Quale metodo di stoccaggio dell’idrogeno è più vantaggioso?

Quale metodo di stoccaggio dell’idrogeno è più vantaggioso?

La tecnologia di stoccaggio dell’idrogeno attraversa l’estremità dell’energia dell’idrogeno della catena industriale fino all’estremità delle celle a combustibile e rappresenta un anello importante nel controllo del costo dell’idrogeno. Il metodo di stoccaggio dell’idrogeno è motivo di grande preoccupazione per le persone. Attualmente, le tecnologie di stoccaggio dell’idrogeno comunemente utilizzate includono principalmente lo stoccaggio fisico dell’idrogeno, lo stoccaggio chimico dell’idrogeno e altri sistemi di stoccaggio dell’idrogeno.

1. Stoccaggio fisico dell'idrogeno
La tecnologia di stoccaggio fisico dell'idrogeno si riferisce alla tecnologia per aumentare la densità dell'idrogeno modificando le condizioni di stoccaggio dell'idrogeno per ottenere lo stoccaggio dell'idrogeno. Questa tecnologia è un processo puramente fisico, non richiede un mezzo di stoccaggio dell’idrogeno, ha un costo basso, rilascia facilmente idrogeno e ha un’elevata concentrazione di idrogeno. È principalmente suddiviso in stoccaggio di idrogeno gassoso ad alta pressione e stoccaggio di idrogeno liquefatto a bassa temperatura.
1) Stoccaggio di idrogeno gassoso ad alta pressione
La tecnologia di stoccaggio dell’idrogeno gassoso ad alta pressione si riferisce alla compressione dell’idrogeno ad alta pressione e allo stoccaggio in una forma gassosa ad alta densità. Ha le caratteristiche di basso costo, basso consumo energetico, facile deidrogenazione e ampie condizioni di lavoro. Questa è la tecnologia di stoccaggio dell’idrogeno più matura e più comunemente utilizzata. Tuttavia, ha una piccola riserva, un elevato consumo di energia, richiede un contenitore resistente alla pressione e presenta fattori pericolosi come perdite di idrogeno ed esplosione del contenitore. La densità di stoccaggio dell'idrogeno di questa tecnologia è fortemente influenzata dalla pressione e la pressione è limitata dal materiale del serbatoio di stoccaggio. Pertanto, l’attuale punto focale della ricerca è il miglioramento dei materiali dei serbatoi di stoccaggio. A 30-40 MPa l'aumento è più rapido, mentre quando la pressione è superiore a 70 MPa la variazione è molto piccola. Pertanto la pressione di esercizio del serbatoio di accumulo deve essere compresa tra 35 e 70 MPa. Pertanto, trovare un serbatoio di stoccaggio dell’idrogeno leggero e resistente alle alte pressioni è diventato la chiave per lo stoccaggio dell’idrogeno gassoso ad alta pressione. Attualmente, i contenitori di stoccaggio dell'idrogeno gassoso ad alta pressione sono principalmente suddivisi in quattro tipi: bottiglie di acciaio puro (Tipo I), bottiglie avvolte in fibra con rivestimento in acciaio (Tipo II), bottiglie completamente avvolte in fibra di rivestimento in alluminio (Tipo III) e bottiglie di plastica bottiglie avvolte in fibra di rivestimento (Tipo IV). Tra questi, le bottiglie di Tipo III e Tipo IV presentano i vantaggi di un ridotto rapporto peso-volume e di un'elevata densità di stoccaggio dell'idrogeno per unità di massa e sono state ampiamente utilizzate nei veicoli a celle a combustibile a idrogeno. La pressione di esercizio delle bombole di stoccaggio dell'idrogeno ad alta pressione è generalmente di 35-70 MPa. I sistemi nazionali di stoccaggio dell’idrogeno ad alta pressione di bordo utilizzano principalmente bombole di Tipo III da 35 MPa, mentre i paesi esteri utilizzano principalmente bombole di Tipo IV da 70 MPa.
2) Stoccaggio criogenico di idrogeno liquido
La tecnologia di stoccaggio criogenico dell'idrogeno liquido utilizza le caratteristiche della liquefazione dell'idrogeno in condizioni di alta pressione e bassa temperatura e la sua densità di volume è 845 volte quella dello stato gassoso, per ottenere uno stoccaggio efficiente dell'idrogeno e la sua efficienza di trasporto è superiore a quella dell'idrogeno gassoso. Tuttavia, per garantire condizioni di bassa temperatura e alta pressione, non solo sono richiesti requisiti per il materiale del serbatoio di stoccaggio, ma sono necessari anche uno schema rigoroso di isolamento e apparecchiature di raffreddamento. Pertanto, il volume del serbatoio di stoccaggio dell'idrogeno liquido liquefatto criogenico è generalmente piccolo e la densità di massa dell'idrogeno è di circa il 10%. La tecnologia di stoccaggio criogenico dell’idrogeno liquido è utilizzata principalmente nei campi militare e aerospaziale e la ricerca e l’applicazione commerciale sono appena iniziate. Tuttavia, a causa dei suoi vantaggi nello stoccaggio e nel trasporto su larga scala e a lunga distanza, con l'implementazione formale dei tre standard nazionali del mio paese per l'idrogeno liquido e il continuo progresso e la riduzione dei costi della tecnologia di stoccaggio dell'idrogeno, lo stoccaggio criogenico dell'idrogeno liquido può coesistere con stoccaggio dell’idrogeno gassoso ad alta pressione in futuro.

