Как хранить водород в земле

Содержание
  1. Хранение водорода на электростанциях. Технологии большой энергетики. Опус 4
  2. Какое оборудование применяют
  3. Сколько надо водорода?
  4. Как устроено ресиверное хозяйство
  5. Как хранить водород в земле
  6. Хранение водорода — различные способы, включая гидридный аккумулятор
  7. Публикации: Наноматериалы (рубрикатор)
  8. О безопасности устройств и систем, использующих водород
  9. Хранение водорода (стр. 1 из 2)
  10. Хранение водорода
  11. Хранение газообразного водорода под давлением
  12. 3.3.2. Хранение и использование водорода
  13. Проблема хранения водорода
  14. Хранение и транспортировка водородного топлива
  15. Хранение водорода в адсорбированном состоянии
  16. Водородная энергетика: способы хранения водорода
  17. В чем хранить водород
  18. Изобретен материал для хранения водорода даже в кармане
  19. Накопители водорода
  20. Водород и его свойства в практическом ключе
  21. При чём тут железо-никелевые аккумуляторы
  22. Энергоёмкость водорода – неожиданный подвох
  23. Водород как физическое вещество
  24. Безопасное хранение водорода в домашних условиях
  25. Как устроены и работают металлогидридные накопители водорода
  26. Выбор сплава
  27. Скорость заряда и выхода водорода
  28. Оригинальные металлогидридные компрессоры
  29. Один недостаток, перевешивает все преимущества
  30. Технологии и способы хранения водорода
  31. Классификация методов хранения водорода
  32. Хранение водорода в газообразном виде под давлением
  33. Наземное хранение газообразного водорода
  34. Подземное хранение газообразного водорода
  35. Хранение водорода в сжиженном виде
  36. Хранение водорода в связанном виде

Хранение водорода на электростанциях. Технологии большой энергетики. Опус 4

Как хранить водород в земле
Ресиверная группа электролизной станции. Исходное фото energovector.com

Водород. Рождающий воду. Самый распространённый химический элемент во Вселенной. Топливо для нашего светила. Как и зачем используется водород на электростанциях я писал в Опусе 1 (см. сноски). Теперь поговорим о том, как его хранят.

Какое оборудование применяют

Водород хранят в ресиверах (сборниках). Наиболее распространённые ресиверы для водорода имеют объём 20 м3. Давление до 10 кГ/см2.

Количество ресиверов определяется потребностью электростанции в водороде.

При таких параметрах газа, все ресиверы являются опасными производственными объектами, подпадают под строгий надзор Ростехнадзора и их эксплуатация осуществляется строго по его Правилам.

Образец 20-ти кубового ресивера без обвязки.

Поскольку замена газовых сред в сосудах невозможна без промежуточного заполнения ёмкостей инертным газом, в состав ресиверных групп электролизных установок входит пара или более ресиверов для азота, либо углекислоты. Какой инертный газ в приоритете, решается экономически, что проще и легче купить.

В том случае, если на электростанции используют углекислоту, то на электролизной монтируют две разрядных рампы для баллонов. Углекислотных и азотных. В Опусе 1 мы договаривались, что продувку электролизеров нельзя осуществлять углекислотой, т.к. она вступает в реакцию с электролитом.

Если в приоритете азот, тогда рампа для разрядки баллонов с СО2, практически не нужна.

Сколько надо водорода?

Типовая инструкция по эксплуатации генераторов на электростанциях (РД34.45.50-88) в п.1.31.

говорит, что “запас водорода на электростанциях, где установлены генераторы с водородным охлаждением, должен обеспечивать десятидневный эксплуатационный расход водорода и однократное заполнение одного генератора с наибольшим газовым объемом, а запас углекислого газа или азота – шестикратное заполнение генератора с наибольшим газовым объемом.

При наличии на электростанции резервного электролизера допускается уменьшение запаса водорода в ресиверах на 50 %. Приведём расчёт количества водорода для виртуальной электростанции. Предположим, что у нас ТЭС с 4-мя турбогенераторами, единичной мощностью 100 МВт, с непосредственным охлаждением обмотки ротора (например ТВФ-120-2). Газовый объём каждого генератора составляет 50 м3.

