Kaedah penyimpanan hidrogen yang manakah lebih berfaedah?

Kaedah penyimpanan hidrogen yang manakah lebih berfaedah?

Teknologi penyimpanan hidrogen berjalan melalui hujung tenaga hidrogen rantaian industri ke hujung sel bahan api, dan merupakan pautan penting dalam mengawal kos hidrogen. Kaedah penyimpanan hidrogen adalah perkara yang sangat membimbangkan orang ramai. Pada masa ini, teknologi penyimpanan hidrogen yang biasa digunakan terutamanya termasuk penyimpanan hidrogen fizikal, penyimpanan hidrogen kimia dan penyimpanan hidrogen lain.

1. Penyimpanan hidrogen fizikal
Teknologi penyimpanan hidrogen fizikal merujuk kepada teknologi meningkatkan ketumpatan hidrogen dengan mengubah keadaan penyimpanan hidrogen untuk mencapai penyimpanan hidrogen. Teknologi ini adalah proses fizikal semata-mata, tidak memerlukan medium penyimpanan hidrogen, mempunyai kos rendah, mudah melepaskan hidrogen, dan mempunyai kepekatan hidrogen yang tinggi. Ia terutamanya dibahagikan kepada penyimpanan hidrogen gas bertekanan tinggi dan penyimpanan hidrogen cecair suhu rendah.
1) Penyimpanan hidrogen gas bertekanan tinggi
Teknologi penyimpanan hidrogen gas bertekanan tinggi merujuk kepada memampatkan hidrogen di bawah tekanan tinggi dan menyimpannya dalam bentuk gas berketumpatan tinggi. Ia mempunyai ciri-ciri kos rendah, penggunaan tenaga yang rendah, penyahhidrogenan mudah, dan keadaan kerja yang luas. Ini adalah teknologi penyimpanan hidrogen yang paling matang dan paling biasa digunakan. Walau bagaimanapun, ia mempunyai rizab yang kecil, penggunaan tenaga yang tinggi, memerlukan bekas tahan tekanan, dan mempunyai faktor yang tidak selamat seperti kebocoran hidrogen dan letupan bekas. Ketumpatan penyimpanan hidrogen teknologi ini sangat dipengaruhi oleh tekanan, dan tekanan dihadkan oleh bahan tangki simpanan. Oleh itu, titik panas penyelidikan semasa adalah penambahbaikan bahan tangki simpanan. Pada 30-40 MPa, peningkatan lebih cepat, dan apabila tekanan lebih besar daripada 70 MPa, perubahannya sangat kecil. Oleh itu, tekanan kerja tangki simpanan mestilah antara 35 dan 70 MPa. Oleh itu, mencari tangki simpanan hidrogen yang ringan dan tahan tekanan tinggi telah menjadi kunci kepada simpanan hidrogen gas bertekanan tinggi. Pada masa ini, bekas simpanan hidrogen gas bertekanan tinggi terutamanya dibahagikan kepada empat jenis: botol logam keluli tulen (Jenis I), botol gentian pelapik keluli luka gelung (Jenis II), gentian pelapik aluminium botol berbalut sepenuhnya (Jenis III) dan plastik botol berbalut gentian pelapik (Jenis IV). Antaranya, botol Jenis III dan Jenis IV mempunyai kelebihan nisbah berat kepada isipadu yang kecil dan ketumpatan penyimpanan hidrogen yang tinggi bagi setiap unit jisim, dan telah digunakan secara meluas dalam kenderaan sel bahan api hidrogen. Tekanan kerja botol simpanan hidrogen tekanan tinggi biasanya 35-70 MPa. Sistem penyimpanan hidrogen bertekanan tinggi domestik domestik terutamanya menggunakan botol 35 MPa Type III, manakala negara asing terutamanya menggunakan botol 70 MPa Type IV.
2) Simpanan hidrogen cecair kriogenik
Teknologi penyimpanan hidrogen cecair kriogenik menggunakan ciri-ciri pencairan hidrogen di bawah tekanan tinggi dan keadaan suhu rendah, dan ketumpatan isipadunya adalah 845 kali ganda daripada keadaan gas, untuk mencapai penyimpanan hidrogen yang cekap, dan kecekapan pengangkutannya lebih tinggi daripada hidrogen gas. Walau bagaimanapun, untuk memastikan keadaan suhu rendah dan tekanan tinggi, bukan sahaja terdapat keperluan untuk bahan tangki simpanan, tetapi juga skema penebat ketat yang sepadan dan peralatan penyejukan diperlukan. Oleh itu, isipadu tangki simpanan storan hidrogen cecair cecair kriogenik biasanya kecil, dan ketumpatan jisim hidrogen adalah kira-kira 10%. Teknologi penyimpanan hidrogen cecair cryogenic digunakan terutamanya dalam bidang ketenteraan dan aeroangkasa, dan penyelidikan dan aplikasi komersil baru sahaja bermula. Walau bagaimanapun, disebabkan kelebihannya dalam penyimpanan dan pengangkutan berskala besar dan jarak jauh, dengan pelaksanaan rasmi tiga piawaian kebangsaan negara saya untuk hidrogen cecair dan kemajuan berterusan serta pengurangan kos teknologi penyimpanan hidrogen, penyimpanan hidrogen cecair kriogenik mungkin wujud bersama penyimpanan hidrogen gas bertekanan tinggi pada masa hadapan.