2. Stoccaggio chimico dell'idrogeno
La tecnologia di stoccaggio chimico dell'idrogeno è una tecnologia che utilizza mezzi di stoccaggio dell'idrogeno per reagire con l'idrogeno in determinate condizioni per generare composti stabili e quindi rilasciare idrogeno cambiando le condizioni. Comprende principalmente lo stoccaggio di idrogeno liquido organico, lo stoccaggio di idrogeno di ammoniaca liquida, lo stoccaggio coordinato di idrogeno idruro, lo stoccaggio di idrogeno inorganico e lo stoccaggio di idrogeno con metanolo.
1) Stoccaggio di idrogeno liquido organico
La tecnologia di stoccaggio dell'idrogeno liquido organico si basa sulla reazione di idrogenazione della materia organica liquida insatura sotto l'azione di un catalizzatore per generare composti stabili e quindi sulla reazione di deidrogenazione quando è necessario l'idrogeno. La materia organica liquida insatura comunemente usata e le sue proprietà sono mostrate nella tabella. .
2) Stoccaggio di idrogeno con ammoniaca liquida
L'idrogeno e l'azoto vengono sintetizzati in ammoniaca liquida sotto l'azione di un catalizzatore e immagazzinati e trasportati sotto forma di ammoniaca liquida. L'ammoniaca liquida si decompone e rilascia idrogeno a pressione normale e circa 400 ℃. Rispetto alla temperatura estremamente bassa di liquefazione dell'idrogeno di -253 ℃ richiesta dalla tecnologia di stoccaggio dell'idrogeno liquido a bassa temperatura, la temperatura di liquefazione dell'ammoniaca ad un'atmosfera è molto più alta a -33 ℃ e il metodo "idrogeno-ammoniaca-idrogeno" consuma meno energia, è meno difficile da implementare e trasportare ed è meno difficile. Allo stesso tempo, la densità volumetrica di stoccaggio dell'idrogeno nello stoccaggio dell'idrogeno con ammoniaca liquida è 1,7 volte superiore a quella dell'idrogeno liquido ed è molto superiore alla tecnologia di stoccaggio dell'idrogeno gassoso del rimorchio a tubo lungo. Questa tecnologia presenta alcuni vantaggi nello stoccaggio e nel trasporto dell’energia dell’idrogeno a lunga distanza. Tuttavia, lo stoccaggio dell’idrogeno e dell’ammoniaca liquida presenta anche molti svantaggi. L'ammoniaca liquida è altamente corrosiva e tossica e vi sono rischi potenziali di danni alle apparecchiature, al corpo umano e all'ambiente durante lo stoccaggio e il trasporto; il processo dell'ammoniaca sintetica è relativamente maturo nel mio paese, ma si verifica una certa percentuale di perdita nel processo di conversione; devono ancora essere integrate le apparecchiature per l'ammoniaca sintetica e la decomposizione dell'ammoniaca e le apparecchiature per l'industria terminale.
3) Stoccaggio dell'idrogeno al metanolo
Il metanolo verde ha un'elevata densità di energia ed è un metodo ideale per lo stoccaggio e il trasporto di energia liquida. Usare l’energia rinnovabile per generare idrogeno verde e poi combinarlo con l’anidride carbonica per generare metanolo verde facile da immagazzinare e trasportare è un percorso importante verso zero emissioni di carbonio.
3) Coordinamento dello stoccaggio dell'idrogeno idruro
Lo stoccaggio dell'idrogeno idruro di coordinazione utilizza metalli alcalini per reagire con l'idrogeno per generare idruri ionici, che si decompongono in idrogeno in determinate condizioni. La tabella seguente mostra le proprietà di stoccaggio dell'idrogeno dei comuni idruri di coordinazione.
4) Stoccaggio dell'idrogeno da parte di composti inorganici
I materiali inorganici per lo stoccaggio dell'idrogeno si basano sulla conversione reciproca tra bicarbonato e formiato per ottenere lo stoccaggio e il rilascio dell'idrogeno.

Riepilogo: attualmente, lo stoccaggio dell'idrogeno gassoso ad alta pressione è la corrente principale, ma il suo sviluppo è stato limitato a causa della sicurezza e la densità di stoccaggio dell'idrogeno è bassa, il che non è adatto per il trasporto su larga scala a lunga distanza; Lo stoccaggio dell’idrogeno liquido a bassa temperatura incontra molte difficoltà nel suo sviluppo in Cina a causa dei costi elevati e delle difficoltà di stoccaggio e trasporto; La tecnologia di stoccaggio dell’idrogeno organico liquido presenta grandi vantaggi in termini di sicurezza, densità di stoccaggio dell’idrogeno ed efficienza di stoccaggio e trasporto. Partendo dalla premessa che sia lo stoccaggio dell’idrogeno ad alta pressione da 70 MPa che lo stoccaggio dell’idrogeno liquido a bassa temperatura nel mio paese sono in ritardo, si prevede che in futuro diventerà uno dei principali modi di stoccaggio e trasporto dell’idrogeno nel mio paese. Come materiale per lo stoccaggio dell'idrogeno, l'idruro ha il vantaggio di immagazzinare idrogeno ad alta densità e a bassa pressione rispetto all'idrogeno ad alta pressione.