Hrvatski

Istražite različite metode skladištenja vodika, njihove izazove i napredak koji pokreće održivu energetsku budućnost. Globalna perspektiva.

Razumijevanje skladištenja vodika: Sveobuhvatni globalni vodič

Vodik se sve više prepoznaje kao ključni nositelj energije u globalnoj tranziciji prema održivoj budućnosti. Njegov potencijal za dekarbonizaciju različitih sektora, uključujući transport, industriju i proizvodnju električne energije, je značajan. Međutim, široko rasprostranjeno usvajanje vodikove energije ovisi o razvoju učinkovitih i isplativih rješenja za skladištenje. Ovaj vodič pruža sveobuhvatan pregled različitih metoda skladištenja vodika, njihovih izazova i najnovijih napredaka koji pokreću inovacije u ovom kritičnom području.

Zašto je skladištenje vodika važno

Vodik, iako ga ima u izobilju, prvenstveno postoji u spojevima kao što su voda (H2O) ili ugljikovodici (npr. metan, CH4). Ekstrakcija čistog vodika zahtijeva energiju, a njegovo skladištenje predstavlja jedinstvene izazove zbog njegove niske gustoće i visoke zapaljivosti. Učinkovito skladištenje je ključno iz nekoliko razloga:

Metode skladištenja vodika

Tehnologije skladištenja vodika mogu se općenito podijeliti na fizičke i kemijske metode skladištenja. Svaki pristup ima svoje prednosti i nedostatke u smislu kapaciteta skladištenja, energetske učinkovitosti, troškova i sigurnosti.

1. Fizičko skladištenje

Fizičko skladištenje uključuje skladištenje vodika kao plina ili tekućine pod određenim uvjetima temperature i tlaka.

a) Komprimirani vodikov plin

Skladištenje komprimiranog vodikovog plina uključuje komprimiranje vodika na visoke tlakove (obično 350-700 bara, pa čak i do 1000 bara u nekim primjenama) i njegovo skladištenje u robusnim tlačnim posudama. Ovo je relativno zrela tehnologija s komercijalno dostupnim rješenjima.

Prednosti:
Nedostaci:
Primjeri:

Komprimirani vodik se široko koristi u FCEV-ovima. Na primjer, Hyundaijev NEXO FCEV koristi tri visokotlačna spremnika vodika s kapacitetom skladištenja od 6,33 kg pri 700 bara, što osigurava domet od preko 600 km (WLTP standard).

b) Tekući vodik

Skladištenje tekućeg vodika uključuje hlađenje vodika do njegove kriogene točke vrelišta (-253°C) kako bi se kondenzirao u tekućinu. Ovo značajno povećava volumetrijsku gustoću energije u usporedbi s komprimiranim plinom.

Prednosti:
Nedostaci:
Primjeri:

Tekući vodik se koristi u svemirskim programima (npr. NASA-in Space Shuttle) i istražuje se za primjene u prijevozu na duge relacije, kao što su zrakoplovi i brodovi. Na primjer, Airbus razvija zrakoplove na vodikov pogon koji će koristiti skladištenje tekućeg vodika.

2. Kemijsko skladištenje

Kemijsko skladištenje uključuje skladištenje vodika u kemijskim spojevima, koji oslobađaju vodik reakcijom s okidačem, kao što je toplina ili katalizator.

a) Metalni hidridi

Metalni hidridi su spojevi nastali reakcijom vodika s određenim metalima ili legurama. Vodik se skladišti unutar metalne rešetke i može se osloboditi zagrijavanjem hidrida.

Prednosti:
Nedostaci:
Primjeri:

Lantanov nikal hidrid (LaNi5H6) i magnezijev hidrid (MgH2) su primjeri metalnih hidrida koji se istražuju za skladištenje vodika. Istraživanja su usmjerena na poboljšanje njihovog kapaciteta i kinetike skladištenja vodika legiranjem i nanostrukturiranjem. Na primjer, istraživači u Japanu aktivno rade na sustavima temeljenim na MgH2 modificiranim s katalizatorima kako bi poboljšali njihovu učinkovitost.

b) Kemijski hidridi

Kemijski hidridi su spojevi koji oslobađaju vodik reakcijom s vodom ili drugim reaktantom. Primjeri uključuju natrijev borohidrid (NaBH4) i amonij boran (NH3BH3).

