Norsk

Utforsk de ulike metodene for hydrogenlagring, deres utfordringer og fremskritt som driver en bærekraftig energifremtid. Et globalt perspektiv.

Forståelse av hydrogenlagring: En omfattende global guide

Hydrogen blir i økende grad anerkjent som en viktig energibærer i den globale overgangen til en bærekraftig fremtid. Dets potensial til å dekarbonisere ulike sektorer, inkludert transport, industri og kraftproduksjon, er betydelig. Imidlertid er den utbredte bruken av hydrogenenergi avhengig av utviklingen av effektive og kostnadseffektive lagringsløsninger. Denne guiden gir en omfattende oversikt over de forskjellige metodene for hydrogenlagring, deres utfordringer og de siste fremskrittene som driver innovasjon innen dette kritiske feltet.

Hvorfor hydrogenlagring er viktig

Hydrogen, selv om det er rikelig, finnes primært i forbindelser som vann (H2O) eller hydrokarboner (f.eks. metan, CH4). Å utvinne rent hydrogen krever energi, og lagring av det utgjør unike utfordringer på grunn av dets lave tetthet og høye brannfarlighet. Effektiv lagring er avgjørende av flere grunner:

Metoder for hydrogenlagring

Hydrogenlagringsteknologier kan grovt sett kategoriseres i fysiske og kjemiske lagringsmetoder. Hver tilnærming har sine fordeler og ulemper når det gjelder lagringskapasitet, energieffektivitet, kostnader og sikkerhet.

1. Fysisk lagring

Fysisk lagring innebærer lagring av hydrogen som en gass eller væske under spesifikke temperatur- og trykkforhold.

a) Komprimert hydrogengass

Lagring av komprimert hydrogengass innebærer å komprimere hydrogen til høyt trykk (typisk 350-700 bar, og til og med opp til 1000 bar i noen bruksområder) og lagre det i robuste trykkbeholdere. Dette er en relativt moden teknologi med kommersielt tilgjengelige løsninger.

Fordeler:
Ulemper:
Eksempler:

Komprimert hydrogen brukes mye i FCEV-er. For eksempel bruker Hyundais NEXO FCEV tre høytrykks hydrogentanker med en lagringskapasitet på 6,33 kg ved 700 bar, noe som gir en rekkevidde på over 600 km (WLTP-standard).

b) Flytende hydrogen

Flytende hydrogenlagring innebærer å kjøle ned hydrogen til dets kryogene kokepunkt (-253°C) for å kondensere det til en væske. Dette øker den volumetriske energitettheten betydelig sammenlignet med komprimert gass.

Fordeler:
Ulemper:
Eksempler:

Flytende hydrogen brukes i romprogrammer (f.eks. NASAs romferge) og utforskes for langdistansetransportapplikasjoner, som fly og skip. For eksempel utvikler Airbus hydrogen-drevne fly som vil bruke flytende hydrogenlagring.

2. Kjemisk lagring

Kjemisk lagring innebærer lagring av hydrogen i kjemiske forbindelser, som frigjør hydrogen ved reaksjon med en utløser, for eksempel varme eller en katalysator.

a) Metallhydrider

Metallhydrider er forbindelser som dannes ved reaksjon av hydrogen med visse metaller eller legeringer. Hydrogen lagres i metallgitteret og kan frigjøres ved å varme opp hydridet.

Fordeler:
Ulemper:
Eksempler:

Lantan-nikkelhydrid (LaNi5H6) og magnesiumhydrid (MgH2) er eksempler på metallhydrider som undersøkes for hydrogenlagring. Forskningen er fokusert på å forbedre deres hydrogenlagringskapasitet og kinetikk gjennom legering og nanostrukturering. For eksempel jobber forskere i Japan aktivt med MgH2-baserte systemer modifisert med katalysatorer for å forbedre ytelsen.

b) Kjemiske hydrider

Kjemiske hydrider er forbindelser som frigjør hydrogen ved reaksjon med vann eller et annet reaktant. Eksempler inkluderer natriumborhydrid (NaBH4) og ammoniakkboran (NH3BH3).

