Quais são as tecnologias de armazenamento de hidrogênio? (I) - Armazenamento de base física (gás ou líquido)

Quais são as tecnologias de armazenamento de hidrogênio? (I) - Armazenamento de base física (gás ou líquido)

Os métodos de armazenamento de hidrogênio utilizados pela indústria e pela academia podem ser divididos em dois tipos:
Armazenamento baseado em física (gasoso ou líquido)
Armazenamento baseado em materiais (hidrogênio interagindo com materiais de armazenamento)

No armazenamento baseado em física, dois métodos principais de armazenamento são comumente usados; eles são armazenamento de hidrogênio gasoso e líquido.

1.1 Armazenamento de hidrogênio gasoso

O armazenamento gasoso envolve pressurizar o hidrogênio e armazená-lo na forma de gás em recipientes específicos. Dependendo da pressão, o armazenamento gasoso pode ser dividido em armazenamento de baixa pressão e armazenamento de alta pressão. O hidrogênio pode ser armazenado em baixa pressão como o gás natural, usando tanques selados com água. Este método é adequado para armazenamento de gás em grande escala. Como a densidade do hidrogênio é baixa, ele tem poucas aplicações. O armazenamento gasoso de alta pressão é um método de armazenamento comum e direto. O hidrogênio pode ser liberado diretamente através do ajuste de uma válvula de alta pressão. O armazenamento nominal de hidrogênio gasoso de alta pressão é um método de armazenamento de hidrogênio amplamente utilizado, simples e fácil. A velocidade de carregamento e liberação é rápida e pode ser realizada em temperatura nominal. No entanto, suas desvantagens são que ele requer um recipiente resistente à pressão pesada, consome uma grande quantidade de trabalho de compressão de hidrogênio e possui fatores inseguros, como fácil vazamento de hidrogênio e explosão do recipiente.

O armazenamento de gases exige muito dos tanques de gás. Atualmente, tanques de armazenamento de hidrogênio (350 bar e 700 bar) compostos por fibra de carbono tipo IV são amplamente utilizados em veículos. Para suportar pressões tão altas, o material do tanque deve ser muito forte, e comprimir o hidrogênio a pressões tão altas requer um trabalho de compressão complicado, o custo é muito alto.

Este método de armazenamento de gás comprimido não é utilizado apenas para veículos transportados por estrada, mas também para aplicações estacionárias em postos de gasolina para distribuição de hidrogênio e geração estacionária de energia..

1.2 Armazenamento de hidrogênio líquido

A uma certa temperatura baixa, o hidrogênio existirá na forma líquida. Portanto, uma tecnologia de armazenamento de hidrogênio líquido criogênico pode ser usada - armazenamento de hidrogênio líquido criogênico. Semelhante à liquefação do ar, o armazenamento de hidrogênio líquido em baixa temperatura é primeiro o hidrogênio comprimido, antes de passar pela válvula borboleta para esfriar, sofre expansão de entalpia isotérmica de Joule-Thomson para produzir algum líquido. Após a separação do líquido, ele é armazenado em um recipiente isolado com alto vácuo e o gás continua o ciclo acima.

O armazenamento de hidrogênio líquido tem alta densidade de energia volumétrica, a densidade do hidrogênio líquido em temperatura e pressão normais é 845 vezes maior que a do hidrogênio gasoso, e a densidade de energia volumétrica é várias vezes maior que a do armazenamento comprimido. Em comparação com recipientes de armazenamento de hidrogênio do mesmo volume, a qualidade do armazenamento de hidrogênio é bastante melhorada. A tecnologia de armazenamento de hidrogênio líquido é particularmente adequada para situações de transporte com espaço de armazenamento limitado, como motores de foguetes para ônibus espaciais, motores de automóveis e veículos de transporte de voos intercontinentais. Se considerado apenas em termos de massa e volume, o armazenamento de hidrogénio líquido é uma forma extremamente ideal de armazenar hidrogénio. No entanto, uma vez que a liquefação do hidrogénio requer uma grande quantidade de energia de arrefecimento, a liquefação de 1 kg de hidrogénio requer 4-10 kWh de eletricidade, o que aumenta o custo do armazenamento e utilização do hidrogénio. Além disso, os recipientes de armazenamento de hidrogênio líquido devem usar recipientes especiais de temperatura ultrabaixa. temperatura. Uma vez que o enchimento e o isolamento do armazenamento de hidrogénio líquido podem facilmente levar a maiores perdas por evaporação, o custo de armazenamento é mais caro e a tecnologia de segurança é mais complicada. Recipientes de armazenamento de hidrogênio altamente isolados são o foco da pesquisa atual.

1.3 Congelando e compactando armazenamento

O armazenamento por congelamento e compressão usa as propriedades dos métodos de hidrogênio líquido e gasoso comprimido para armazenamento de hidrogênio. Esta tecnologia pode reduzir a taxa de evaporação do hidrogênio e manter completamente a alta densidade de energia. Os tanques de compressão normalmente armazenam hidrogênio a uma temperatura de -253°C e uma alta pressão de aproximadamente 300 bar.