Welche Wasserstoffspeichermethode ist vorteilhafter?

Welche Wasserstoffspeichermethode ist vorteilhafter?

Die Wasserstoffspeichertechnologie erstreckt sich über die Wasserstoffenergie-Ende der Industriekette bis hin zur Brennstoffzellen-Ende und ist ein wichtiges Glied bei der Kontrolle der Wasserstoffkosten. Die Speicherung von Wasserstoff bereitet den Menschen große Sorgen. Derzeit umfassen die am häufigsten verwendeten Wasserstoffspeichertechnologien hauptsächlich physische Wasserstoffspeicherung, chemische Wasserstoffspeicherung und andere Wasserstoffspeicherung.

1. Physikalische Wasserstoffspeicherung
Unter physikalischer Wasserstoffspeichertechnologie versteht man die Technologie zur Erhöhung der Wasserstoffdichte durch Änderung der Wasserstoffspeicherbedingungen, um eine Wasserstoffspeicherung zu erreichen. Diese Technologie ist ein rein physikalischer Prozess, erfordert kein Wasserstoffspeichermedium, ist kostengünstig, lässt sich leicht freisetzen und weist eine hohe Wasserstoffkonzentration auf. Es ist hauptsächlich in die Speicherung von gasförmigem Wasserstoff unter hohem Druck und die Speicherung von verflüssigtem Wasserstoff bei niedriger Temperatur unterteilt.
1) Hochdruckspeicherung von gasförmigem Wasserstoff
Bei der Hochdruckspeichertechnologie für gasförmigen Wasserstoff wird Wasserstoff unter hohem Druck komprimiert und in gasförmiger Form mit hoher Dichte gespeichert. Es zeichnet sich durch niedrige Kosten, geringen Energieverbrauch, einfache Dehydrierung und breite Arbeitsbedingungen aus. Dies ist die ausgereifteste und am häufigsten verwendete Wasserstoffspeichertechnologie. Es verfügt jedoch über eine geringe Reserve, einen hohen Energieverbrauch, erfordert einen druckfesten Behälter und weist unsichere Faktoren wie Wasserstoffleck und Behälterexplosion auf. Die Wasserstoffspeicherdichte dieser Technologie wird stark vom Druck beeinflusst, und der Druck wird durch das Material des Speichertanks begrenzt. Der aktuelle Forschungsschwerpunkt liegt daher in der Verbesserung von Lagertankmaterialien. Bei 30-40 MPa ist der Anstieg schneller, und wenn der Druck größer als 70 MPa ist, ist die Änderung sehr gering. Daher muss der Arbeitsdruck des Lagertanks zwischen 35 und 70 MPa liegen. Daher ist die Suche nach einem leichten, hochdruckbeständigen Wasserstoffspeichertank zum Schlüssel für die Speicherung von gasförmigem Wasserstoff unter hohem Druck geworden. Gegenwärtig werden Hochdruck-Speicherbehälter für gasförmigen Wasserstoff hauptsächlich in vier Typen unterteilt: Flaschen aus reinem Stahlmetall (Typ I), gewickelte Flaschen mit Stahlfaserauskleidung (Typ II), vollständig umwickelte Flaschen aus Aluminiumfaserfaser (Typ III) und Kunststoffflaschen Mit Faserfolie umwickelte Flaschen (Typ IV). Unter ihnen haben Flaschen vom Typ III und Typ IV die Vorteile eines kleinen Gewichts-Volumen-Verhältnisses und einer hohen Wasserstoffspeicherdichte pro Masseneinheit und werden häufig in Fahrzeugen mit Wasserstoff-Brennstoffzellen verwendet. Der Arbeitsdruck von Hochdruck-Wasserstoffspeicherflaschen beträgt im Allgemeinen 35–70 MPa. Inländische Bord-Hochdruck-Wasserstoffspeichersysteme verwenden hauptsächlich 35-MPa-Flaschen vom Typ III, während im Ausland hauptsächlich 70-MPa-Flaschen vom Typ IV verwendet werden.
2) Lagerung von kryogenem flüssigem Wasserstoff
Die kryogene Speichertechnologie für flüssigen Wasserstoff nutzt die Eigenschaften der Wasserstoffverflüssigung unter Hochdruck- und Niedertemperaturbedingungen, und ihre Volumendichte beträgt das 845-fache der im gasförmigen Zustand, um eine effiziente Wasserstoffspeicherung zu erreichen, und ihre Transporteffizienz ist höher als die von gasförmigem Wasserstoff. Um jedoch niedrige Temperaturen und hohe Drücke zu gewährleisten, sind nicht nur Anforderungen an das Material des Lagertanks, sondern auch ein entsprechendes strenges Isolationsschema und Kühlgeräte erforderlich. Daher ist das Speichertankvolumen der kryogenen Flüssigwasserstoffspeicherung im Allgemeinen klein und die Massendichte von Wasserstoff beträgt etwa 10 %. Die kryogene Speichertechnologie für flüssigen Wasserstoff wird hauptsächlich in den Bereichen Militär und Luft- und Raumfahrt eingesetzt, und die kommerzielle Forschung und Anwendung hat gerade erst begonnen. Aufgrund seiner Vorteile bei der Speicherung und dem Transport in großem Maßstab und über große Entfernungen, mit der formellen Umsetzung der drei nationalen Standards meines Landes für flüssigen Wasserstoff und der kontinuierlichen Weiterentwicklung und Kostenreduzierung der Wasserstoffspeichertechnologie kann die Speicherung von kryogenem flüssigem Wasserstoff jedoch gleichzeitig mit dieser Technologie bestehen Hochdruckspeicherung von gasförmigem Wasserstoff in der Zukunft.