Рабочее давление водорода составляет 2.5 кг/см2. Тогда в каждом генераторе при давлении 2.5 ат содержится 50+2.5*50=175 м3 водорода. В 4-х генераторах, соответственно 700 м3. Вышеуказанная инструкция регламентирует суточный расход водорода на продувку – 10%, это 70 м3. Таким образом десятидневный расход водорода составит 700 м3 плюс 50 м3 – наибольший газовый объём, итого 750 м3.

При наличии резервного электролизера – 375 м3. Таким должен быть запас водорода на нашей виртуальной станции. Запас азота посчитайте сами. Справедливости ради, следует сказать, что жёсткие нормы по утечкам и продувкам редко когда соблюдаются на электростанциях, сложно это и трудозатратно, потому и запас водорода и количество ресиверов проектанты закладывают с запасом.

Как устроено ресиверное хозяйство

Устройство показано на схеме. Ничего сложного она не представляет и достаточно наглядна. Водородные и азотные ресиверы аналогичны, только водородные оборудуются гравийными огнепреградителями на линиях сброса газа в атмосферу после предохранительных клапанов.

Вариант принципиальной схемы водородного хозяйства электростанции. 1- азотная (углекислотная) рампа). 2 – газовый редуктор. 3 – ресивер (сборник) водорода. 4 – ресивер азота (углекислоты). 5 – огнепреградитель гравийный. 7 – манометр. 8 – клапан предохранительный.

9 – клапан обратный.

Следует обратить внимание, что линии заполнения ресиверов смонтированы под верх сосудов (указаны штриховыми линиями). Отсюда же берутся анализы азота (углекислоты) при замене сред. Анализы же водорода берутся всегда из нижних дренажей сосуда.

Статьи автора на тему большой энергетики:

Как и зачем производят водород на электростанциях. Технологии большой энергетики. Опус 1.

Как устроена тепловая электростанция. Технологии большой энергетики. Опус 2.

Газотурбинные и парогазовые установки для выработки энергии. Технологии большой энергетики. Опус 3.

Водородное охлаждение турбогенераторов на электростанциях. Технологии большой энергетики. Опус 5.

Магазин “Ярчик”. г. Ульяновск. Игрушки и шары. Праздничное оформление интерьеров. Заказы на доставку по городу принимаем со всей России.

Источник: https://zen.yandex.com/media/kara_bass/hranenie-vodoroda-na-elektrostanciiah-tehnologii-bolshoi-energetiki-opus-4-5e70c6ca2ff725073d17fc2c

Как хранить водород в земле

Как хранить водород в земле

Именно последнее обстоятельство позволило в лунной экспедиции космического корабля «Аполлон» использовать этот метод хранения.

Что же касается возможности использования криогенного метода на кораблях и особенно на подводных лодках, где масса хранимого водорода во много раз больше, чем на космических кораблях, а время хранения составляет десятки суток, то вряд ли этот способ может оказаться приемлемым.

С точки зрения безопасности наиболее предпочтительный способ хранения водорода для транспортных средств — связанное хранение — либо в химически связанном виде (гидриды), либо с использованием управляемых способов сорбции-десорбции водорода некоторыми интерметаллическими соединениями.

Перспективность хранения и генерации водорода в химически связанном состоянии определяется следующими особенностями этого способа:

Хранение водорода — различные способы, включая гидридный аккумулятор

Некоторые металлические сплавы имеют особенность при определенных давлениях насыщаться водородом и образовывать с ним химические соединения — гидриды.

При движении автомобиля емкость с гидридами нагревается жидкостью системы охлаждения или же отработавшими газами двигателя. Эта теплота аккумулируется в гидридах, температура которых повышается и растет давление водорода. Однако при достижении определенного значения давления в емкости температура вновь падает и выравнивается с температурой окружающей среды.

На рис. 1 приведены изотермические диаграммы систем «металл — водород» для соединений FeTi и NiMg.

Публикации: Наноматериалы (рубрикатор)

Существует множество способов получения водорода и без применения наноматериалов (это и электролиз воды за счёт энергии, полученной от солнца или ветра – наиболее выгодный и, пожалуй, самый простой на сегодняшний день способ получения H2, паровая конверсия метана и природного газов, газификация угля, пиролиз и т.д.).

При этом стоимость килограмма водорода колеблется от 3 до 20$ [1].

