ما هي طريقة تخزين الهيدروجين الأكثر فائدة؟

ما هي طريقة تخزين الهيدروجين الأكثر فائدة؟

وتمتد تكنولوجيا تخزين الهيدروجين عبر نهاية الطاقة الهيدروجينية للسلسلة الصناعية إلى نهاية خلية الوقود، وهي حلقة مهمة في التحكم في تكلفة الهيدروجين. تعتبر طريقة تخزين الهيدروجين مصدر قلق كبير للناس. حاليًا، تشتمل تقنيات تخزين الهيدروجين شائعة الاستخدام بشكل أساسي على تخزين الهيدروجين الفيزيائي وتخزين الهيدروجين الكيميائي وتخزين الهيدروجين الآخر.

1. تخزين الهيدروجين الفيزيائي
تشير تقنية تخزين الهيدروجين الفيزيائي إلى تقنية زيادة كثافة الهيدروجين عن طريق تغيير ظروف تخزين الهيدروجين لتحقيق تخزين الهيدروجين. هذه التكنولوجيا هي عملية فيزيائية بحتة، ولا تتطلب وسيلة لتخزين الهيدروجين، وهي منخفضة التكلفة، وسهلة إطلاق الهيدروجين، ولها تركيز عالي من الهيدروجين. وهي مقسمة بشكل أساسي إلى تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط وتخزين الهيدروجين المسال بدرجة حرارة منخفضة.
1) تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط
تشير تقنية تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط إلى ضغط الهيدروجين تحت ضغط عالٍ وتخزينه في شكل غازي عالي الكثافة. إنها تتميز بخصائص التكلفة المنخفضة، استهلاك الطاقة المنخفض، إزالة الهيدروجين السهلة، وظروف العمل الواسعة. هذه هي تقنية تخزين الهيدروجين الأكثر نضجًا والأكثر استخدامًا. إلا أنها تتمتع باحتياطي صغير، واستهلاك عالي للطاقة، وتتطلب حاوية مقاومة للضغط، ولها عوامل غير آمنة مثل تسرب الهيدروجين وانفجار الحاوية. تتأثر كثافة تخزين الهيدروجين في هذه التقنية بشكل كبير بالضغط، ويكون الضغط محدودًا بمادة خزان التخزين. ولذلك، فإن النقطة الساخنة للبحث الحالي هي تحسين مواد صهاريج التخزين. عند 30-40 ميجا باسكال، تكون الزيادة أسرع، وعندما يكون الضغط أكبر من 70 ميجا باسكال، يكون التغيير صغيرًا جدًا. ولذلك، يجب أن يكون ضغط العمل للخزان بين 35 و 70 ميجا باسكال. لذلك، أصبح العثور على خزان هيدروجين خفيف الوزن ومقاوم للضغط العالي هو المفتاح لتخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط. في الوقت الحاضر، تنقسم حاويات تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط بشكل أساسي إلى أربعة أنواع: الزجاجات المعدنية المصنوعة من الفولاذ النقي (النوع الأول)، والزجاجات ذات البطانة المصنوعة من الألياف الفولاذية (النوع الثاني)، والزجاجات المغلفة بالكامل بألياف الألومنيوم (النوع الثالث) والبلاستيك. الزجاجات المغلفة بالألياف المبطنة (النوع الرابع). من بينها، تتميز الزجاجات من النوع الثالث والنوع الرابع بمزايا نسبة الوزن إلى الحجم الصغيرة وكثافة تخزين الهيدروجين العالية لكل وحدة كتلة، وقد تم استخدامها على نطاق واسع في مركبات خلايا وقود الهيدروجين. يتراوح ضغط العمل لزجاجات تخزين الهيدروجين عالية الضغط عمومًا بين 35 و70 ميجا باسكال. تستخدم أنظمة تخزين الهيدروجين عالية الضغط المحلية على متن الطائرة بشكل أساسي زجاجات 35 ميجا باسكال من النوع III، بينما تستخدم الدول الأجنبية بشكل أساسي زجاجات 70 ميجا باسكال من النوع الرابع.
2) تخزين الهيدروجين السائل المبرد
تستخدم تكنولوجيا تخزين الهيدروجين السائل المبرد خصائص تسييل الهيدروجين تحت ظروف الضغط العالي ودرجات الحرارة المنخفضة، وتبلغ كثافته الحجمية 845 مرة كثافة الحالة الغازية، لتحقيق تخزين فعال للهيدروجين، وكفاءة النقل أعلى من كفاءة الهيدروجين الغازي. ومع ذلك، من أجل ضمان ظروف درجة الحرارة المنخفضة والضغط العالي، لا توجد متطلبات لمواد خزان التخزين فحسب، بل يلزم أيضًا نظام عزل صارم مطابق ومعدات تبريد. ولذلك، فإن حجم خزان تخزين الهيدروجين السائل المسال المبرد صغير بشكل عام، وكثافة كتلة الهيدروجين حوالي 10٪. تُستخدم تكنولوجيا تخزين الهيدروجين السائل المبرد بشكل رئيسي في المجالات العسكرية والفضائية، وقد بدأت للتو الأبحاث والتطبيقات التجارية. ومع ذلك، نظرًا لمزاياه في التخزين والنقل على نطاق واسع وبعيد المدى، ومع التنفيذ الرسمي للمعايير الوطنية الثلاثة لبلدي للهيدروجين السائل والتقدم المستمر وخفض تكلفة تكنولوجيا تخزين الهيدروجين، قد يتعايش تخزين الهيدروجين السائل المبرد مع تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط في المستقبل.

