Lietuvių

Atraskite įvairius vandenilio saugojimo metodus, jų iššūkius ir pažangą, skatinančią tvarios energetikos ateitį. Pasaulinė perspektyva.

Vandenilio saugojimas: išsamus pasaulinis vadovas

Vandenilis vis labiau pripažįstamas kaip pagrindinis energijos nešiklis pasauliniame perėjime prie tvarios ateities. Jo potencialas dekarbonizuoti įvairius sektorius, įskaitant transportą, pramonę ir elektros energijos gamybą, yra didelis. Tačiau plačiai paplitęs vandenilio energetikos pritaikymas priklauso nuo efektyvių ir ekonomiškų saugojimo sprendimų sukūrimo. Šis vadovas pateikia išsamią skirtingų vandenilio saugojimo metodų apžvalgą, jų iššūkius ir naujausius pasiekimus, skatinančius inovacijas šioje kritiškai svarbioje srityje.

Kodėl vandenilio saugojimas yra svarbus

Vandenilis, nors ir gausus, daugiausia egzistuoja junginiuose, tokiuose kaip vanduo (H2O) ar angliavandeniliai (pvz., metanas, CH4). Gryno vandenilio išgavimas reikalauja energijos, o jo saugojimas kelia unikalių iššūkių dėl mažo tankio ir didelio degumo. Efektyvus saugojimas yra labai svarbus dėl kelių priežasčių:

Vandenilio saugojimo metodai

Vandenilio saugojimo technologijas galima plačiai suskirstyti į fizikinio ir cheminio saugojimo metodus. Kiekvienas metodas turi savo privalumų ir trūkumų, susijusių su saugojimo talpa, energijos vartojimo efektyvumu, kaina ir saugumu.

1. Fizikinis saugojimas

Fizikinis saugojimas apima vandenilio saugojimą dujų arba skysčio pavidalu esant tam tikroms temperatūros ir slėgio sąlygoms.

a) Suslėgtos vandenilio dujos

Saugojant suslėgtas vandenilio dujas, vandenilis suspaudžiamas iki aukšto slėgio (paprastai 350–700 barų, o kai kuriose srityse net iki 1000 barų) ir laikomas tvirtuose slėginiuose induose. Tai yra gana brandi technologija su komerciškai prieinamais sprendimais.

Privalumai:
Trūkumai:
Pavyzdžiai:

Suslėgtas vandenilis plačiai naudojamas FCEV. Pavyzdžiui, „Hyundai“ NEXO FCEV modelyje naudojamos trys aukšto slėgio vandenilio talpyklos, kurių talpa 6,33 kg esant 700 barų slėgiui, užtikrinančios daugiau nei 600 km nuvažiuojamą atstumą (pagal WLTP standartą).

b) Skystas vandenilis

Saugojant skystą vandenilį, vandenilis atšaldomas iki kriogeninės virimo temperatūros (-253 °C), kad kondensuotųsi į skystį. Tai žymiai padidina tūrinį energijos tankį, palyginti su suslėgtomis dujomis.

Privalumai:
Trūkumai:
Pavyzdžiai:

Skystas vandenilis naudojamas kosmoso programose (pvz., NASA „Space Shuttle“) ir tiriamas ilgųjų nuotolių transporto priemonėse, tokiose kaip lėktuvai ir laivai. Pavyzdžiui, „Airbus“ kuria vandeniliu varomus orlaivius, kuriuose bus naudojamas skysto vandenilio saugojimas.

2. Cheminis saugojimas

Cheminis saugojimas apima vandenilio saugojimą cheminiuose junginiuose, kurie išskiria vandenilį reaguodami su veiksniu, tokiu kaip karštis ar katalizatorius.

a) Metalo hidridai

Metalo hidridai yra junginiai, susidarantys vandeniliui reaguojant su tam tikrais metalais ar lydiniais. Vandenilis yra saugomas metalo gardelėje ir gali būti išlaisvintas kaitinant hidridą.

Privalumai:
Trūkumai:
Pavyzdžiai:

Lantano nikelio hidridas (LaNi5H6) ir magnio hidridas (MgH2) yra metalo hidridų, tiriamų vandenilio saugojimui, pavyzdžiai. Tyrimai yra sutelkti į jų vandenilio saugojimo talpos ir kinetikos gerinimą legiruojant ir taikant nanostruktūrizavimą. Pavyzdžiui, mokslininkai Japonijoje aktyviai dirba su MgH2 pagrindu sukurtomis sistemomis, modifikuotomis katalizatoriais, siekdami pagerinti jų veikimą.

b) Cheminiai hidridai

Cheminiai hidridai yra junginiai, kurie išskiria vandenilį reaguodami su vandeniu ar kitu reagentu. Pavyzdžiai: natrio borohidridas (NaBH4) ir amoniako boranas (NH3BH3).