Однако, нанотехнологии позволяют не только снизить стоимость полученной продукции до десятков центов за килограмм, но и улучшить качество, так как даже совсем небольшая ~5 % примесь кислорода при некоторых условиях может привести к детонации, взрыву всей топливной системы или системы хранения.

А примесь монооксида углерода может отравлять катализатор топливных батарей. Именно поэтому учёные со всего мира стараются разработать более дешёвый, безопасный и экологически чистый способ получения водорода. Один из

О безопасности устройств и систем, использующих водород

3.

Водородные устройства и системы должны соответствовать требованиям, установленными техническими регламентами по вопросам пожарной безопасности, безопасной эксплуатации и утилизации машин и оборудования, безопасной эксплуатации зданий, строений и сооружений и безопасного использования прилегающих к ним территорий, а также требованиям промышленной и пожарной безопасности, установленным соответствующим законодательством Российской Федерации.4. В отношении устройств и систем, предназначенных для производства, хранения, транспортировки и использования водорода, специального назначения, в том числе объектов военного назначения, космических объектов и стартовых комплексов наряду с настоящим техническим регламентом должны соблюдаться требования безопасности, установленные соответствующим законодательством Российской Федерации, а также документами, предусмотренными частью 1 .

Для целей настоящего

Хранение водорода (стр.

1 из 2)

Данные методы характеризуются сильным взаимодействием молекулярного либо атомарного водорода с материалом среды хранения. Данная группа методов главным образом включает следующие: Адсорбционный: цеолиты и родственные соединения; активированный уголь; углеводородные наноматериалы.

Абсорбция в объёме материала (металлогидриды) Химическое взаимодействие: алонаты; фуллерены и органические гидриды; аммиак; губчатое железо; водореагирующие сплавы на основе алюминия и кремния.

Хранение газообразного водорода не является более сложной проблемой, чем хранение природного газа.

На практике для этого применяют газгольдеры, естественные подземные резервуары (водоносные породы, выработанные месторождения нефти и газа), хранилища, созданные подземными атомными взрывами.

Доказана принципиальная возможность хранения газообразного водорода в соляных кавернах, создаваемых путём растворения соли водой через боровые скважины.

Хранение водорода

У гидридов есть много преимуществ перед жидкостью и газом. Плотность Водорода, сохраненного в Гидриде, может быть БОЛЬШЕ чем тот, который в жидком виде. Это переводит непосредственно на меньший и меньше резервуаров хранения.

Как только Гидрид «заряжен» Водородом, Водород становится химически соединенным к химикату.

Даже открытие резервуара, не выпустит Водородный газ. Кроме того, можно запустить зажигательный патрон в резервуар, и Гидрид будет только тлеть как сигарета.

Это фактически, более безопасная система хранения, чем резервуар с бензином. Чтобы извлечь Водородный газ из Гидрида, он просто должен быть нагрет.

Это делается по средствам ненужной выхлопной высокой температуры, или используется ненужная высокая температура антифриза радиатора.

Обычно водородные комплекты нагревают резервуары Гидрида при помощи электричества, и Гидриде разогревается и Водород выпущенный из резервуаров создаёт давление, которое фиксируется бортовым компьютером.

Хранение газообразного водорода под давлением

Необходимо только иметь газовые баллоны с хорой1, коэффициентом эффективности. Алюминиевые баллоны современной конструкции, усиленные оболочкой углеволокна, выглядят многообещающе.

Они относительно легкие и могут сол ■ жать газ при давлении 500 атм: баллон объемом 0,15 м3 (150 л) может вмест 6 кг водорода (860 МДж) при суммарной массе менее 90 кг.

Массовая емкое такого баллона составляет 6,7 % и сравнима с емкостью металлогидридных сис тем хранения водорода, рассмотренных в этой главе далее.

Характер выхода і строя таких баллонов некатастрофичен: при разрыве оболочка не разлетает.

■ шрапнелью, а лишь отслаивается. Конструкция выполнена таким образом, утечка газа начинается до разрыва баллона.

Рассмотренный 150-литровый баллон может представлять собой цилиндр (г и ■ на 1,5 м, диаметр 0,36 м), разместить который на борту транспортного средс не представляет особых трудностей.

На настоящий момент рекомендованное к соображений безопасности отношение давления разрыва к рабочему давление составляет 3:1, таким образом, давление разрыва баллона должно быть не мен 1500 атм, коэффициент эффективности при этом 250 кДж/кг.

