съхранение на водород. Тази технология може да намали скоростта на изпаряване на водорода и напълно да поддържа висока енергийна плътност. Резервоарите за компресиране обикновено съхраняват водород при температура от -253°C и високо налягане от приблизително 300 бара.