Welke waterstofopslagmethode is voordeliger?

Welke waterstofopslagmethode is voordeliger?

De waterstofopslagtechnologie loopt via het waterstofenergie-einde van de industriële keten tot aan het brandstofcel-einde en is een belangrijke schakel in het beheersen van de kosten van waterstof. De opslagmethode van waterstof baart mensen grote zorgen. Momenteel omvatten de veelgebruikte waterstofopslagtechnologieën vooral fysieke waterstofopslag, chemische waterstofopslag en andere waterstofopslag.

1. Fysieke waterstofopslag
Fysieke waterstofopslagtechnologie verwijst naar de technologie van het vergroten van de dichtheid van waterstof door de waterstofopslagomstandigheden te veranderen om waterstofopslag te bereiken. Deze technologie is een puur fysisch proces, vereist geen waterstofopslagmedium, heeft lage kosten, laat waterstof gemakkelijk vrij en heeft een hoge waterstofconcentratie. Het is hoofdzakelijk verdeeld in gasvormige waterstofopslag onder hoge druk en opslag van vloeibare waterstof bij lage temperatuur.
1) Gasvormige waterstofopslag onder hoge druk
Hogedruk gasvormige waterstofopslagtechnologie verwijst naar het comprimeren van waterstof onder hoge druk en het opslaan ervan in een gasvormige vorm met hoge dichtheid. Het heeft de kenmerken van lage kosten, laag energieverbruik, gemakkelijke dehydrogenering en brede werkomstandigheden. Dit is de meest volwassen en meest gebruikte waterstofopslagtechnologie. Het heeft echter een kleine reserve, een hoog energieverbruik, vereist een drukbestendige container en kent onveilige factoren zoals waterstoflekkage en containerexplosie. De waterstofopslagdichtheid van deze technologie wordt sterk beïnvloed door druk, en de druk wordt beperkt door het materiaal van de opslagtank. Daarom is de huidige onderzoekshotspot de verbetering van opslagtankmaterialen. Bij 30-40 MPa is de toename sneller, en wanneer de druk groter is dan 70 MPa is de verandering erg klein. Daarom moet de werkdruk van de opslagtank tussen 35 en 70 MPa liggen. Daarom is het vinden van een lichtgewicht, hogedrukbestendige waterstofopslagtank de sleutel geworden tot hogedrukgasvormige waterstofopslag. Momenteel zijn gasvormige waterstofopslagcontainers onder hoge druk hoofdzakelijk onderverdeeld in vier typen: flessen van puur staal (Type I), flessen met stalen voering en hoepelgewikkelde flessen (Type II), volledig omwikkelde flessen met aluminium voeringvezel (Type III) en plastic flessen. met voeringvezels omwikkelde flessen (type IV). Onder hen hebben Type III- en Type IV-flessen de voordelen van een kleine gewicht-volumeverhouding en een hoge waterstofopslagdichtheid per massa-eenheid, en worden ze op grote schaal gebruikt in voertuigen met waterstofbrandstofcellen. De werkdruk van hogedruk-waterstofopslagflessen is over het algemeen 35-70 MPa. Binnenlandse hogedruk-waterstofopslagsystemen aan boord gebruiken voornamelijk 35 MPa Type III-flessen, terwijl het buitenland voornamelijk 70 MPa Type IV-flessen gebruikt.
2) Cryogene opslag van vloeibare waterstof
De cryogene opslagtechnologie voor vloeibare waterstof maakt gebruik van de kenmerken van het vloeibaar maken van waterstof onder hoge druk en lage temperaturen, en de volumedichtheid is 845 keer die van de gasvormige toestand, om efficiënte waterstofopslag te bereiken, en de transportefficiëntie is hoger dan die van gasvormige waterstof. Om lage temperatuur- en hogedrukomstandigheden te garanderen, zijn er echter niet alleen eisen aan het materiaal van de opslagtank, maar zijn ook een bijbehorend strikt isolatieschema en koelapparatuur vereist. Daarom is het opslagtankvolume van cryogene, vloeibaar gemaakte vloeibare waterstofopslag over het algemeen klein en is de massadichtheid van waterstof ongeveer 10%. Cryogene opslagtechnologie voor vloeibare waterstof wordt voornamelijk gebruikt in het leger en de ruimtevaart, en commercieel onderzoek en toepassing zijn nog maar net begonnen. Vanwege de voordelen ervan op het gebied van grootschalige opslag en transport over lange afstanden, met de formele implementatie van de drie nationale normen voor vloeibare waterstof van mijn land en de voortdurende vooruitgang en kostenreductie van waterstofopslagtechnologie, kan cryogene opslag van vloeibare waterstof echter naast elkaar bestaan. gasvormige waterstofopslag onder hoge druk in de toekomst.

