Apakah teknologi penyimpanan hidrogen? (I) - Penyimpanan berasaskan fizikal (gas atau cecair)

Apakah teknologi penyimpanan hidrogen? (I) - Penyimpanan berasaskan fizikal (gas atau cecair)

Kaedah penyimpanan hidrogen yang digunakan oleh industri dan akademia boleh dibahagikan kepada dua jenis:
Penyimpanan berasaskan fizik (gas atau cecair)
Penyimpanan berasaskan bahan (hidrogen berinteraksi dengan bahan simpanan)

Dalam storan berasaskan fizik, dua kaedah penyimpanan utama biasanya digunakan; ia adalah simpanan hidrogen gas dan cecair.

1.1 Penyimpanan hidrogen gas

Penyimpanan gas melibatkan tekanan hidrogen dan menyimpannya dalam bentuk gas dalam bekas tertentu. Bergantung pada tekanan, storan gas boleh dibahagikan kepada storan tekanan rendah dan storan tekanan tinggi. Hidrogen boleh disimpan pada tekanan rendah seperti gas asli, menggunakan tangki bertutup air. Kaedah ini sesuai untuk penyimpanan gas berskala besar. Oleh kerana ketumpatan hidrogen adalah rendah, ia mempunyai beberapa aplikasi. Penyimpanan bertekanan tinggi gas adalah kaedah penyimpanan yang biasa dan langsung. Hidrogen boleh dilepaskan terus melalui pelarasan injap tekanan tinggi. Penyimpanan hidrogen gas bertekanan tinggi nominal ialah kaedah penyimpanan hidrogen yang digunakan secara meluas, ringkas dan mudah. Kelajuan pengecasan dan pelepasan adalah pantas dan boleh dijalankan pada suhu nominal. Walau bagaimanapun, kelemahannya ialah ia memerlukan bekas tahan tekanan berat, menggunakan sejumlah besar kerja pemampatan hidrogen, dan mempunyai faktor tidak selamat seperti kebocoran hidrogen yang mudah dan letupan bekas.

Penyimpanan gas memerlukan permintaan yang tinggi pada tangki gas. Pada masa ini, tangki simpanan hidrogen (350 bar dan 700 bar) yang terdiri daripada gentian karbon jenis IV digunakan secara meluas dalam kenderaan. Untuk menahan tekanan tinggi sedemikian, bahan tangki harus sangat kuat, dan memampatkan hidrogen kepada tekanan tinggi sedemikian memerlukan kerja mampatan yang rumit, kosnya sangat tinggi.

Kaedah penyimpanan gas termampat ini bukan sahaja digunakan untuk kenderaan yang diangkut melalui jalan raya, tetapi juga untuk aplikasi pegun di stesen minyak untuk pengagihan hidrogen dan penjanaan kuasa pegun.

1.2 Penyimpanan hidrogen cecair

Pada suhu rendah tertentu, hidrogen akan wujud dalam bentuk cecair. Oleh itu, teknologi penyimpanan hidrogen cecair kriogenik boleh digunakan - penyimpanan hidrogen cecair kriogenik. Sama seperti pencairan udara, penyimpanan hidrogen cecair suhu rendah terlebih dahulu dimampatkan hidrogen, sebelum melalui injap pendikit untuk menyejukkan, menjalani pengembangan entalpi isoterma Joule-Thomson untuk menghasilkan sedikit cecair. Selepas cecair dipisahkan, ia disimpan dalam bekas terlindung dengan vakum yang tinggi, dan gas meneruskan kitaran di atas.

Penyimpanan hidrogen cecair mempunyai ketumpatan tenaga isipadu yang tinggi, ketumpatan hidrogen cecair pada suhu dan tekanan normal ialah 845 kali ganda daripada hidrogen gas, dan ketumpatan tenaga isipadu adalah beberapa kali lebih tinggi daripada storan termampat. Berbanding dengan bekas simpanan hidrogen dengan jumlah yang sama, kualiti penyimpanan hidrogen bertambah baik. Teknologi penyimpanan hidrogen cecair amat sesuai untuk situasi pengangkutan dengan ruang simpanan terhad, seperti enjin roket untuk pengangkutan angkasa, enjin kereta dan kenderaan pengangkutan penerbangan antara benua. Jika hanya dipertimbangkan dari segi jisim dan isipadu, penyimpanan hidrogen cecair adalah cara yang sangat ideal untuk menyimpan hidrogen. Walau bagaimanapun, oleh kerana pencairan hidrogen memerlukan sejumlah besar tenaga penyejukan, mencairkan 1kg hidrogen memerlukan 4-10kWj elektrik, yang meningkatkan kos penyimpanan dan penggunaan hidrogen. Di samping itu, bekas simpanan hidrogen cecair mesti menggunakan bekas khas suhu ultra-rendah. suhu. Memandangkan pengisian dan penebat simpanan hidrogen cecair dengan mudah boleh menyebabkan kehilangan penyejatan yang lebih tinggi, kos penyimpanan lebih mahal dan teknologi keselamatan lebih rumit. Bekas simpanan hidrogen berpenebat tinggi adalah tumpuan penyelidikan semasa.

1.3 Membekukan dan memampatkan storan

Penyimpanan beku dan mampatkan menggunakan sifat kaedah hidrogen cecair dan gas mampat untuk penyimpanan hidrogen. Teknologi ini boleh mengurangkan kadar penyejatan hidrogen dan mengekalkan ketumpatan tenaga tinggi sepenuhnya. Tangki mampatan biasanya menyimpan hidrogen pada suhu -253°C dan tekanan tinggi kira-kira 300 bar.