3.3.2. Хранение и использование водорода

При использовании в газовой турбине водорода энергию можно получать более эффективно, не загрязняя при этом окружающей среды.

Большие количества механической и электрической энергии получают от паровых турбин с использованием угля и мазута, что приводит к значительному загрязнению окружающей среды продуктами их сгорания.

Однако пар можно получить более чистым путем, сжигая водород в чистом кислороде.

Как топливо для транспорта водород удобнее и безопаснее применять в жидком виде; в пересчете на 1 кг массы он в несколько раз превосходит керосин по теплотворной способности. В то же время плотность жидкого водорода значительно меньше плотности керосина, поэтому требуется больший объем топливных баков, которые к тому же должны иметь высококачественную изоляцию.

Источник: http://econsalting.ru/kak-hranit-vodorod-v-zemle-62471/

/ Прием на работу / Как хранить водород в земле

Проблема хранения водорода

Получение водорода — лишь первый шаг в водородной энергетике (рис.

9.7). Следующая проблема заключается в хранении водорода в такой форме, которая могла бы быть достаточно дешевой,

Рис. 9.7. Различные пути получения водорода простой в обращении и безопасной для потребителя. Поскольку водород — очень легкий газ, он содержит значительно меньше энергии, чем обычное жидкое топливо, находящееся под тем же давлением.

В нормальных условиях для того чтобы получить эквивалентное количество энергии, надо затратить такое количество водорода, которое занимает примерно в 3000 раз больший объем, чем бензин. Таким образом, прежде чем использовать водород для хранения энергии, его вначале надо сжать, подвергнуть ожижению или адсорбировать на каком-то твердом носителе.

Хранение водорода в жидком виде требует использование высокого давления, особо

Хранение и транспортировка водородного топлива

Стр 4 из 16Хранение и транспортировка водорода представляют вторую по значимости проблему в развитии ВЭ. Водород, хранимый с помощью физических методов, состоит из молекул Н2, слабо взаимодействующих со средой хранения.

В настоящем реализованы следующие физические методы, хранения водорода: Сжатый газообразный водород: газовые баллоны;

Хранение водорода в адсорбированном состоянии

Как водород, так и метан легко адсорбируются углем.

Молекулы газа удерживаются на поверхности слабыми вандерваальсовыми силами, поэтому затраты энергии, необходимой для десорбирования топлива, невелики. В углеродных системах хранения могут комбинироваться адсорбция и дру­гие методы аккумулирования водорода: сжатие газа и понижение температуры.

Углеродные нанотрубки являются перспективным материалом и могут по­глощать водород более эффективно. Опубликованные данные по однослойным нанотрубкам показывают, что при температуре 120 К и давлении 0,4 атм массо­вое содержание водорода в них может достигать 10 %.

Водородная энергетика: способы хранения водорода

Данный пост является продолжением темы водорода и водородной энергетики, освещаемой мною в постах.

Я рассказывал про историю изучения данного элемента и о способах производства водорода.

В данном тексте я хочу в цифрах и фактах рассказать о водороде. Блок саморекламы, заинтересовало зайди загляни, тебе не сложно, а мне приятно ��.

Пост будет посвящён водородной энергетике, а в частности промышленн.

Они включают в себя большие и малые стационарные газовые хранилища, мобильные системы хранения (например, танкеры и автоцистерны).

Ввиду низкой плотности водорода, его

В чем хранить водород

28.02.2007 Российские ученые предлагают для хранения водорода использовать углеродные наноматериалы Российские ученые предлагают для хранения водорода использовать углеродные наноматериалы: фуллерены и кластеры из них.

Их работа поддержана комплексной программой фундаментальных исследований Президиума РАН Водород считают одним из перспективных источников энергии в будущем.

Но его надо получать, хранить, перевозить. В частности, для хранения водорода сегодня используют различные устройства — аккумуляторы водорода.

Конструкции их постоянно совершенствуют, но до сих пор не создано таких, которые бы содержали водорода достаточно для широкого промышленного применения.

У тех аккумуляторов, которые используют сегодня, содержание водорода не превышает пяти-шести процентов по весу. В промышленности водород в настоящий момент хранят в сжатом газообразном состоянии, в сжиженном виде, в виде гидридов или металлогидридных систем, а также в цеолитах.

