Wodór - Magazynowanie

Wodór

Wodór jako gaz jest dosyć niebezpieczny. W związku z tym jego magazynowanie stanowi duży problem. Ze względu na bardzo mały ciężar właściwy przechowywanie wodoru w postaci gazowej w warunkach normalnych prowadziłoby do niewielkiej gęstości zmagazynowanej energii. Obecnie wykorzystywanych jest kilka metod przechowywania wodoru w następujących postaciach:

1. Sprężony w postaci gazowej

Do sprężenia wodoru potrzebne są duże nakłady energii a mała gęstość wodoru sprawia, iż nawet pod dużymi ciśnieniami zgromadzona jest mała ilość energii użytecznej. To natomiast prowadzi do dużych objętości zbiorników, jak i wysokich kosztów materiałów.

Wodór przechowywany jest w temperaturze ok. 298 K i w zakresie ciśnień od 150 do 800 bar. Ciśnienia są uzależnione od typu zastosowania i tak w systemach mobilnych małej mocy używa się najniższych ciśnień, przy zastosowaniach w samochodach i autobusach stosuje się zbiorniki o ciśnieniu 350 bar, a dla zastosowań stacjonarnych 800 bar.

Najnowsza technologia lekkich zbiorników ciśnieniowych wyposażonych w specjalne przepony, pozwala na magazynowanie wodoru pod ciśnieniem 700 bar a ilość zmagazynowanego gazu równa jest 12% masy zbiornika.

2. W postaci ciekłej

Skroplenie wodoru wymaga znacznie wyższych nakładów energii niż jego sprężenie. Dodatkowo musi być on przechowywany w temperaturze 20 K, co prowadzi do wysokich kosztów materiałowych. Ten sposób magazynowania wodoru nie nadaje się również do zastosowań, w których wodór nie jest pobierany w sposób ciągły. Wynika to ze strat wodoru poprzez odparowanie.

W obecnej chwili badane są hybrydowe zbiorniki łączące cechy zbiorników kriogenicznych i ciśnieniowych. Zbiorniki te są lżejsze niż fizyczne wodorki metali, mniejsze niż zwykłe zbiorniki ciśnieniowe, potrzebują mniejszych nakładów energii do skroplenia wodoru jak również wykazują mniejsze straty w wyniku odparowania wodoru, niż w przypadku tradycyjnych zbiorników ciekłego wodoru.

3. Fizyczne wodorki metali

Wodór może być zaadsorbowany na powierzchni stopów niklu (np. LaNi5) i chromu (np. ZrCr2). Podczas napełniania zbiorników wodorem wydziela się energia w postaci ciepła, która najczęściej jest tracona. Analogicznie, do odzyskania wodoru potrzebne jest dostarczenie ciepła do zbiornika, a prędkość wydzielania się wodoru jest uzależniona od ilości dostarczonej energii. Podczas gdy w przypadku małych, dobrze zaprojektowanych zbiorników dodatkowe ciepło może nie być konieczne, tak przy większych zbiornikach odzysk wodoru może być znacznie bardziej kłopotliwy. Wynika to z tego, iż prędkość wydzielania się wodoru będzie ściśle uzależniona od temperatury otoczenia.

Obecny stan technologii fizycznych wodorków metali nie pozwala na magazynowanie większej ilości wodoru niż 5% masy zbiornika. Oznacza to, iż zbiornik ważący 200 kg będzie zawierał jedynie 10kg wodoru, co odpowiada mniej więcej 40 litrom benzyny. Jednak gdyby w samochodzie było zainstalowane ogniwo paliwowe, które ma sprawność około dwukrotnie wyższą niż silnik spalinowy, oznaczałoby to, iż ta równowartość 40 litrów benzyny starczy na przejechanie odległości dwukrotnie większej niż w przypadku zwykłego samochodu.

4. Chemiczne wodorki metali

Wodór może być również magazynowany w postaci związków chemicznych takich jak CaH2, KH, LiH, NaH, LiBH4, NaBH4. Reakcja uwalniania wodoru ze związku takiego na przykład jak borowodorek sodu, jest stosunkowo prosta. Wystarczy dostarczyć wody i praktycznie jakikolwiek katalizator, żeby odzyskać wodór. Metoda ta wydaje się być bardzo dobra, gdyż otrzymujemy dwa razy więcej wodoru niż było zmagazynowane, co jest efektem rozbicia cząsteczki wody.

NaBH4 + 2H2O → 4H2 + NaBO2

Magazynowanie wodoru przy użyciu borowodorku sodu jest najbardziej rozwiniętą technologią chemicznych wodorków metali. Metodę tą zaprezentowano w prototypowym samochodzie osobowym marki DaimlerChrysler model Natrium.

Przeczytaj o możliwościach adsorpcji wodoru na węglach aktywnych:

Okładka biuletynu Polskiego Stowarzyszenia Wodoru i Ogniw Paliwowych Okładka materiałów konferencyjnych Węgiel Aktywny w Ochronie Środowiska i Przemyśle
Magazynowanie wodoru w porowatych materiałach węglowych Adsorpcja wodoru na materiałach węglowych