Quali sono le tecnologie di stoccaggio dell’idrogeno? (I) - Stoccaggio fisico (gas o liquido)

Quali sono le tecnologie di stoccaggio dell’idrogeno? (I) - Stoccaggio fisico (gas o liquido)

I metodi di stoccaggio dell’idrogeno utilizzati dall’industria e dal mondo accademico possono essere suddivisi in due tipologie:
Stoccaggio basato sulla fisica (gassoso o liquido)
Stoccaggio basato sui materiali (idrogeno che interagisce con i materiali di stoccaggio)

Nell'archiviazione basata sulla fisica, vengono comunemente utilizzati due metodi di archiviazione principali; sono depositi di idrogeno gassoso e liquido.

1.1 Stoccaggio dell'idrogeno gassoso

Lo stoccaggio gassoso prevede la pressurizzazione dell’idrogeno e il suo stoccaggio sotto forma di gas in contenitori specifici. A seconda della pressione, lo stoccaggio gassoso può essere suddiviso in stoccaggio a bassa pressione e stoccaggio ad alta pressione. L'idrogeno può essere immagazzinato a bassa pressione come il gas naturale, utilizzando serbatoi sigillati con acqua. Questo metodo è adatto per lo stoccaggio del gas su larga scala. Poiché la densità dell’idrogeno è bassa, ha poche applicazioni. Lo stoccaggio gassoso ad alta pressione è un metodo di stoccaggio comune e diretto. L'idrogeno può essere rilasciato direttamente attraverso la regolazione di una valvola ad alta pressione. Lo stoccaggio dell'idrogeno gassoso ad alta pressione nominale è un metodo di stoccaggio dell'idrogeno ampiamente utilizzato, semplice e facile. La velocità di carica e rilascio è elevata e può essere effettuata alla temperatura nominale. Tuttavia, i suoi svantaggi sono che richiede un contenitore pesante e resistente alla pressione, consuma una grande quantità di lavoro di compressione dell'idrogeno e presenta fattori pericolosi come una facile perdita di idrogeno e l'esplosione del contenitore.

Lo stoccaggio gassoso pone requisiti elevati ai serbatoi di gas. Attualmente, nei veicoli sono ampiamente utilizzati serbatoi di stoccaggio dell’idrogeno (350 bar e 700 bar) composti da fibra di carbonio di tipo IV. Per resistere a pressioni così elevate, il materiale del serbatoio deve essere molto resistente e la compressione dell'idrogeno a pressioni così elevate richiede un lavoro di compressione complicato, il costo è molto elevato.

Questo metodo di stoccaggio del gas compresso non viene utilizzato solo per i veicoli trasportati su strada, ma anche per applicazioni fisse nelle stazioni di servizio per la distribuzione di idrogeno e per la produzione stazionaria di energia.

1.2 Stoccaggio di idrogeno liquido

Ad una certa bassa temperatura, l'idrogeno esisterà in forma liquida. Pertanto, è possibile utilizzare una tecnologia di stoccaggio criogenico dell'idrogeno liquido: stoccaggio criogenico dell'idrogeno liquido. Simile alla liquefazione dell'aria, lo stoccaggio dell'idrogeno liquido a bassa temperatura viene prima compresso, prima di passare attraverso la valvola a farfalla per raffreddarsi, sottoposto all'espansione entalpica isotermica Joule-Thomson per produrre del liquido. Dopo che il liquido è stato separato, viene conservato in un recipiente isolato con alto vuoto e il gas continua il ciclo sopra descritto.

Lo stoccaggio dell’idrogeno liquido ha un’elevata densità di energia volumetrica, la densità dell'idrogeno liquido a temperatura e pressione normali è 845 volte quella dell'idrogeno gassoso e la densità di energia volumetrica è molte volte superiore a quella dello stoccaggio compresso. Rispetto ai contenitori per lo stoccaggio dell'idrogeno dello stesso volume, la qualità dello stoccaggio dell'idrogeno è notevolmente migliorata. La tecnologia di stoccaggio dell'idrogeno liquido è particolarmente adatta per situazioni di trasporto con spazio di stoccaggio limitato, come motori a razzo per navette spaziali, motori di automobili e veicoli per il trasporto aereo intercontinentale. Se considerato solo in termini di massa e volume, lo stoccaggio dell’idrogeno liquido è un modo estremamente ideale per immagazzinare l’idrogeno. Tuttavia, poiché la liquefazione dell’idrogeno richiede una grande quantità di energia di raffreddamento, la liquefazione di 1 kg di idrogeno richiede 4-10 kWh di elettricità, il che aumenta i costi di stoccaggio e utilizzo dell’idrogeno. Inoltre, i contenitori per lo stoccaggio dell'idrogeno liquido devono utilizzare contenitori speciali a temperatura ultrabassa. temperatura. Poiché il riempimento e l’isolamento dello stoccaggio dell’idrogeno liquido possono facilmente portare a maggiori perdite per evaporazione, i costi di stoccaggio sono più elevati e la tecnologia di sicurezza è più complicata. I contenitori per lo stoccaggio dell’idrogeno altamente isolati sono al centro della ricerca attuale.

1.3 Conservazione di congelamento e compressione

Lo stoccaggio di congelamento e compressione utilizza le proprietà dei metodi dell'idrogeno liquido e gassoso compresso per lo stoccaggio dell'idrogeno. Questa tecnologia può ridurre il tasso di evaporazione dell'idrogeno e mantenere completamente un'elevata densità di energia. I serbatoi di compressione solitamente immagazzinano l'idrogeno ad una temperatura di -253°C e ad un'alta pressione di circa 300 bar.