Wodór – zielone złoto. Bezpieczne magazynowanie – szanse i wyzwania (cz.IV)

W tej części przybliżymy tematykę magazynowania wodoru, stanowiącą wyzwanie dla jego dalszego skutecznego wdrażania w poszczególnych gałęziach przemysłu.

Wodór ma najwyższą energię w przeliczeniu na masę, ze wszystkich paliw; jednak jego niska gęstość w temperaturze otoczenia skutkuje niską energią na jednostkę objętości, dlatego wymaga opracowania zaawansowanych metod przechowywania, które mają potencjał wyższej gęstości energii.

Drugą istotną cechą wodoru, która stanowi wyzwanie technologiczne, jest jego zdolność do penetracji barier fizycznych. Wodór w postaci atomowej może zostać zaadsorbowany na powierzchni materiału (fizycznie i chemicznie), a następnie w wyniku absorpcji dostać się w jego głąb (dyfundując, pokonuje nawet grube metalowe osłony i wydostaje się ze zbiorników).

Przechowywanie wodoru jako gazu zwykle wymaga zbiorników wysokociśnieniowych (ciśnienie w zbiorniku 350–700 bar), a jako cieczy temperatur kriogenicznych, ponieważ temperatura wrzenia wodoru pod ciśnieniem jednej atmosfery wynosi -252,8 stop. C. Wodór może być również magazynowany na powierzchni ciał stałych (poprzez adsorpcję) lub w nich (poprzez absorpcję).

Sprężanie

Sprężenie wodoru jest najpowszechniejszą ze stosowanych obecnie metod. Kompresja wodoru jest dość energochłonnym, a co za tym idzie kosztownym procesem, a to nie jedyna wada tego sposobu magazynowania. Standardowe butle stosowane do przechowywania gazów technicznych są przystosowane do ciśnień rzędu 200 bar. Jednak do spełnienia warunków postawionych przez DOE i zapewnienia akceptowalnego zasięgu pojazdów potrzebne są zbiorniki, które są wytrzymałe na ciśnienia rzędu 800 bar.

Skraplanie

Skroplenie wodoru wymaga znacznie wyższych nakładów energii niż jego sprężenie. Dodatkowo, należy podkreślić, iż wodór w postaci skroplonej musi być przechowywany w temperaturze bliskiej zera absolutnego, tj. ok. 20 K (czyli – 253 stop. C), co jest procesem energochłonnym i obniża efektywną energetyczność wodoru o ok. 30–40 proc. Dodatkowo, utrzymywanie gazu w tak niskiej temperaturze wymaga zastosowania odpowiednich izolacji i zaworów bezpieczeństwa, które znacząco zwiększają całkowity koszt tego rozwiązania.

Kriokompresja

Nowa koncepcja w zakresie przechowywania wodoru w postaci ciekłej, to zbiorniki hybrydowe z kriogenicznym i dodatkowo sprężonym wodorem. W tym przypadku wodór jest przechowywany w postaci sprężonej cieczy o temperaturze i ciśnieniu wyższym niż w przypadku standardowego ciekłego wodoru. Do skroplenia sprężonego wodoru potrzebne jest mniej energii niż w przypadku ciekłego.

Pełna treść artykułu

Sebastian Kozikowski, Krzysztof Szymlek
Eksperci Urządzeń Ciśnieniowych, Urząd Dozoru Technicznego Oddział w Gdańsku

Źródło: Inspektor – Technika i Bezpieczeństwo Nr 1/2022

Czytaj również

Wodór – zielone złoto. Ogniwa paliwowe czyli prąd z wodoru (cz.III)