2. Penyimpanan hidrogen kimia
Teknologi penyimpanan hidrogen kimia ialah teknologi yang menggunakan media penyimpanan hidrogen untuk bertindak balas dengan hidrogen dalam keadaan tertentu untuk menghasilkan sebatian yang stabil, dan kemudian membebaskan hidrogen dengan mengubah keadaan. Ia terutamanya termasuk penyimpanan hidrogen cecair organik, penyimpanan hidrogen ammonia cecair, penyimpanan hidrogen hidrida terkoordinasi, penyimpanan hidrogen bukan organik dan penyimpanan hidrogen metanol.
1) Penyimpanan hidrogen cecair organik
Teknologi penyimpanan hidrogen cecair organik adalah berdasarkan tindak balas penghidrogenan bahan organik cecair tak tepu di bawah tindakan pemangkin untuk menghasilkan sebatian yang stabil, dan kemudian tindak balas penyahhidrogenan apabila hidrogen diperlukan. Bahan organik cecair tak tepu yang biasa digunakan dan sifatnya ditunjukkan dalam jadual. .
2) Penyimpanan hidrogen ammonia cecair
Hidrogen dan nitrogen disintesis menjadi ammonia cecair di bawah tindakan mangkin dan disimpan dan diangkut dalam bentuk ammonia cecair. Ammonia cecair terurai dan membebaskan hidrogen pada tekanan normal dan kira-kira 400 ℃. Berbanding dengan suhu pencairan hidrogen yang sangat rendah iaitu -253 ℃ yang diperlukan oleh teknologi penyimpanan hidrogen cecair suhu rendah, suhu pencairan ammonia pada satu atmosfera adalah lebih tinggi pada -33 ℃, dan kaedah "hidrogen-ammonia-hidrogen" menggunakan lebih sedikit tenaga, kurang sukar untuk dilaksanakan dan diangkut, dan kurang sukar. Pada masa yang sama, ketumpatan penyimpanan hidrogen isipadu dalam simpanan hidrogen ammonia cecair adalah 1.7 kali lebih tinggi daripada hidrogen cecair, dan jauh lebih tinggi daripada teknologi penyimpanan hidrogen gas treler tiub panjang. Teknologi ini mempunyai kelebihan tertentu dalam penyimpanan dan pengangkutan tenaga hidrogen jarak jauh. Walau bagaimanapun, simpanan hidrogen ammonia cecair juga mempunyai banyak kelemahan. Ammonia cecair sangat menghakis dan toksik, dan terdapat potensi risiko bahaya kepada peralatan, badan manusia dan alam sekitar semasa penyimpanan dan pengangkutan; proses ammonia sintetik agak matang di negara saya, tetapi terdapat bahagian tertentu kerugian dalam penukaran proses; peralatan untuk ammonia sintetik dan penguraian ammonia dan peralatan industri terminal masih perlu disepadukan.
3) Penyimpanan hidrogen metanol
Metanol hijau mempunyai ketumpatan tenaga yang tinggi dan merupakan kaedah penyimpanan dan pengangkutan tenaga cecair yang ideal. Menggunakan tenaga boleh diperbaharui untuk menjana hidrogen hijau dan kemudian menggabungkannya dengan karbon dioksida untuk menjana metanol hijau yang mudah disimpan dan diangkut adalah laluan penting kepada sifar pelepasan karbon.
3) Penyimpanan hidrogen hidrida penyelarasan
Penyimpanan hidrogen hidrida penyelarasan menggunakan logam alkali untuk bertindak balas dengan hidrogen untuk menghasilkan hidrida ionik, yang terurai menjadi hidrogen dalam keadaan tertentu. Jadual berikut menunjukkan sifat penyimpanan hidrogen bagi hidrida koordinasi sepunya.
4) Penyimpanan hidrogen oleh sebatian tak organik
Bahan simpanan hidrogen bukan organik adalah berdasarkan penukaran bersama antara bikarbonat dan format untuk mencapai penyimpanan dan pelepasan hidrogen.

Ringkasan: Pada masa ini, simpanan hidrogen gas bertekanan tinggi adalah arus perdana, tetapi pembangunannya telah dihadkan kerana keselamatan, dan ketumpatan penyimpanan hidrogen adalah rendah, yang tidak sesuai untuk pengangkutan jarak jauh berskala besar; penyimpanan hidrogen cecair suhu rendah menghadapi banyak kesukaran dalam pembangunannya di China kerana kos yang tinggi dan kesukaran dalam penyimpanan dan pengangkutan; teknologi penyimpanan hidrogen organik cecair mempunyai kelebihan besar dalam keselamatan, ketumpatan penyimpanan hidrogen, dan kecekapan penyimpanan dan pengangkutan. Di bawah premis bahawa penyimpanan hidrogen tekanan tinggi 70MPa dan penyimpanan hidrogen cecair suhu rendah di negara saya ketinggalan, ia dijangka menjadi salah satu cara utama penyimpanan dan pengangkutan hidrogen di negara saya pada masa hadapan. Sebagai bahan simpanan hidrogen, hidrida mempunyai kelebihan untuk menyimpan hidrogen pada ketumpatan tinggi di bawah tekanan rendah berbanding dengan hidrogen tekanan tinggi.