Privalumai:
Trūkumai:
Pavyzdžiai:

Natrio borohidridas (NaBH4) buvo naudojamas kai kuriose kuro elementų srityse. Tyrimai sutelkti į efektyvių panaudoto borohidrido regeneravimo metodų kūrimą. Amoniako boranas (NH3BH3) yra dar vienas perspektyvus cheminis hidridas, tačiau jo regeneravimas tebėra iššūkis. Mokslininkai Vokietijoje ir Jungtinėse Valstijose tiria įvairius būdus, kaip efektyviai regeneruoti šias medžiagas.

c) Skystieji organiniai vandenilio nešikliai (LOHC)

LOHC yra organiniai skysčiai, kurie gali grįžtamai surišti vandenilį per hidrinimo ir dehidrinimo reakcijas. Pavyzdžiai: toluenas/metilcikloheksanas ir dibenziltoluenas/perhidro-dibenziltoluenas.

Privalumai:
Trūkumai:
Pavyzdžiai:

Toluego/metilcikloheksano sistema yra viena iš labiausiai ištirtų LOHC. Vandenilis pridedamas prie tolueno, kad susidarytų metilcikloheksanas, kurį galima transportuoti ir saugoti. Tada vandenilis išlaisvinamas dehidrinant metilcikloheksaną atgal į tolueną. Įmonės Japonijoje ir Vokietijoje aktyviai kuria ir diegia LOHC pagrįstus vandenilio saugojimo ir transportavimo sprendimus. Japonijos korporacija „Chiyoda“ pademonstravo pasaulinę vandenilio tiekimo grandinę, naudodama savo „SPERA Hydrogen™“ technologiją, pagrįstą tolueno/metilcikloheksano LOHC sistema, transportuodama vandenilį iš Brunėjaus į Japoniją.

3. Medžiagomis pagrįstas saugojimas (Adsorbcija)

Šis metodas naudoja medžiagas su dideliu paviršiaus plotu, tokias kaip aktyvuota anglis, metalo-organiniai karkasai (MOF) ir anglies nanovamzdeliai, kad adsorbuotų vandenilio molekules.

Privalumai:
Trūkumai:
Pavyzdžiai:

Mokslininkai visame pasaulyje aktyviai kuria ir apibūdina naujus MOF ir kitas nanoporėtas medžiagas vandenilio saugojimui. Pavyzdžiui, mokslininkai universitetuose ir tyrimų institutuose Jungtinėse Valstijose, Europoje ir Azijoje sintetina MOF su pagerintomis vandenilio adsorbcijos savybėmis, tokiomis kaip padidintas paviršiaus plotas ir stipresnė sąveika su vandenilio molekulėmis. Medžiagų, galinčių efektyviai saugoti vandenilį artimose aplinkos temperatūrai ir slėgiui sąlygose, paieška tebėra pagrindinis tikslas.

Iššūkiai ir ateities kryptys vandenilio saugojime

Nors vandenilio saugojimo technologijose pasiekta didelė pažanga, išlieka keletas iššūkių:

Ateities mokslinių tyrimų ir plėtros pastangos yra sutelktos į šių iššūkių sprendimą ir inovatyvių vandenilio saugojimo sprendimų kūrimą. Kai kurios pagrindinės sritys yra:

Pasaulinės iniciatyvos ir investicijos

Vyriausybės ir pramonės įmonės visame pasaulyje daug investuoja į vandenilio saugojimo tyrimus ir plėtrą. Pavyzdžiai:

Išvada

Vandenilio saugojimas yra kritiškai svarbi technologija, leidžianti plačiai pritaikyti vandenilio energiją. Nors iššūkių išlieka, nuolatinės mokslinių tyrimų ir plėtros pastangos skatina inovacijas medžiagų mokslo, inžinerijos ir sistemų projektavimo srityse. Vandenilio technologijoms bręstant ir mažėjant išlaidoms, vandenilio saugojimas vaidins vis svarbesnį vaidmenį dekarbonizuojant įvairius sektorius ir kuriant tvarią energetikos ateitį pasauliui. Raktas į viso vandenilio potencialo atskleidimą slypi nuolatiniame efektyvių, saugių ir ekonomiškų saugojimo sprendimų, galinčių patenkinti įvairius pasaulinės vandenilio ekonomikos poreikius, siekyje. Tarptautinis bendradarbiavimas ir dalijimasis žiniomis yra būtini norint paspartinti pažangą šioje gyvybiškai svarbioje srityje.