Какие существуют технологии хранения водорода? (I) - Физическое хранение (газ или жидкость)

Какие существуют технологии хранения водорода? (I) - Физическое хранение (газ или жидкость)

Методы хранения водорода, используемые в промышленности и научных кругах, можно разделить на два типа:
Хранение на основе физики (газообразное или жидкое)
Хранение на основе материалов (водород взаимодействует с материалами для хранения)

В физическом хранилище обычно используются два основных метода хранения; Это газообразные и жидкие хранилища водорода.

1.1 Хранение газообразного водорода

Газовое хранение включает в себя сжатие водорода и хранение его в газообразном виде в специальных контейнерах. В зависимости от давления газообразные хранилища можно разделить на хранилища низкого давления и хранилища высокого давления. Водород можно хранить при низком давлении, как и природный газ, в резервуарах с водяным уплотнением. Этот метод подходит для крупномасштабного хранения газа. Поскольку плотность водорода мала, он имеет мало применений. Газообразное хранение под высоким давлением является распространенным и прямым методом хранения. Водород может быть выпущен непосредственно посредством регулировки клапана высокого давления. Хранение газообразного водорода под номинальным высоким давлением является широко используемым, простым и легким методом хранения водорода. Скорость зарядки и разблокировки высокая и может осуществляться при номинальной температуре. Однако его недостатки заключаются в том, что он требует тяжелого контейнера, устойчивого к давлению, требует большого количества работы по сжатию водорода и имеет небезопасные факторы, такие как легкая утечка водорода и взрыв контейнера.

Хранение газа предъявляет высокие требования к газгольдерам. В настоящее время в транспортных средствах широко используются резервуары для хранения водорода (350 бар и 700 бар), изготовленные из углеродного волокна IV типа. Чтобы выдержать такое высокое давление, материал резервуара должен быть очень прочным, а сжатие водорода до такого высокого давления требует сложной работы по сжатию, стоимость которой очень высока.

Этот метод хранения сжатого газа используется не только для транспортных средств, перевозимых автомобильным транспортом, но также для стационарного применения на заправочных станциях для распределения водорода и стационарного производства электроэнергии..

1.2 Хранение жидкого водорода

При определенной низкой температуре водород будет существовать в жидкой форме. Поэтому может быть использована технология хранения криогенного жидкого водорода – криогенное хранение жидкого водорода. Подобно сжижению воздуха, при низкотемпературном хранении жидкого водорода сначала сжимается водород, а затем проходит через дроссельный клапан для охлаждения, подвергается изотермическому энтальпийному расширению Джоуля-Томсона для получения некоторого количества жидкости. После отделения жидкости ее хранят в изолированном сосуде с высоким вакуумом, а газ продолжает вышеуказанный цикл.

Хранилище жидкого водорода имеет высокую объемную плотность энергии., плотность жидкого водорода при нормальной температуре и давлении в 845 раз превышает плотность газообразного водорода, а объемная плотность энергии в несколько раз выше, чем у сжатого хранилища. По сравнению с контейнерами для хранения водорода того же объема качество хранения водорода значительно улучшается. Технология хранения жидкого водорода особенно подходит для транспортных ситуаций с ограниченным пространством для хранения, таких как ракетные двигатели для космических челноков, автомобильные двигатели и транспортные средства для межконтинентальных полетов. Если рассматривать только с точки зрения массы и объема, хранение жидкого водорода является чрезвычайно идеальным способом хранения водорода. Однако, поскольку для сжижения водорода требуется большое количество энергии охлаждения, для сжижения 1 кг водорода требуется 4–10 кВтч электроэнергии, что увеличивает стоимость хранения и использования водорода. Кроме того, в контейнерах для хранения жидкого водорода должны использоваться специальные контейнеры, предназначенные для сверхнизких температур. температура. Поскольку заполнение и изоляция хранилища жидкого водорода может легко привести к более высоким потерям на испарение, стоимость хранения будет выше, а технология безопасности усложнится. Контейнеры для хранения водорода с высокой изоляцией находятся в центре внимания текущих исследований.

1.3 Замораживание и сжатие хранилища

Для хранения водорода при замораживании и сжатии используются свойства жидкого и сжатого газообразного водорода. Эта технология позволяет снизить скорость испарения водорода и полностью поддерживать высокую плотность энергии. Компрессионные резервуары обычно хранят водород при температуре -253°C и высоком давлении примерно 300 бар.