2. Chemische waterstofopslag
Chemische waterstofopslagtechnologie is een technologie die waterstofopslagmedia gebruikt om onder bepaalde omstandigheden met waterstof te reageren om stabiele verbindingen te genereren, en vervolgens waterstof vrij te geven door veranderende omstandigheden. Het omvat voornamelijk organische vloeibare waterstofopslag, vloeibare ammoniakwaterstofopslag, gecoördineerde hydridewaterstofopslag, anorganische waterstofopslag en methanolwaterstofopslag.
1) Opslag van organische vloeibare waterstof
De opslagtechnologie voor organische vloeibare waterstof is gebaseerd op de hydrogeneringsreactie van onverzadigde vloeibare organische stoffen onder invloed van een katalysator om stabiele verbindingen te genereren, en vervolgens op dehydrogeneringsreactie wanneer waterstof nodig is. Veelgebruikte onverzadigde vloeibare organische stof en de eigenschappen ervan worden weergegeven in de tabel. .
2) Opslag van vloeibare ammoniakwaterstof
Waterstof en stikstof worden onder invloed van een katalysator gesynthetiseerd tot vloeibare ammoniak en opgeslagen en getransporteerd in de vorm van vloeibare ammoniak. Vloeibare ammoniak ontleedt en geeft waterstof vrij bij normale druk en ongeveer 400 ℃. Vergeleken met de extreem lage temperatuur voor het vloeibaar maken van waterstof van -253 ℃, vereist door opslagtechnologie voor vloeibare waterstof bij lage temperatuur, is de temperatuur voor het vloeibaar maken van ammoniak bij één atmosfeer veel hoger bij -33 ℃, en de "waterstof-ammoniak-waterstof" -methode verbruikt minder energie, is minder moeilijk te implementeren en te transporteren, en is minder moeilijk. Tegelijkertijd is de volumetrische waterstofopslagdichtheid bij de opslag van vloeibare ammoniakwaterstof 1,7 keer hoger dan die van vloeibare waterstof, en veel hoger dan bij de opslagtechnologie voor gasvormige waterstof met lange buizen. Deze technologie heeft bepaalde voordelen bij de opslag en het transport van waterstofenergie over lange afstanden. De opslag van vloeibare ammoniakwaterstof kent echter ook veel nadelen. Vloeibare ammoniak is zeer corrosief en giftig, en er zijn potentiële risico's van schade aan apparatuur, het menselijk lichaam en het milieu tijdens opslag en transport; het synthetische ammoniakproces is in mijn land relatief volwassen, maar er is sprake van een zeker deel van de verliezen bij de procesconversie; de apparatuur voor synthetische ammoniak en de afbraak van ammoniak en de apparatuur voor de terminalindustrie moeten nog worden geïntegreerd.
3) Methanol-waterstofopslag
Groene methanol heeft een hoge energiedichtheid en is een ideale opslag- en transportmethode voor vloeibare energie. Het gebruik van hernieuwbare energie om groene waterstof te genereren en deze vervolgens te combineren met koolstofdioxide om groene methanol te genereren die gemakkelijk kan worden opgeslagen en getransporteerd, is een belangrijke weg naar nul CO2-uitstoot.
3) Coördinatie hydridewaterstofopslag
Coördinatiehydride-waterstofopslag maakt gebruik van alkalimetalen om te reageren met waterstof om ionische hydriden te genereren, die onder bepaalde omstandigheden uiteenvallen in waterstof. De volgende tabel toont de waterstofopslageigenschappen van gewone coördinatiehydriden.
4) Waterstofopslag door anorganische verbindingen
Anorganische waterstofopslagmaterialen zijn gebaseerd op de wederzijdse conversie tussen bicarbonaat en formiaat om waterstofopslag en -afgifte te bewerkstelligen.

Samenvatting: Momenteel is gasvormige waterstofopslag onder hoge druk de mainstream, maar de ontwikkeling ervan is beperkt vanwege de veiligheid en de waterstofopslagdichtheid is laag, wat niet geschikt is voor grootschalig transport over lange afstanden; opslag van vloeibare waterstof bij lage temperatuur wordt bij de ontwikkeling ervan in China geconfronteerd met veel moeilijkheden vanwege de hoge kosten en moeilijkheden bij opslag en transport; De opslagtechnologie voor vloeibare organische waterstof heeft grote voordelen op het gebied van veiligheid, waterstofopslagdichtheid en opslag- en transportefficiëntie. Ervan uitgaande dat zowel de 70 MPa-opslag van waterstof onder hoge druk als de opslag van vloeibare waterstof op lage temperatuur in mijn land achterblijven, wordt verwacht dat dit in de toekomst een van de belangrijkste manieren van waterstofopslag en -transport in mijn land zal worden. Als waterstofopslagmateriaal heeft hydride het voordeel dat het waterstof met een hoge dichtheid onder lage druk opslaat in vergelijking met waterstof onder hoge druk.