Какой метод хранения водорода более выгоден?

Какой метод хранения водорода более выгоден?

Технология хранения водорода проходит от водородной энергетики в производственной цепочке до топливных элементов и является важным звеном в контроле стоимости водорода. Способ хранения водорода вызывает большую тревогу у людей. В настоящее время широко используемые технологии хранения водорода в основном включают физическое хранение водорода, химическое хранение водорода и другие способы хранения водорода.

1. Физическое хранение водорода
Технология физического хранения водорода относится к технологии увеличения плотности водорода путем изменения условий хранения водорода для достижения хранения водорода. Эта технология представляет собой чисто физический процесс, не требует среды для хранения водорода, имеет низкую стоимость, легко выделяет водород и имеет высокую концентрацию водорода. В основном его разделяют на хранилища газообразного водорода под высоким давлением и хранилища сжиженного водорода при низкой температуре.
1) Хранение газообразного водорода под высоким давлением
Технология хранения газообразного водорода под высоким давлением подразумевает сжатие водорода под высоким давлением и хранение его в газообразной форме высокой плотности. Он имеет характеристики низкой стоимости, низкого энергопотребления, легкого дегидрирования и широких условий работы. Это наиболее развитая и наиболее часто используемая технология хранения водорода. Однако он имеет небольшой запас, высокое энергопотребление, требует герметичного контейнера и имеет небезопасные факторы, такие как утечка водорода и взрыв контейнера. Плотность хранения водорода в этой технологии сильно зависит от давления, а давление ограничивается материалом резервуара для хранения. Таким образом, в настоящее время горячей точкой исследований является улучшение материалов резервуаров для хранения. При 30-40 МПа рост происходит быстрее, а при давлении более 70 МПа изменение очень незначительное. Поэтому рабочее давление накопительной емкости должно находиться в пределах 35–70 МПа. Поэтому поиск легкого, устойчивого к высокому давлению резервуара для хранения водорода стал ключом к хранению газообразного водорода под высоким давлением. В настоящее время контейнеры для хранения газообразного водорода под высоким давлением в основном делятся на четыре типа: металлические бутылки из чистой стали (Тип I), бутылки со стальным волокном и обручем (Тип II), бутылки с полностью обернутым алюминиевым волокном (Тип III) и пластиковые бутылки. бутылки, обернутые волокнистым вкладышем (Тип IV). Среди них баллоны типа III и типа IV обладают преимуществами небольшого соотношения веса к объему и высокой плотности хранения водорода на единицу массы и широко используются в транспортных средствах на водородных топливных элементах. Рабочее давление баллонов для хранения водорода высокого давления обычно составляет 35-70 МПа. В отечественных бортовых системах хранения водорода высокого давления в основном используются баллоны типа III на 35 МПа, а в зарубежных странах в основном используются баллоны типа IV на 70 МПа.
2) Криогенное хранилище жидкого водорода.
Технология хранения криогенного жидкого водорода использует характеристики сжижения водорода в условиях высокого давления и низкой температуры, а его объемная плотность в 845 раз превышает плотность газообразного состояния для достижения эффективного хранения водорода, а эффективность его транспортировки выше, чем у газообразного водорода. Однако для обеспечения условий низкой температуры и высокого давления необходимы не только требования к материалу резервуара для хранения, но и соответствующая строгая схема изоляции и охлаждающее оборудование. Таким образом, объем резервуара для хранения криогенного сжиженного жидкого водорода обычно невелик, а массовая плотность водорода составляет около 10%. Технология хранения криогенного жидкого водорода в основном используется в военной и аэрокосмической областях, а коммерческие исследования и применение только начались. Однако благодаря своим преимуществам в крупномасштабном хранении и транспортировке на большие расстояния, с формальным внедрением трех национальных стандартов моей страны в отношении жидкого водорода, а также постоянным развитием и снижением стоимости технологии хранения водорода, криогенное хранение жидкого водорода может сосуществовать с хранение газообразного водорода под высоким давлением в будущем.

