Хранение водорода

Хранение водорода

Водород в обычных условиях существует в газообразном виде, что затрудняет его хранение и транспортировку. Существует три метода хранения водорода: хранение в газе под высоким давлением, хранение в жидком виде при низкой температуре и хранение в гидриде металла.

1. Газохранилище высокого давления

   Газообразный водород можно хранить в подземных хранилищах или в стальных баллонах. Чтобы уменьшить объем хранения, газообразный водород необходимо сжимать, что требует значительного количества энергии сжатия. Обычно стальной баллон высокого давления, наполненный водородом под давлением 20 МПа, составляет только 1,6% от общего веса, в то время как титановые баллоны, используемые в космической технике, хранят только 5% веса водорода.

2. Хранение низкотемпературного жидкого водорода

   Газообразный водород можно охладить до -253°C, чтобы он стал жидким, а затем хранить в изолированных контейнерах с высоким вакуумом. Технология хранения жидкого водорода изначально использовалась в аэрокосмической отрасли, и хотя стоимость хранения выше, технология безопасности более сложна. В настоящее время исследования сосредоточены на высокоизолированных контейнерах для хранения водорода. Разработан новый тип контейнера, наполненного межузельными пористыми микросферами. Эти микросферы кремнезема имеют диаметр от 30 до 150 микрометров, с полыми центрами и стенками толщиной от 1 до 5 микрометров. Некоторые из этих микросфер покрыты алюминием, чтобы минимизировать теплопроводность и полностью заблокировать конвективный теплообмен между частицами. Смешивание некоторых микросфер с алюминиевым покрытием (обычно от 3% до 5%) с микросферами без покрытия эффективно блокирует радиационную передачу тепла. Этот новый тип термоизоляционного контейнера с его исключительными изоляционными свойствами превосходит стандартные контейнеры с высоковакуумной изоляцией и считается идеальным резервуаром для хранения жидкого водорода. НАСА широко приняло этот новый тип контейнера для хранения водорода.

3. Хранение гидридов металлов

   Между водородом и гидридами металлов протекает обратимая реакция. Когда к гидриду металла прикладывают тепло снаружи, он разлагается на гидрированный металл и выделяет газообразный водород. И наоборот, когда водород и металл вместе образуют гидрид, водород сохраняется внутри него в твердой форме. Гидриды металлов, используемые для хранения водорода, в основном представляют собой сплавы, состоящие из нескольких элементов. Во всем мире были исследованы различные успешные сплавы для хранения водорода, которые можно условно разделить на четыре категории: во-первых, редкоземельные сплавы лантана и никеля, которые могут хранить 153 л водорода на килограмм сплава лантана и никеля; во-вторых, серия железо-титан, которая в настоящее время является наиболее широко используемым материалом для хранения водорода, с большой емкостью хранения, в четыре раза превышающей прежнюю, низкой стоимостью, высокой реакционной способностью и способностью выделять водород при комнатной температуре и давлении, обеспечивая большое удобство в использовании; в-третьих, ряд магния, который обладает самой высокой способностью к поглощению водорода среди металлических элементов, но требует 287°C для выделения водорода и поглощает водород очень медленно, что ограничивает его практическое применение; в-четвертых, многоэлементные серии, такие как ванадий, ниобий и цирконий, которые сами по себе являются драгоценными металлами и поэтому подходят только для определенных особых случаев. Основными проблемами при хранении гидридов металлов являются низкая емкость хранения водорода, высокие затраты и высокие температуры выделения водорода. Дальнейшие исследования химических и физических свойств гидридов металлов, включая равновесные кривые давления и температуры, скорости конверсии реакций во время образования, а также химической и механической стабильности, с целью поиска лучших материалов для хранения водорода, являются примечательной темой в развитии и использовании водородной энергетики. Металлогидридные накопители выпускаются как в стационарном, так и в мобильном исполнении. Они могут служить источником водородного топлива и материалов, поглощать отходящее тепло, хранить солнечную энергию и использоваться в качестве водородных насосов или компрессоров.