Стислий газоподібний водень

Пов’язані терміни:

  • Енергетична інженерія
  • Зберігання водню
  • Гідроген
  • Енергоносій
  • Паливний елемент
  • Рідкий водень

Завантажити у форматі PDF

водень

Про цю сторінку

Електричні гібридні транспортні засоби на паливних елементах (водню)

22.10.2 Поточні проблеми безпеки

В даний час стиснений газоподібний водень є основним потоком для зберігання на борту. Максимальний тиск при зберіганні коливається від 35 до 70 МПа. Використовуються резервуари типу 3 (алюмінієвий вкладиш) та типу 4 (полімерний вкладиш) із армованої вуглецевими волокнами смоли завдяки своїй вазі. На жаль, вогнестійкість цих танків низька. Наприклад, повідомлений час катастрофічного виходу з ладу танків типу 4 становить від 3,5 до 6,5 хвилин [59]. Сучасним «рішенням» для запобігання катастрофічним руйнуванням цих резервуарів в умовах пожежі є швидке вивільнення водню через пристрій для зниження теплового тиску (TPRD) порівняно великого діаметру близько 5 мм (до катастрофічного руйнування). Однак це "рішення", яке, ймовірно, є прийнятним у відкритій атмосфері, створює серйозні проблеми для безпеки життя та захисту майна, коли транспортний засіб перебуває в обмеженому просторі, як-от гараж, тунель тощо.

Воднева економіка - бачення або реальність?

11.5.2 Розподіл водню

Для транспортування та розподілу водню доступні різні варіанти, залежно від обсягів водню, відстані доставки та місцевих обставин: доставка стисненого газоподібного (CGH2) та рідкого водню (LH2) вантажівками та газоподібного водню трубопроводами.

Як правило, для невеликих кількостей на коротких відстанях до 200 км найбільш придатними є стиснені газоподібні водневі причепи (при 200 бар). Причепи з рідким воднем є найбільш економічними при менших обсягах та на більших відстанях, і з цієї причини є основним варіантом доставки в США; однак цей варіант вимагає спочатку зрідження водню, що є енергоємним процесом. 11 Недавнє досягнення - підвищення рівня тиску для розподілу стисненого газоподібного водню причепом з 200 до 500 бар, збільшуючи тим самим корисне навантаження з 400 кг до понад 1000 кг водню і забезпечуючи відстань доставки до 500 км.

Трубопроводи є кращим варіантом для великих кількостей та великих відстаней. Трубопроводи використовуються для транспортування водню понад 50 років, і сьогодні по всьому світу існує близько 16 000 км водневих трубопроводів, які постачають водень на нафтопереробні та хімічні заводи; існують щільні мережі, наприклад, між Бельгією, Францією та Нідерландами, в районі Руру в Німеччині або вздовж узбережжя Мексиканської затоки в США.

Спочатку, як очікується, газоподібні причепи будуть основним способом доставки HRS, вантажівки з рідким транспортом перекривають проміжок до трубопроводів. Дуже довгострокові кораблі з рідким воднем, які зараз розробляються в Японії, можуть навіть відкрити двері для транспортування водню в океані. Останнє може дозволити імпорт відновлюваного водню з віддалених місць з великою кількістю відновлюваних джерел енергії, але без великих центрів попиту на водень, або викопного водню (наприклад, з вугілля) з місць з хорошим потенціалом CCS.

Побудова водневої інфраструктури в Японії

14.6 Розподіл та зберігання водню

Для широкомасштабного транспортування водню рідкий водень вважався кращим методом через його більш високу щільність енергії порівняно із стисненим газоподібним воднем. У 2006 році корпорація Iwatani розпочала експлуатацію в Японії заводу зрідження водню «Hydro-Edge», що виробляє близько 200 кг водню на годину. На заводі в Харімі Kawasaki Heavy Industries в 2014 році була створена ще одна установка для зрідження водню. Потужність зрідження цієї фабрики становить 5 тонн на добу, що відповідає 1000 автомобілів за умови заповнення електромобілів на паливних елементах. Використовуючи вантажні автомобілі-цистерни з рідким воднем або причепи для рідкого водню, за доставку можна транспортувати 2-3 тонни водню, але близько 30% енергії водню витрачається на його скраплення, і, крім того, надзвичайно низька температура рідкого водню означає, що рідкий водень не придатний для тривалого зберігання через википання. Тому стиснений газоподібний водень до 40 МПа також визнаний важливим способом транспортування водню, хоча одночасно можна транспортувати лише 200–300 кг водню.