Изобретен материал для хранения водорода даже в кармане

Экология потребления.Наука и техника: Водород имеет большой потенциал в качестве будущего источника экологически чистой энергии.

Водород имеет большой потенциал в качестве будущего источника экологически чистой энергии. Проблема состоит в том, что газообразный водород трудно безопасно хранить и перевозить.

Интенсивность, с которой он горит, сделала жидкий водород топливом для космической промышленности, для этого он должен быть сжиженным при очень низких температурах. В настоящее время японская исследовательская группа изобрела компактный, гибкий полимер, который может быть использован для создания пластикового контейнера в котором водород можно безопасно носить даже в кармане.

Источник: https://help-avto76.ru/kak-hranit-vodorod-v-zemle-34052/

Накопители водорода

Как хранить водород в земле

При грамотной комплектации системы альтернативного энергообеспечения, водород можно считать идеальным накопителем энергии. Выделить его из воды очень легко и также просто можно опять получить с его помощью электроэнергию. Но вот его хранение доставляет реальные неудобства.

Водород и его свойства в практическом ключе

Говорить о водороде имеет смысл только при встраивании его в систему альтернативного энергоснабжения на основе солнечных панелей или ветрогенераторов.

Причиной тому служит цикличность генерации электричества такими источникам. Днём может быть слишком много электроэнергии от солнечных панелей, а ночью она не вырабатывается вообще.

С ветром ещё хуже, тут даже нет заранее известной цикличности.

Так вот для хранения избытка электроэнергии, наиболее выгодно использовать водород, в сочетании с железо-никелевыми аккумуляторами. При этом водород нужен не для обычных генераторов, а чтобы питать им топливные элементы.

КПД современных топливных элементов, выпускаемых серийно, находится в районе 90%.

По сравнению с КПД обычных электрогенераторов на углеводородном сырье, в редких случаях превышающих 30%, топливные элементы находятся вне конкуренции.

При чём тут железо-никелевые аккумуляторы

У таких аккумуляторов есть два чрезвычайно важных свойства, которые делают их идеальным в домашней системе независимого энергообеспечения:

1.Они практически неубиваемы!

Железо-никелевые аккумуляторы не боятся переохлаждения или перегрева, им не страшно короткое замыкание, сильные ток зарядки или полная разрядка не причинят им вреда. В Европе и США есть объекты, где железо-никелевые батареи работают ещё со времён Второй Мировой Войны! В них только меняют электролит с регулярностью один раз в 10 лет, и подливают дистиллированную воду раз в месяц.

2. При зарядке железо-никелевого АКБ, около 30% энергии тратится на электролиз.

Т.е. в процессе зарядки, выделяется водород, который требуется только сохранить и потом использовать для питания топливных элементов. Разумеется, что этого объёма водорода будет недостаточно, потребуется дополнительный электролизёр. Но оставлять этот аспект работы таких аккумуляторов без внимания, может только Чубайсоголовый владелец.

Энергоёмкость водорода – неожиданный подвох

Чтобы не погружаться в сложные физические коэффициенты о теплотворной способности и теплоёмкости, можно привести такое сравнение. Если КПД превращения теплоносителя будет 100%, то для того, чтобы лампочка мощностью 100 Вт горела целые сутки, потребуется:

  • Керосина – 197 гр./243 мл;
  • Метана – 172 гр./414 мл. в сжиженном виде/ 239 литров в газообразном;
  • Водорода – 71 гр./1 литр в сжиженном виде/ 780 литров в газообразном;

Складывается двоякая картина! По весу, водорода надо меньше всего, но из-за того что у него самая маленькая плотность среди всех веществ, при пересчёте на объёмные показатели, водород проигрывает!

К тому же, процесс сжижения водорода чрезвычайно сложный, из-за его уникально низких критических параметров. При температуре -240˚C, давление насыщенного пара всего 13 атм. Даже если заполнять стальные баллоны сжатым водородом, то содержать дома компрессор выдающий «хотя бы» 300 атмосфер, дорого, шумно и неэффективно.

Водород как физическое вещество

Кроме самой низкой плотности, у водорода есть ещё одна любопытная особенность – чрезвычайно маленький размер молекулы Н2 .

