ОбзорыТехнологии

Применение и хранение водорода

Способы применение и хранение

Потенциальное применение водорода в качестве экологически чистого и возобновляемого топливного ресурса привлекло в последние годы значительное внимание, особенно с учетом быстро растущего спроса на источники энергии и сокращающейся доступности ископаемого топлива. Водород является «идеальным топливом», ведь вода является его единственным побочным продуктом. Но при таком существенном преимуществе этот сверхлегкий газ занимает значительный объем при стандартных условиях давления, то есть атмосферного давления. Для эффективного хранения и транспортировки водорода этот объем необходимо значительно уменьшить.

Применение водорода

В течение многих лет водород находил множество применений как в промышленности, так и в охране окружающей среды. В области охраны окружающей среды водород в основном используется для удаления серы, которая естественным образом содержится в масле, для производства более чистого топлива.

Водород — это реагент, который применяется во многих отраслях промышленности, включая химическую промышленность, производство текстильного волокна, стекло, электронику и металлургию. Водород также применяется в качестве топлива для ракетных установок.

хранение водорода
Применение водорода

Водород в сочетании с топливным элементом также является отличным вектором чистой энергии, поскольку он позволяет производить электроэнергию непосредственно на борту электромобилей или в удаленных районах, которые отключены от электросети.

Применение водорода космической отрасли

С самого начала космической промышленности водород играл важную роль в качестве ракетного топлива. Это потому, что именно топливо концентрирует больше всего энергии — 1 килограмм водорода содержит в 3 раза больше энергии, чем 1 килограмм бензина. Это важный критерий, учитывая, что пусковая установка должна быть как можно более легкой.

В настоящее время жидкий водород и жидкий кислород все еще объединяются и используются для запуска европейской ракеты Ariane 5. На основной криотехнической стадии Ariane 5 при сгорании водорода образуется огромное количество пара, который с очень высокой скоростью выдувается через выхлопную трубу двигателя Vulcain. Это выброс газа с высокой скоростью, который приводит в движение ракету в соответствии с принципом действие-реакция.

Применение водорода
Применение водорода космической отрасли

Водород горит при контакте с кислородом, но последнего в космосе нет. Именно по этой причине Ariane 5 несет огромный центральный резервуар, содержащий 162 тонны жидкого кислорода при температуре -183 °C и 28 тонн жидкого водорода при -252,87 °C.

ВЫ ЗНАЛИ ?

  • -252,87 °C — температура жидкого водорода.
  • 0 °C — это температура, при которой вода превращается в лед.
  • -50 °C — это температура на Северном полюсе.
  • -273,15 °C — это «абсолютный ноль градусов», самая низкая температура, которая может существовать.
Читайте и другие НОВОСТИ О ВОДОРОДЕ:  Инвесторы принуждают ExxonMobil сократить добычу нефти

Энергоснабжение

Водород используется для производства чистой и бесшумной энергии в различных сферах, где это удовлетворяет насущную потребность, а также дает реальную пользу. Это касается применения водорода в электроснабжении изолированных регионов, которые не подключены к электросети — чувствительных объектов требующих надежные резервные энергетические системы, обслуживаемых автопарков (вилочные погрузчики и автобусы) и портативных генераторов энергии, используемых для мероприятий на открытом воздухе.

энергоснабжение
Энергоснабжение

Чистый транспорт

Водород, используемый в топливном элементе, позволяет производить электричество прямо на борту транспортного средства с электрическим двигателем. Эти автомобили с нулевым уровнем выбросов в качестве выбросов производят только воду.

водородный транспорт
Чистый транспорт

Производство водорода требует энергии. По этой причине водород рассматривается как вектор энергии, такой как электричество, а не как первичная энергия. Примеры первичной энергии включают нефть, углерод или уголь, природный газ и некоторые возобновляемые источники энергии.

Хранение водорода

Водород — самый легкий газ во всей вселенной. Один литр водорода весит всего 90 мг при нормальном атмосферном давлении, а это означает, что он в 11 раз легче воздуха, которым мы дышим.