2. Химическое хранение водорода.
Технология химического хранения водорода — это технология, которая использует среду хранения водорода для реакции с водородом при определенных условиях с образованием стабильных соединений, а затем высвобождает водород при изменении условий. В основном это хранилище органического жидкого водорода, хранилище жидкого аммиачного водорода, хранилище координированного гидридного водорода, хранилище неорганического водорода и хранилище метанола.
1) Хранение органического жидкого водорода
Технология хранения органического жидкого водорода основана на реакции гидрирования ненасыщенных жидких органических веществ под действием катализатора с образованием стабильных соединений, а затем реакции дегидрирования, когда необходим водород. Обычно используемое ненасыщенное жидкое органическое вещество и его свойства приведены в таблице. .
2) Хранение жидкого аммиачного водорода
Водород и азот под действием катализатора синтезируются в жидкий аммиак и хранятся и транспортируются в виде жидкого аммиака. Жидкий аммиак разлагается и выделяет водород при нормальном давлении и температуре около 400 ℃. По сравнению с чрезвычайно низкой температурой сжижения водорода -253℃, необходимой для низкотемпературной технологии хранения жидкого водорода, температура сжижения аммиака в одной атмосфере намного выше -33℃, а метод «водород-аммиак-водород» потребляет меньше энергии. энергии, его легче реализовать и транспортировать, и он менее сложен. В то же время объемная плотность хранения водорода при хранении жидкого аммиачного водорода в 1,7 раза выше, чем у жидкого водорода, и намного выше, чем в технологии длиннотрубного прицепного хранения газообразного водорода. Эта технология имеет определенные преимущества при хранении и транспортировке водородной энергии на большие расстояния. Однако хранение жидкого аммиачного водорода также имеет множество недостатков. Жидкий аммиак обладает высокой коррозионной активностью и токсичностью, поэтому существуют потенциальные риски нанесения вреда оборудованию, организму человека и окружающей среде при хранении и транспортировке; процесс синтеза аммиака в моей стране относительно развит, но при конверсии процесса есть определенная доля потерь; оборудование для синтеза аммиака и разложения аммиака, а также оборудование терминальной промышленности все еще нуждаются в интеграции.
3) Хранение метанола-водорода
Зеленый метанол имеет высокую плотность энергии и является идеальным методом хранения и транспортировки жидкой энергии. Использование возобновляемых источников энергии для производства зеленого водорода, а затем объединение его с диоксидом углерода для получения зеленого метанола, который легко хранить и транспортировать, является важным путем к нулевым выбросам углерода.
3) Координационное хранение гидридного водорода.
В хранилище координационного гидрида водорода щелочные металлы вступают в реакцию с водородом с образованием ионных гидридов, которые при определенных условиях разлагаются на водород. В следующей таблице показаны свойства хранения водорода у гидридов с общей координацией.
4) Хранение водорода неорганическими соединениями.
Неорганические материалы для хранения водорода основаны на взаимном преобразовании бикарбоната и формиата для хранения и выделения водорода.

Резюме: В настоящее время основным направлением является хранение газообразного водорода под высоким давлением, но его развитие ограничено из соображений безопасности, а плотность хранения водорода низкая, что не подходит для крупномасштабной транспортировки на большие расстояния; низкотемпературное хранение жидкого водорода сталкивается со многими трудностями при своем развитии в Китае из-за его высокой стоимости и сложности хранения и транспортировки; Технология хранения жидкого органического водорода имеет большие преимущества с точки зрения безопасности, плотности хранения водорода, а также эффективности хранения и транспортировки. Учитывая, что как хранилище водорода под высоким давлением 70 МПа, так и хранилище жидкого водорода при низкой температуре в моей стране отстают, ожидается, что в будущем оно станет одним из основных способов хранения и транспортировки водорода в моей стране. Преимущество гидрида в качестве материала для хранения водорода состоит в том, что он сохраняет водород высокой плотности при низком давлении по сравнению с водородом высокого давления.