ИНФОРМАЦИЯ: вообще, атом водорода(≈9 нм) меньше атома гелия (≈11 нм). Но на Земле водород не может существовать в атомарном состоянии, поэтому всегда образует молекулу Н2, а её радиус уже ≈18нм.

Такой уникально маленький размер, позволяет водороду просачиваться даже сквозь металлы! Если не контролировать этот процесс, то металлические ёмкости теряют свою прочность и покрываются трещинами, это явление называется «водородное охрупчивание металла».

При этом сильнее всего от этой напасти страдают высокопрочные стали.

С увеличением давления, скорость диффузии водорода в металл повышается. Поэтому водород может растворяться в некоторых металлах, причём в очень больших количествах.

Безопасное хранение водорода в домашних условиях

Водород не более и не менее опасен, чем другие легковоспламеняющиеся виды топлива. Однако его уникальные характеристики следует рассматривать как выгодные.

Водород легче воздуха и поэтому быстро рассеивается в случае утечки. Это сводит к минимуму возможность накопления и возгорания. В случае, если водород воспламеняется, его пламя генерирует меньше тепла из-за отсутствия углерода. Это делает водород существенно более безопасным для потребителя, чем обычные углеводородные топлива (пропан-бутан или бензин).

Но в практическом применении, баллоны под высоким давлением сами являются источником опасности.

Американская компания Fuel Cell Store, почти 20 лет использует свойство растворимости водорода в металлах, для его хранения в бытовых условиях. Решение настолько простое и фантастически выгодное, что кажется просто невозможным. Однако, купить их продукцию может любой желающий. Называется такой способ – металлогидридным.

Как устроены и работают металлогидридные накопители водорода

Водород хранится под низким давлением внутри перезаправляемых картриджей, отвечающих самым передовым стандартам безопасности с точки зрения материалов и технологий. Емкости для хранения водорода SOLID-H заполнены калиброванными смесями металлов (металлическими порошками), которые поглощают водород с образованием гидрида, а при необходимости выделяют газ.

Самые популярные накопители SOLID-H обеспечивают избыточное давление водорода в несколько атмосфер при комнатной температуре. Это самый безопасный метод хранения легковоспламеняющихся газов. Если в водородной системе возникает утечка, например накопитель раздавят, то SOLID-H немедленно выделяет небольшую часть сохранённого газа. Остальной объём будет выпущен в течение нескольких часов.

Такая система хранения регулируется температурой: охлаждающее действие воды или воздуха способствует более быстрому и полному поглощению водорода в фазе зарядки, и наоборот, тепло способствует полному выходу газа.

За параметры объёма хранящегося газа и избыточного давления, отвечают разные смеси металлов.

Выбор сплава

Есть четыре базовые смеси, с разными техническими и ценовыми характеристиками:

  • Сплав А – железо, титан и добавка редкоземельного металла (давление 1-10 атм.);
  • Сплав L – никель и лантан (давление 2-3 атм.);
  • Сплав M – никель, магний и рений (давление 4-5 атм.);
  • Сплав Н – никель, ниобий и цирконий (давление 8-12 атм.).

Смесь А чуть дешевле, позволяет растворить в 1 л. наполнителя 530 литров водорода. Смеси L, M и H поглощают только 481 литр газа.

Скорость заряда и выхода водорода

Скорость разряда зависит от многих переменных. В общем случае не следует ожидать, что весь водород высвободится за считанные минуты. Требуется время, чтобы вывести 90% или более накопленного водорода из стандартного металлогидридного контейнера. Самые большие контейнеры SOLID-H ™ требуют 2-3 дней для полной разгрузки при нормальных условиях.

ИНФОРМАЦИЯ: Возможна разрядка картриджа за считанные секунды, но для этого требуется  серьёзно повысить температуру накопителя (до 110-115˚C) и обеспечить теплообмен внутри ёмкости.

Например, баллон «MyH2 3000» при собственном объёме 5,8 л, накапливает 3000 литров водорода. Но давление внутри варьируется от 5 до 12 атм. Если не охлаждать картридж, то полная зарядка занимает 2 суток. Обдув обычным вентилятором, на порядок ускоряет процесс.

С выходом газа из баллона темпы сохраняются. Но для ускорения можно чуть подогревать картридж. Однако есть оригинальное решение – соединение маленьких накопителей в каскадную систему.