Объем около 11 кубических метров (что составляет объём багажника большого грузового или коммерческого автомобиля) необходим для хранения всего 1 килограмма водорода, а это количество необходимо для проезда 100 километров. По этой причине его плотность необходимо увеличивать одним из следующих методов.

Н2О под давлением
Хранение водорода

Хранение водорода под давлением

Самый простой способ уменьшить объем газа при постоянной температуре — это увеличить давление.

Так, при давлении 700 бар, что в 700 раз больше нормального атмосферного давления, водород имеет плотность 42 кг / м 3 по сравнению с 0,090 кг / м 3 при нормальных условиях давления и температуры. При таком давлении в 125-литровом баке можно хранить 5 кг водорода.

Хранение водорода
Хранение водорода под давлением

Сегодня большинство производителей автомобилей выбрали решение, заключающееся в хранении водорода в газообразной форме под высоким давлением. Эта технология позволяет хранить достаточно водорода, чтобы позволить автомобилю, работающему на батарее топливных элементов, проехать от 500 до 600 километров между заправками.

ВЫ ЗНАЛИ?

  • Давление 700 бар превышает атмосферное давление в 700 раз.

Значение 1 бара, соответствующее атмосферному давлению, равно силе, прикладываемой одной 1,5-литровой бутылкой к монете в 1 евроцент. Давление в 700 бар превышает атмосферное давление в 700 раз; это сила, прилагаемая 1,2-тонным автомобилем к той же монете в 1 евроцент.

Читайте и другие НОВОСТИ О ВОДОРОДЕ:  Водород — ключевое направление развития Mahle

Хранение водорода в жидком виде

Современная технология хранения максимального количества водорода в ограниченном объеме заключается в преобразовании газообразного водорода в жидкий водород путем его охлаждения до очень низкой температуры.

Водород превращается в жидкость при его охлаждении до температуры ниже -252,87 °C. При температуре -252,87 °C и давлении 1,013 бар жидкий водород имеет плотность около 71 кг / м 3. При таком давлении в 75-литровом баке можно хранить 5 кг водорода. Чтобы поддерживать жидкий водород при этой температуре, резервуары должны быть полностью изолированы.

хранение водорода
Хранение водорода в жидком виде

В настоящее время хранение водорода в жидкой форме зарезервировано для определенных специальных применений в таких высокотехнологичных областях, как космические путешествия. Например, баки на пусковой установке Ariane, разработанной и изготовленной Air Liquide, содержат 28 тонн жидкого водорода, который будет обеспечивать топливом центральный двигатель. Эти резервуары являются настоящим примером технологического совершенства — пустыми они весят всего 5,5 тонны, а толщина их корпуса не превышает 1,3 миллиметра.

Хранение водорода в твердом виде

Хранение водорода в твердой форме, то есть в другом материале, также является многообещающим направлением исследований. Способы хранения водорода в твердой форме — это методы, включающие механизмы поглощения или адсорбции водорода материалом.

Одним из примеров является образование твердых металлических гидридов в результате реакции водорода с некоторыми металлическими сплавами. Это поглощение является результатом обратимого химического соединения водорода с атомами, составляющими эти материалы. Наиболее перспективные материалы — магний и аланаты.

Применение водорода
Водород в твердом виде

В этих материалах можно хранить лишь небольшую массу водорода, что в настоящее время является основным недостатком этой технологии. Фактически, лучшие материалы в настоящее время создают отношение веса водорода к общему весу резервуара не более 2–3%.

Безопасное и эффективное хранение водорода до сих пор является неудовлетворительно решаемой проблемой, но наука и технологии не стоят на месте, а неуклонно развиваются и вполне резонно предполагать, что в ближайшем будущем мы увидим существенный прорыв и технологии хранения водорода.

Читайте также:
Водород — ключевое направление развития Mahle
Что такое водородная энергия? 
Водородная экономика и риски для климата

Поделиться:
Теги

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

1 × 5 =

Back to top button
RussiaEnglish
Close
Close
Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять
Политика конфиденциальности