Prednosti:
Nedostaci:
Primjeri:

Natrijev borohidrid (NaBH4) se koristi u nekim primjenama gorivnih ćelija. Istraživanja su usmjerena na razvoj učinkovitih metoda za regeneraciju iskorištenog borohidrida. Amonij boran (NH3BH3) je još jedan obećavajući kemijski hidrid, ali njegova regeneracija ostaje izazov. Istraživači u Njemačkoj i Sjedinjenim Državama istražuju različite načine za učinkovitu regeneraciju ovih materijala.

c) Tekući organski nosači vodika (LOHC)

LOHC-i su organske tekućine koje mogu reverzibilno vezati vodik putem reakcija hidrogenacije i dehidrogenacije. Primjeri uključuju toluen/metilcikloheksan i dibenziltoluen/perhidro-dibenziltoluen.

Prednosti:
Nedostaci:
Primjeri:

Sustav toluen/metilcikloheksan je jedan od najistraženijih LOHC-a. Vodik se dodaje toluenu da bi se formirao metilcikloheksan, koji se može transportirati i skladištiti. Vodik se zatim oslobađa dehidrogenacijom metilcikloheksana natrag u toluen. Tvrtke u Japanu i Njemačkoj aktivno razvijaju i implementiraju rješenja za skladištenje i transport vodika temeljena na LOHC-u. Chiyoda Corporation u Japanu demonstrirala je globalni lanac opskrbe vodikom koristeći svoju SPERA Hydrogen™ tehnologiju temeljenu na LOHC sustavu toluen/metilcikloheksan, transportirajući vodik iz Bruneja u Japan.

3. Skladištenje na bazi materijala (Adsorpcija)

Ova metoda koristi materijale s visokom površinom, kao što su aktivni ugljen, metalno-organske mreže (MOF) i ugljične nanocjevčice, za adsorbiranje molekula vodika.

Prednosti:
Nedostaci:
Primjeri:

Istraživači diljem svijeta aktivno razvijaju i karakteriziraju nove MOF-ove i druge nanoporozne materijale za skladištenje vodika. Na primjer, znanstvenici na sveučilištima i istraživačkim institucijama u Sjedinjenim Državama, Europi i Aziji sintetiziraju MOF-ove s poboljšanim svojstvima adsorpcije vodika, kao što su povećana površina i jače interakcije s molekulama vodika. Potraga za materijalima koji mogu učinkovito skladištiti vodik pri temperaturama i tlakovima bliskim okolini ostaje ključni fokus.

Izazovi i budući smjerovi u skladištenju vodika

Iako je postignut značajan napredak u tehnologijama skladištenja vodika, ostaje nekoliko izazova:

Budući istraživački i razvojni napori usmjereni su na rješavanje ovih izazova i razvoj inovativnih rješenja za skladištenje vodika. Neka ključna područja fokusa uključuju:

Globalne inicijative i ulaganja

Vlade i industrije diljem svijeta ulažu značajna sredstva u istraživanje i razvoj skladištenja vodika. Primjeri uključuju:

Zaključak

Skladištenje vodika je kritična tehnologija koja omogućuje široko rasprostranjeno usvajanje vodikove energije. Iako izazovi ostaju, tekući istraživački i razvojni napori pokreću inovacije u znanosti o materijalima, inženjerstvu i dizajnu sustava. Kako vodikove tehnologije sazrijevaju i troškovi se smanjuju, skladištenje vodika će igrati sve važniju ulogu u dekarbonizaciji različitih sektora i stvaranju održive energetske budućnosti za svijet. Ključ za otključavanje punog potencijala vodika leži u kontinuiranoj potrazi za učinkovitim, sigurnim i isplativim rješenjima za skladištenje koja mogu zadovoljiti različite potrebe globalne vodikove ekonomije. Međunarodna suradnja i razmjena znanja su bitni za ubrzavanje napretka u ovom vitalnom području.