2. Chemische Wasserstoffspeicherung
Bei der chemischen Wasserstoffspeichertechnologie handelt es sich um eine Technologie, die Wasserstoffspeichermedien verwendet, um unter bestimmten Bedingungen mit Wasserstoff zu reagieren, um stabile Verbindungen zu erzeugen, und die dann bei veränderten Bedingungen Wasserstoff freisetzt. Es umfasst hauptsächlich die Speicherung von organischem flüssigem Wasserstoff, die Speicherung von flüssigem Ammoniak-Wasserstoff, die koordinierte Hydrid-Wasserstoffspeicherung, die anorganische Wasserstoffspeicherung und die Methanol-Wasserstoffspeicherung.
1) Speicherung von organischem flüssigem Wasserstoff
Die Technologie zur Speicherung von organischem Flüssigwasserstoff basiert auf der Hydrierungsreaktion ungesättigter flüssiger organischer Stoffe unter Einwirkung eines Katalysators zur Erzeugung stabiler Verbindungen und der anschließenden Dehydrierungsreaktion, wenn Wasserstoff benötigt wird. Häufig verwendete ungesättigte flüssige organische Stoffe und ihre Eigenschaften sind in der Tabelle aufgeführt. .
2) Speicherung von flüssigem Ammoniak-Wasserstoff
Wasserstoff und Stickstoff werden unter Einwirkung eines Katalysators zu flüssigem Ammoniak synthetisiert und in Form von flüssigem Ammoniak gespeichert und transportiert. Flüssiges Ammoniak zersetzt sich bei Normaldruck und etwa 400 °C und setzt Wasserstoff frei. Verglichen mit der extrem niedrigen Wasserstoffverflüssigungstemperatur von -253℃, die für die Niedertemperatur-Speichertechnologie für flüssigen Wasserstoff erforderlich ist, ist die Verflüssigungstemperatur von Ammoniak in einer Atmosphäre mit -33℃ viel höher und die „Wasserstoff-Ammoniak-Wasserstoff“-Methode verbraucht weniger Energie, ist weniger schwierig zu implementieren und zu transportieren und ist weniger schwierig. Gleichzeitig ist die volumetrische Wasserstoffspeicherdichte bei der Speicherung von flüssigem Ammoniak-Wasserstoff 1,7-mal höher als die von flüssigem Wasserstoff und viel höher als bei der Langrohr-Trailer-Speichertechnologie für gasförmigen Wasserstoff. Diese Technologie bietet bestimmte Vorteile bei der Speicherung und dem Transport von Wasserstoffenergie über große Entfernungen. Die Speicherung von flüssigem Ammoniak-Wasserstoff hat jedoch auch viele Nachteile. Flüssiges Ammoniak ist stark ätzend und giftig und es besteht bei Lagerung und Transport ein potenzielles Risiko für Schäden an Geräten, dem menschlichen Körper und der Umwelt. Das synthetische Ammoniakverfahren ist in meinem Land relativ ausgereift, es gibt jedoch einen gewissen Verlustanteil bei der Prozessumstellung. Die Ausrüstung für synthetisches Ammoniak und die Ammoniakzersetzung sowie die Ausrüstung der Terminalindustrie müssen noch integriert werden.
3) Methanol-Wasserstoffspeicherung
Grünes Methanol hat eine hohe Energiedichte und ist eine ideale Methode zur Speicherung und zum Transport flüssiger Energie. Die Nutzung erneuerbarer Energien zur Erzeugung von grünem Wasserstoff und die anschließende Kombination mit Kohlendioxid zur Erzeugung von grünem Methanol, das leicht zu speichern und zu transportieren ist, ist ein wichtiger Weg zu null CO2-Emissionen.
3) Koordinationshydrid-Wasserstoffspeicherung
Bei der Koordinationshydrid-Wasserstoffspeicherung reagieren Alkalimetalle mit Wasserstoff, um ionische Hydride zu erzeugen, die unter bestimmten Bedingungen in Wasserstoff zerfallen. Die folgende Tabelle zeigt die Wasserstoffspeichereigenschaften gängiger Koordinationshydride.
4) Wasserstoffspeicherung durch anorganische Verbindungen
Anorganische Wasserstoffspeichermaterialien basieren auf der gegenseitigen Umwandlung von Bicarbonat und Formiat, um eine Speicherung und Freisetzung von Wasserstoff zu erreichen.

Zusammenfassung: Derzeit ist die Speicherung von gasförmigem Wasserstoff unter hohem Druck die gängige Methode, ihre Entwicklung wurde jedoch aus Sicherheitsgründen eingeschränkt, und die Speicherdichte von Wasserstoff ist gering, was für den Transport über große Entfernungen in großem Maßstab nicht geeignet ist. Die Entwicklung der Niedertemperatur-Flüssigwasserstoffspeicherung in China ist aufgrund der hohen Kosten und Schwierigkeiten bei Lagerung und Transport mit vielen Schwierigkeiten verbunden. Die Speichertechnologie für flüssigen organischen Wasserstoff bietet große Vorteile in Bezug auf Sicherheit, Wasserstoffspeicherdichte sowie Speicher- und Transporteffizienz. Unter der Voraussetzung, dass sowohl die 70-MPa-Hochdruck-Wasserstoffspeicherung als auch die Niedertemperatur-Flüssigwasserstoffspeicherung in meinem Land im Rückstand sind, wird erwartet, dass sie in Zukunft zu einer der wichtigsten Arten der Wasserstoffspeicherung und des Wasserstofftransports in meinem Land werden wird. Als Wasserstoffspeichermaterial hat Hydrid im Vergleich zu Hochdruckwasserstoff den Vorteil, dass Wasserstoff bei niedrigem Druck in hoher Dichte gespeichert werden kann.