Qual método de armazenamento de hidrogênio é mais vantajoso?

Qual método de armazenamento de hidrogênio é mais vantajoso?

A tecnologia de armazenamento de hidrogénio percorre o extremo da energia do hidrogénio da cadeia industrial até ao extremo da célula de combustível e é um elo importante no controlo do custo do hidrogénio. O método de armazenamento do hidrogênio é motivo de grande preocupação para as pessoas. Atualmente, as tecnologias de armazenamento de hidrogênio comumente usadas incluem principalmente armazenamento físico de hidrogênio, armazenamento químico de hidrogênio e outros armazenamentos de hidrogênio.

1. Armazenamento físico de hidrogênio
A tecnologia de armazenamento físico de hidrogénio refere-se à tecnologia de aumentar a densidade do hidrogénio, alterando as condições de armazenamento de hidrogénio para alcançar o armazenamento de hidrogénio. Essa tecnologia é um processo puramente físico, não requer meio de armazenamento de hidrogênio, tem baixo custo, é fácil de liberar hidrogênio e possui alta concentração de hidrogênio. É dividido principalmente em armazenamento de hidrogênio gasoso de alta pressão e armazenamento de hidrogênio liquefeito de baixa temperatura.
1) Armazenamento de hidrogênio gasoso de alta pressão
A tecnologia de armazenamento de hidrogênio gasoso de alta pressão refere-se à compressão de hidrogênio sob alta pressão e ao armazenamento em forma gasosa de alta densidade. Possui características de baixo custo, baixo consumo de energia, fácil desidrogenação e amplas condições de trabalho. Esta é a tecnologia de armazenamento de hidrogênio mais madura e mais comumente usada. Porém, possui pequena reserva, alto consumo de energia, requer um recipiente resistente à pressão e apresenta fatores inseguros, como vazamento de hidrogênio e explosão do recipiente. A densidade de armazenamento de hidrogênio desta tecnologia é muito afetada pela pressão, e a pressão é limitada pelo material do tanque de armazenamento. Portanto, o atual foco de pesquisa é a melhoria dos materiais dos tanques de armazenamento. Em 30-40 MPa o aumento é mais rápido e quando a pressão é superior a 70 MPa a mudança é muito pequena. Portanto, a pressão de trabalho do tanque de armazenamento deve estar entre 35 e 70 MPa. Portanto, encontrar um tanque de armazenamento de hidrogênio leve e resistente a alta pressão tornou-se a chave para o armazenamento de hidrogênio gasoso em alta pressão. Atualmente, os recipientes de armazenamento de hidrogênio gasoso de alta pressão são divididos principalmente em quatro tipos: garrafas de metal de aço puro (Tipo I), garrafas enroladas em aro de fibra de aço (Tipo II), garrafas totalmente embaladas de fibra de alumínio (Tipo III) e plástico garrafas embrulhadas em fibra de forro (Tipo IV). Entre eles, as garrafas Tipo III e Tipo IV têm as vantagens da pequena relação peso-volume e alta densidade de armazenamento de hidrogênio por unidade de massa, e têm sido amplamente utilizadas em veículos com células de combustível de hidrogênio. A pressão de trabalho das garrafas de armazenamento de hidrogênio de alta pressão é geralmente de 35 a 70 MPa. Os sistemas domésticos de armazenamento de hidrogênio de alta pressão a bordo usam principalmente garrafas de 35 MPa Tipo III, enquanto os países estrangeiros usam principalmente garrafas de 70 MPa Tipo IV.
2) Armazenamento criogênico de hidrogênio líquido
A tecnologia criogênica de armazenamento de hidrogênio líquido utiliza as características da liquefação de hidrogênio sob condições de alta pressão e baixa temperatura, e sua densidade de volume é 845 vezes maior que a do estado gasoso, para alcançar o armazenamento eficiente de hidrogênio, e sua eficiência de transporte é maior que a do hidrogênio gasoso. No entanto, para garantir condições de baixa temperatura e alta pressão, não só existem requisitos para o material do tanque de armazenamento, mas também é necessário um esquema de isolamento rigoroso e equipamento de refrigeração correspondente. Portanto, o volume do tanque de armazenamento de hidrogênio líquido liquefeito criogênico é geralmente pequeno e a densidade de massa do hidrogênio é de cerca de 10%. A tecnologia criogênica de armazenamento de hidrogênio líquido é usada principalmente nos campos militar e aeroespacial, e a pesquisa e aplicação comercial apenas começaram. No entanto, devido às suas vantagens no armazenamento e transporte em grande escala e de longa distância, com a implementação formal dos três padrões nacionais do meu país para o hidrogénio líquido e o avanço contínuo e a redução de custos da tecnologia de armazenamento de hidrogénio, o armazenamento criogénico de hidrogénio líquido pode coexistir com armazenamento de hidrogénio gasoso de alta pressão no futuro.