Например, вот этот миниатюрный баллончик BL-18 хранит 18 л водорода, скорость выхода газа при стандартных условиях, около 0,2л/мин. Если их соединить к единый каскад, то вырастает и суммарная скорость поглощения газа, и его выход.

Оригинальные металлогидридные компрессоры

Эта же фирма реализовала чрезвычайно любопытный тип металлогидридного компрессора. Правда он дорого стоит, около 9500 долларов, но зато работает бесшумно, и создаёт давление на выходе 410 атм.

Принцип его простой:

  • Первый этап – при охлаждении заправляют картридж водородом;
  • Второй этап – нагревают ёмкость и выпускают газ в специально подключенный баллон.

А баллон водорода с таким давлением, уже можно поместить в автомобиль, и добавив к нему трёхкиловаттный генератор на топливных элементах, превратить его в энергонезависимый транспорт.

Один недостаток, перевешивает все преимущества

Да, этот недостаток есть, и он такой мощный, что перевешивает все выгоды альтернативной энергетики на водородном топливе – цена оборудования.

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайтеподписываться на канали ставить “палец вверх“, если статья Вам понравилась!!!

Источник: https://zen.yandex.ru/media/alter220/nakopiteli-vodoroda-5edff8c60cd9402a9e2b316d

Технологии и способы хранения водорода

Как хранить водород в земле

Создание компактных, надежных и недорогих систем хранения и транспортировки водорода является одной из ключевых проблем развития водородной энергетики.

Сложность этой задачи определяется тем, что в свободном состоянии водород — самый легкий и один из самых низкокипящих газов.

Достаточно сказать, что в жидком и твердом состояниях водород более чем на порядок легче воды и на порядок легче бензина.

Наиболее известный способ хранения водорода — это хранение в сжатом состоянии. По своим массогабаритным характеристикам и по характеристикам взрывопожаробезопасности он не полностью удовлетворяет условиям эксплуатации в наземном транспорте и в морских условиях, особенно на подводных кораблях и аппаратах.

Взрывопожароопасным является и еще один известный вариант хранения водорода — в криогенном виде. Несмотря на то, что этот вариант хранения широко применяется в космической технике, он имеет существенные недостатки.

Неоднократно выполненные исследования проблемы взрывопожаробезопасности криогенного водорода показали, что для транспортных установок допустимо только кратковременное хранение водорода (не более нескольких суток), да и то при условии тщательного обоснования.

При этом параметры взрывопожаробезопасности в значительной степени определяются объемом хранимого газа и улучшаются с уменьшением объема. Именно последнее обстоятельство позволило в лунной экспедиции космического корабля «Аполлон» использовать этот метод хранения.

Что же касается возможности использования криогенного метода на кораблях и особенно на подводных лодках, где масса хранимого водорода во много раз больше, чем на космических кораблях, а время хранения составляет десятки суток, то вряд ли этот способ может оказаться приемлемым.

С точки зрения безопасности наиболее предпочтительный способ хранения водорода для транспортных средств — связанное хранение — либо в химически связанном виде (гидриды), либо с использованием управляемых способов сорбции-десорбции водорода некоторыми интерметаллическими соединениями. Именно способ связанного хранения водорода в гидридах интерметаллидов применяется на немецких подводных лодках типа U-212.

Перспективность хранения и генерации водорода в химически связанном состоянии определяется следующими особенностями этого способа:

  • накоплением водорода в составе гидридов, используемых как промежуточный продукт при транспортировке и хранении;
  • генерацией водорода непосредственно в месте его потребления, в частности на транспортном средстве, путем разложения гидридов одним из известных путей. Этот процесс может быть включен в рабочий цикл установки, что исключает необходимость предварительного накопления водорода перед его использованием;
  • применением принципа аккумулятора с возможностью многократной зарядки и разрядки без замены сорбентов;
  • относительно низкими давлением и температурой в процессе эксплуатации. Существенными недостатками этого способа являются большая удельная масса системы хранения и относительно высокая стоимость.

Классификация методов хранения водорода

В соответствии с классификацией департамента энергетики США, методы хранения водородного топлива можно разделить на 2 группы.