Як альтернативу скрапленому або стисненому газоподібному водню, концепція зберігання водню Chiyoda SPERA, запропонована корпорацією Chiyoda, в якій метилциклогексан у гідрованому стані може десорбувати водень за допомогою відповідного каталізатора (http://www.chiyoda-corp.com/technology/en/spera-hydrogen /), може комерціалізуватися. Це нова концепція ланцюга постачання водню, розроблена Chiyoda, у формі LOHC, використовуючи систему толуол/метилциклогексан. У цьому методі водень фіксується до толуолу за допомогою реакції гідрування і перетворюється в метилциклогексан (MCH), який можна розвантажувати та транспортувати за допомогою хімічного танкера, як толуол. На стороні попиту водень утворюється з МСН в результаті реакції дегідрування, а толуол відновлюється разом з воднем, що подається в існуючі інфраструктури. LOHC є альтернативою для великомасштабного зберігання та транспортування водню на великі відстані при температурі навколишнього середовища та тиску, а також потенційно конкуруючою концепцією транспортування LH2, оскільки не вимагає великих капіталовкладень для зрідження водню та суден, призначених для транспортування водню.

Науково-дослідний центр Chiyoda продемонстрував десорбцію водню 50 Нм 3 протягом 1 години. Ця система повинна бути перспективною для транспортування на великі відстані та тривалого зберігання водню. В принципі, для утворення 1 моль водню з цього метилциклогексану повинно бути потрібно близько 60 кДж, що відповідає 25% енергії утвореного водню.

Крім того, аміак є ще одним можливим транспортним носієм водню. Проект енергоносія в рамках “Міжвідомчої програми сприяння стратегічним інноваціям (SIP)” в Японії був розпочатий у 2014 році і зосереджений, зокрема, на розробці технології синтезу аміаку та органічних гідридів з високою енергоефективністю. Близько 170 мільйонів тонн аміаку виробляється промисловим способом у всьому світі за допомогою процесу Габера – Боша з водню та азоту. Оскільки на крекінг молекули аміаку можна витратити лише близько 12% енергії утвореного водню, аміак визнаний перспективним носієм водню. Звичайно, видалення залишкового аміаку було б досить важливим питанням, оскільки навіть 1 ppm аміаку серйозно пошкоджує протонообмінну мембрану FC.

Актуальність відновлюваних джерел чистої енергії - Рішення - Пріоритети

Проект SHEE-TREE

ОЛЕ-ДЕРЕВО проект складається з сонячних водневих електростанцій, розташованих в пустелях Північної Африки, трубопровідної системи, що транспортує стиснений газоподібний водень через Сицилійську протоку та через Італію до терміналів у Швейцарії, що мають сполучення з сусідніми країнами (див. виставку).

Електростанції розщеплюють воду до водню та кисню за допомогою електролізерів. На першій стадії ці електролізери живляться за допомогою сонячнотермічного процесу, що складається з геліостатів, парогенераторів, парових турбін та електричних генераторів. На подальших стадіях розширення можуть бути розглянуті й інші технології виробництва, такі як масиви фотоелектричних або фотохімічних сонячних елементів, як тільки ці технології стануть конкурентоспроможними до сонячної теплової концепції.

Технічна доцільність виглядає як незначна проблема у порівнянні з політичною прийнятністю та доцільністю, а також щодо податку, який повинен бути обкладений зовнішніми витратами на викопне паливо для фінансування проекту SHEE-TREE та субсидування виробленої сонячної енергії водню спочатку, доки є конкурентоспроможним з викопним паливом (див. додаток 2). Потрібна значна "політична інженерія", щоб перетворити протидію енергетичних конкурентів на плідну та доцільну співпрацю з однією спільною метою: порятунок нашої планети.