2. Armazenamento químico de hidrogênio
A tecnologia química de armazenamento de hidrogênio é uma tecnologia que usa meios de armazenamento de hidrogênio para reagir com o hidrogênio sob certas condições para gerar compostos estáveis e, em seguida, libera hidrogênio alterando as condições. Inclui principalmente armazenamento de hidrogênio líquido orgânico, armazenamento de hidrogênio com amônia líquida, armazenamento coordenado de hidreto de hidrogênio, armazenamento de hidrogênio inorgânico e armazenamento de hidrogênio de metanol.
1) Armazenamento de hidrogênio líquido orgânico
A tecnologia de armazenamento de hidrogênio líquido orgânico é baseada na reação de hidrogenação de matéria orgânica líquida insaturada sob a ação de um catalisador para gerar compostos estáveis e, em seguida, na reação de desidrogenação quando o hidrogênio é necessário. A matéria orgânica líquida insaturada comumente usada e suas propriedades são mostradas na tabela. .
2) Armazenamento de hidrogênio com amônia líquida
O hidrogênio e o nitrogênio são sintetizados em amônia líquida sob a ação de um catalisador e armazenados e transportados na forma de amônia líquida. A amônia líquida se decompõe e libera hidrogênio à pressão normal e cerca de 400 ℃. Em comparação com a temperatura extremamente baixa de liquefação de hidrogênio de -253 ℃ exigida pela tecnologia de armazenamento de hidrogênio líquido de baixa temperatura, a temperatura de liquefação da amônia em uma atmosfera é muito mais alta em -33 ℃, e o método "hidrogênio-amônia-hidrogênio" consome menos energia, é menos difícil de implementar e transportar, e é menos difícil. Ao mesmo tempo, a densidade volumétrica de armazenamento de hidrogênio no armazenamento de hidrogênio com amônia líquida é 1,7 vezes maior do que a do hidrogênio líquido e é muito maior do que a tecnologia de armazenamento de hidrogênio gasoso em reboque de tubo longo. Esta tecnologia tem certas vantagens no armazenamento e transporte de energia de hidrogênio a longa distância. No entanto, o armazenamento de hidrogênio com amônia líquida também tem muitas desvantagens. A amônia líquida é altamente corrosiva e tóxica, e há riscos potenciais de danos aos equipamentos, ao corpo humano e ao meio ambiente durante o armazenamento e transporte; o processo de amônia sintética está relativamente maduro em meu país, mas há uma certa proporção de perda na conversão do processo; os equipamentos para amônia sintética e decomposição de amônia e os equipamentos da indústria terminal ainda precisam ser integrados.
3) Armazenamento de metanol e hidrogênio
O metanol verde tem alta densidade de energia e é um método ideal de armazenamento e transporte de energia líquida. Utilizar energia renovável para gerar hidrogénio verde e depois combiná-lo com dióxido de carbono para gerar metanol verde que seja fácil de armazenar e transportar é um caminho importante para zero emissões de carbono.
3) Armazenamento de coordenação de hidreto de hidrogênio
O armazenamento coordenado de hidreto de hidrogênio usa metais alcalinos para reagir com o hidrogênio para gerar hidretos iônicos, que se decompõem em hidrogênio sob certas condições. A tabela a seguir mostra as propriedades de armazenamento de hidrogênio de hidretos de coordenação comuns.
4) Armazenamento de hidrogênio por compostos inorgânicos
Os materiais inorgânicos de armazenamento de hidrogênio baseiam-se na conversão mútua entre bicarbonato e formato para obter armazenamento e liberação de hidrogênio.

Resumo: Atualmente, o armazenamento de hidrogénio gasoso de alta pressão é o principal, mas o seu desenvolvimento tem sido restringido devido à segurança, e a densidade de armazenamento de hidrogénio é baixa, o que não é adequado para transporte em larga escala e de longa distância; o armazenamento de hidrogénio líquido a baixa temperatura enfrenta muitas dificuldades no seu desenvolvimento na China devido ao seu elevado custo e dificuldade de armazenamento e transporte; a tecnologia de armazenamento de hidrogênio orgânico líquido tem grandes vantagens em segurança, densidade de armazenamento de hidrogênio e eficiência de armazenamento e transporte. Sob a premissa de que tanto o armazenamento de hidrogénio de alta pressão de 70MPa como o armazenamento de hidrogénio líquido a baixa temperatura no meu país estão atrasados, espera-se que se torne uma das principais formas de armazenamento e transporte de hidrogénio no meu país no futuro. Como material de armazenamento de hidrogênio, o hidreto tem a vantagem de armazenar hidrogênio em alta densidade sob baixa pressão em comparação com o hidrogênio de alta pressão.