2. تخزين الهيدروجين الكيميائي
تكنولوجيا تخزين الهيدروجين الكيميائي هي تقنية تستخدم وسائط تخزين الهيدروجين للتفاعل مع الهيدروجين تحت ظروف معينة لتوليد مركبات مستقرة، ثم إطلاق الهيدروجين عن طريق تغيير الظروف. وهي تشمل بشكل أساسي تخزين الهيدروجين السائل العضوي، وتخزين هيدروجين الأمونيا السائل، وتخزين هيدروجين الهيدريد المنسق، وتخزين الهيدروجين غير العضوي، وتخزين هيدروجين الميثانول.
1) تخزين الهيدروجين السائل العضوي
تعتمد تكنولوجيا تخزين الهيدروجين السائل العضوي على تفاعل هدرجة المادة العضوية السائلة غير المشبعة تحت تأثير المحفز لتوليد مركبات مستقرة، ومن ثم تفاعل نزع الهيدروجين عند الحاجة إلى الهيدروجين. المواد العضوية السائلة غير المشبعة شائعة الاستخدام وخصائصها مبينة في الجدول. .
2) تخزين هيدروجين الأمونيا السائلة
يتم تصنيع الهيدروجين والنيتروجين في الأمونيا السائلة تحت تأثير المحفز ويتم تخزينها ونقلها على شكل أمونيا سائلة. تتحلل الأمونيا السائلة وتطلق الهيدروجين عند الضغط الطبيعي وحوالي 400 درجة مئوية. بالمقارنة مع درجة حرارة تسييل الهيدروجين المنخفضة للغاية والتي تبلغ -253 درجة مئوية والتي تتطلبها تكنولوجيا تخزين الهيدروجين السائل ذو درجة الحرارة المنخفضة، فإن درجة حرارة تسييل الأمونيا في جو واحد أعلى بكثير عند -33 درجة مئوية، وتستهلك طريقة "الهيدروجين والأمونيا والهيدروجين" أقل الطاقة، وهي أقل صعوبة في التنفيذ والنقل، كما أنها أقل صعوبة. وفي الوقت نفسه، فإن كثافة تخزين الهيدروجين الحجمي في تخزين هيدروجين الأمونيا السائلة أعلى بمقدار 1.7 مرة من كثافة الهيدروجين السائل، وهي أعلى بكثير من تكنولوجيا تخزين الهيدروجين الغازي ذات الأنبوب الطويل. تتمتع هذه التكنولوجيا بمزايا معينة في تخزين ونقل طاقة الهيدروجين لمسافات طويلة. ومع ذلك، فإن تخزين هيدروجين الأمونيا السائلة له أيضًا العديد من العيوب. الأمونيا السائلة شديدة التآكل والسامة، وهناك مخاطر محتملة لإلحاق الضرر بالمعدات وجسم الإنسان والبيئة أثناء التخزين والنقل؛ تعد عملية الأمونيا الاصطناعية ناضجة نسبيًا في بلدي، ولكن هناك نسبة معينة من الخسارة في تحويل العملية؛ لا تزال معدات الأمونيا الاصطناعية وتحلل الأمونيا ومعدات الصناعة الطرفية بحاجة إلى التكامل.
3) تخزين هيدروجين الميثانول
يتمتع الميثانول الأخضر بكثافة طاقة عالية وهو وسيلة مثالية لتخزين ونقل الطاقة السائلة. يعد استخدام الطاقة المتجددة لتوليد الهيدروجين الأخضر ثم دمجه مع ثاني أكسيد الكربون لتوليد الميثانول الأخضر الذي يسهل تخزينه ونقله طريقًا مهمًا للوصول إلى انبعاثات الكربون الصفرية.
3) تنسيق تخزين هيدروجين الهيدريد
يستخدم تخزين هيدروجين الهيدريد بالتنسيق معادن قلوية للتفاعل مع الهيدروجين لتوليد الهيدريدات الأيونية، التي تتحلل إلى هيدروجين في ظل ظروف معينة. يوضح الجدول التالي خصائص تخزين الهيدروجين لهيدريدات التنسيق المشتركة.
4) تخزين الهيدروجين بواسطة المركبات غير العضوية
تعتمد مواد تخزين الهيدروجين غير العضوية على التحويل المتبادل بين البيكربونات والفورمات لتحقيق تخزين الهيدروجين وإطلاقه.

ملخص: في الوقت الحالي، يعد تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط هو الاتجاه السائد، ولكن تم تقييد تطويره بسبب السلامة، وكثافة تخزين الهيدروجين منخفضة، وهي غير مناسبة للنقل لمسافات طويلة على نطاق واسع؛ ويواجه تخزين الهيدروجين السائل منخفض الحرارة العديد من الصعوبات في تطويره في الصين بسبب تكلفته العالية وصعوبة تخزينه ونقله؛ تتمتع تكنولوجيا تخزين الهيدروجين العضوي السائل بمزايا كبيرة من حيث السلامة وكثافة تخزين الهيدروجين وكفاءة التخزين والنقل. في ظل فرضية أن تخزين الهيدروجين عالي الضغط بقدرة 70 ميجا باسكال وتخزين الهيدروجين السائل ذو درجة الحرارة المنخفضة في بلدي يتخلفان عن الركب، فمن المتوقع أن يصبح أحد الطرق الرئيسية لتخزين الهيدروجين ونقله في بلدي في المستقبل. باعتباره مادة لتخزين الهيدروجين، يتمتع الهيدريد بميزة تخزين الهيدروجين بكثافة عالية تحت ضغط منخفض مقارنة بالهيدروجين عالي الضغط.