ما هي تقنيات تخزين الهيدروجين؟ (I) - التخزين المادي (غاز أو سائل)

ما هي تقنيات تخزين الهيدروجين؟ (I) - التخزين الفيزيائي (الغاز أو السائل)

يمكن تقسيم طرق تخزين الهيدروجين المستخدمة في الصناعة والأوساط الأكاديمية إلى نوعين:
التخزين القائم على الفيزياء (الغازية أو السائلة)
التخزين المعتمد على المواد (تفاعل الهيدروجين مع مواد التخزين)

في التخزين القائم على الفيزياء، يتم استخدام طريقتين رئيسيتين للتخزين بشكل شائع؛ فهي تخزين الهيدروجين الغازي والسائل.

1.1 تخزين الهيدروجين الغازي

يتضمن التخزين الغازي ضغط الهيدروجين وتخزينه في شكل غاز في حاويات محددة. اعتمادًا على الضغط، يمكن تقسيم تخزين الغاز إلى تخزين منخفض الضغط ومخزن عالي الضغط. ويمكن تخزين الهيدروجين عند ضغط منخفض مثل الغاز الطبيعي، باستخدام خزانات محكمة الغلق بالماء. هذه الطريقة مناسبة لتخزين الغاز على نطاق واسع. وبما أن كثافة الهيدروجين منخفضة، فإن له تطبيقات قليلة. يعد التخزين الغازي عالي الضغط طريقة تخزين شائعة ومباشرة. يمكن إطلاق الهيدروجين مباشرة من خلال تعديل صمام الضغط العالي. يعد تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط الاسمي طريقة تخزين الهيدروجين المستخدمة على نطاق واسع وبسيطة وسهلة. سرعة الشحن والإطلاق سريعة ويمكن تنفيذها عند درجة حرارة اسمية. إلا أن عيوبها هي أنها تتطلب حاوية ثقيلة مقاومة للضغط، وتستهلك كمية كبيرة من أعمال ضغط الهيدروجين، ولها عوامل غير آمنة مثل سهولة تسرب الهيدروجين وانفجار الحاوية.

تخزين الغازات يضع متطلبات عالية على خزانات الغاز. حاليًا، تُستخدم صهاريج تخزين الهيدروجين (350 بار و700 بار) المكونة من ألياف الكربون من النوع الرابع على نطاق واسع في المركبات. من أجل تحمل مثل هذه الضغوط العالية، يجب أن تكون مادة الخزان قوية جدًا، وضغط الهيدروجين لمثل هذه الضغوط العالية يتطلب عمل ضغط معقد، والتكلفة مرتفعة جدًا.

لا تُستخدم طريقة تخزين الغاز المضغوط هذه في المركبات المنقولة على الطرق فحسب، بل تُستخدم أيضًا في التطبيقات الثابتة في محطات الوقود لتوزيع الهيدروجين وتوليد الطاقة الثابتة.

1.2 تخزين الهيدروجين السائل

عند درجة حرارة منخفضة معينة، سيتواجد الهيدروجين في صورة سائلة. لذلك، يمكن استخدام تقنية تخزين الهيدروجين السائل المبرد - تخزين الهيدروجين السائل المبرد. على غرار تسييل الهواء، يتم تخزين الهيدروجين السائل عند درجة حرارة منخفضة أولاً بواسطة الهيدروجين المضغوط، قبل المرور عبر صمام الخانق ليبرد، ويخضع لتمدد المحتوى الحراري متساوي الحرارة لجول طومسون لإنتاج بعض السوائل. بعد فصل السائل، يتم تخزينه في وعاء معزول ذو فراغ عالي، ويستمر الغاز في الدورة المذكورة أعلاه.

يحتوي تخزين الهيدروجين السائل على كثافة طاقة حجمية عاليةتبلغ كثافة الهيدروجين السائل عند درجة الحرارة والضغط العاديين 845 مرة كثافة الهيدروجين الغازي، وكثافة الطاقة الحجمية أعلى بعدة مرات من كثافة التخزين المضغوط. بالمقارنة مع حاويات تخزين الهيدروجين من نفس الحجم، فإن جودة تخزين الهيدروجين تتحسن بشكل كبير. تعتبر تكنولوجيا تخزين الهيدروجين السائل مناسبة بشكل خاص لحالات النقل ذات مساحة التخزين المحدودة، مثل محركات الصواريخ للمكوكات الفضائية، ومحركات السيارات، ومركبات النقل الجوي العابرة للقارات. إذا تم النظر فقط من حيث الكتلة والحجم، فإن تخزين الهيدروجين السائل يعد وسيلة مثالية للغاية لتخزين الهيدروجين. ومع ذلك، بما أن تسييل الهيدروجين يتطلب كمية كبيرة من طاقة التبريد، فإن تسييل 1 كجم من الهيدروجين يتطلب 4-10 كيلووات ساعة من الكهرباء، مما يزيد من تكلفة تخزين الهيدروجين واستخدامه. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تستخدم حاويات تخزين الهيدروجين السائل حاويات خاصة ذات درجة حرارة منخفضة للغاية. درجة حرارة. نظرًا لأن تعبئة وعزل تخزين الهيدروجين السائل يمكن أن يؤدي بسهولة إلى خسائر تبخر أعلى، فإن تكلفة التخزين أكثر تكلفة وتكنولوجيا السلامة أكثر تعقيدًا. حاويات تخزين الهيدروجين المعزولة للغاية هي محور البحث الحالي.

1.3 تخزين التجميد والضغط

يستخدم التخزين بالتجميد والضغط خصائص طرق الهيدروجين السائل والغازي المضغوط لتخزين الهيدروجين. يمكن لهذه التقنية تقليل معدل تبخر الهيدروجين والحفاظ تمامًا على كثافة الطاقة العالية. تقوم خزانات الضغط عادة بتخزين الهيدروجين عند درجة حرارة -253 درجة مئوية وضغط مرتفع يبلغ حوالي 300 بار.