Fordeler:
Ulemper:
Eksempler:

Natriumborhydrid (NaBH4) har blitt brukt i noen brenselcelleapplikasjoner. Forskningen er fokusert på å utvikle effektive metoder for å regenerere brukt borhydrid. Ammoniakkboran (NH3BH3) er en annen lovende kjemisk hydrid, men regenereringen er fortsatt en utfordring. Forskere i Tyskland og USA utforsker ulike veier for effektiv regenerering av disse materialene.

c) Flytende organiske hydrogenbærere (LOHC)

LOHC-er er organiske væsker som reversibelt kan binde hydrogen gjennom hydrogeniserings- og dehydrogeniseringsreaksjoner. Eksempler inkluderer toluen/metylsykloheksan og dibenzyltoluen/perhydro-dibenzyltoluen.

Fordeler:
Ulemper:
Eksempler:

Toluens/metylsykloheksansystemet er en av de mest studerte LOHC-ene. Hydrogen tilsettes toluen for å danne metylsykloheksan, som kan transporteres og lagres. Hydrogen frigjøres deretter ved å dehydrogenisere metylsykloheksan tilbake til toluen. Selskaper i Japan og Tyskland utvikler og implementerer aktivt LOHC-baserte hydrogenlagrings- og transportløsninger. Chiyoda Corporation i Japan har demonstrert en global hydrogenforsyningskjede ved hjelp av sin SPERA Hydrogen™-teknologi basert på toluen/metylsykloheksan LOHC-systemet, som transporterer hydrogen fra Brunei til Japan.

3. Materialbasert lagring (adsorpsjon)

Denne metoden bruker materialer med høye overflatearealer, som aktivert karbon, metall-organiske rammer (MOF-er) og karbonnanorør, for å adsorbere hydrogenmolekyler.

Fordeler:
Ulemper:
Eksempler:

Forskere over hele verden utvikler og karakteriserer aktivt nye MOF-er og andre nanoporøse materialer for hydrogenlagring. For eksempel syntetiserer forskere ved universiteter og forskningsinstitusjoner i USA, Europa og Asia MOF-er med forbedrede hydrogenadsorpsjonsegenskaper, for eksempel økt overflateareal og sterkere interaksjoner med hydrogenmolekyler. Søket etter materialer som effektivt kan lagre hydrogen ved nær omgivelsestemperaturer og trykk, er fortsatt et viktig fokus.

Utfordringer og fremtidige retninger innen hydrogenlagring

Mens det er gjort betydelige fremskritt innen hydrogenlagringsteknologier, gjenstår flere utfordringer:

Fremtidige forsknings- og utviklingsarbeider er fokusert på å møte disse utfordringene og utvikle innovative hydrogenlagringsløsninger. Noen viktige fokusområder inkluderer:

Globale initiativer og investeringer

Regjeringer og industrier over hele verden investerer tungt i forskning og utvikling av hydrogenlagring. Eksempler inkluderer:

Konklusjon

Hydrogenlagring er en kritisk teknologi for å muliggjøre utbredt bruk av hydrogenenergi. Mens utfordringer gjenstår, driver pågående forsknings- og utviklingsarbeider innovasjon innen materialvitenskap, ingeniørfag og systemdesign. Etter hvert som hydrogenteknologiene modnes og kostnadene synker, vil hydrogenlagring spille en stadig viktigere rolle i å dekarbonisere ulike sektorer og skape en bærekraftig energifremtid for verden. Nøkkelen til å låse opp det fulle potensialet til hydrogen ligger i den kontinuerlige jakten på effektive, trygge og kostnadseffektive lagringsløsninger som kan møte de ulike behovene til en global hydrogenøkonomi. Internasjonalt samarbeid og kunnskapsdeling er avgjørende for å akselerere fremgangen på dette viktige feltet.