Первая группа включает физические методы, которые используют физические процессы (главным образом, компрессирование или ожижение) для переведения газообразного водорода в компактное состояние. Водород, хранимый с помощью физических методов, состоит из молекул Н2, слабо взаимодействующих со средой хранения. На сегодня реализованы следующие физические методы хранения водорода:

Сжатый газообразный водород:

  • газовые баллоны;
  • стационарные массивные системы хранения, включая подземные резервуары;
  • хранение в трубопроводах;
  • стеклянные микросферы.

Жидкий водород: стационарные и транспортные криогенные контейнеры.

Вторая группа включает химические методы, в которых хранение водорода обеспечивается физическими или химическими процессами его взаимодействия с некоторыми материалами. Данные методы характеризуются сильным взаимодействием молекулярного либо атомарного водорода с материалом среды хранения и являются следующими:

Адсорбционный водород:

  • цеолиты и родственные соединения;
  • активированный уголь;
  • углеводородные наноматериалы.

Абсорбция в объеме материала (металлогидриды).

Химическое взаимодействие:

  • алонаты;
  • фуллерены и органические гидриды;
  • аммиак;
  • губчатое железо;
  • водореагирующие сплавы на основе алюминия и кремния.

Таблица 10.1
Удельные показатели пяти способов хранения

Хранение водорода в газообразном виде под давлением

Это самый традиционный способ хранения водорода. Поскольку водород ведет себя по добно идеальному газу при температуре окружающей среды, справедливо уравнение для идеальных газов:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T,

где n — количество водорода, моль; R — газовая постоянная.

Количество энергии, сохраненной в форме химической энергии сжатого водорода, может быть оценено изменением теплосодержания, когда водород использован, — например, когда он реагирует с кислородом, в результате чего получается вода.

Наземное хранение газообразного водорода

Наземные водородные контейнеры хранения отличаются по размерам, но имеют, как правило, стандартное давление 20 МПа. Есть также контейнеры высокого давления (> 20 МПа) и большие сферические контейнеры низкого давления (> 15 000 м3 и 1,2— 1,6 МПа).

Самый обычный материал, используемый в водородных контейнерах, — сталь. Это весьма дешевый и практичный материал, но тяжелый, и, таким образом, гравиметрическая плотность хранения водорода с учетом массы контейнера оказывается низкой. Некоторые контейнеры сделаны из алюминия.

Такие баллоны при одинаковых давлениях легче стальных.

Идеальная объемная плотность энергии водорода под давлением 20 МПа при температуре окружающей среды составляет 651,4 кВт ∙ ч/м3. Для реальных систем эта величина, естественно, меньше, и когда принят во внимание контейнер, объемная плотность энергии в случае применения стальных контейнеров (цилиндрических баллонов) составит 537 кВт ∙ ч/м3.

Гравиметрическая плотность энергии (или удельная энергия) в баллоне под давлением, в отличие от объемной, очень сильно зависит от свойств материала контейнера.

Традиционные стальные баллоны позволяют достигать плотности энергии приблизительно 0,45 кВт ∙ ч/кг, что эквивалентно 1,1 % массы сохраненного водорода по отношению к общей массе системы хранения.

За счет оптимизации контейнера и выбора материала может быть достигнута относительная плотность 1,5—2,6 % массы сохраненного водорода от общей массы системы хранения.

Применение новых материалов позволило создать ультралегкие бесшовные контейнеры из углеродного волокна.

В этих контейнерах достигнута гравиметрическая плотность 6 % от веса.

Одно из положительных свойств контейнеров заключается в том, что они не пропускают водород, протечки практически отсутствуют. Небольшие утечки могут быть через соединения, но с помощью надлежащих стыков и регуляторов их легко предотвратить.

Подземное хранение газообразного водорода

Подземные пещеры — простой и относительно дешевый метод для крупномасштабного хранения водорода. Есть несколько различных видов пещер, которые могут использоваться: солевые пещеры, естественные пещеры и структуры водоносного слоя. Соль часто залегает в форме уровней, которые могут иметь толщину до нескольких сотен метров. Они фактически непроницаемы для воды и воздуха.

Водоносные слои расположены в пористых геологических уровнях. Газ вводится в пористый слой, первоначально заполненный водой, в котором и накапливается. Применение этого метода требует специальных геологических условий, он может использоваться только в некоторых регионах.

Помимо солевых пещер и водоносных слоев, водород может быть сохранен в естественных и искусственных пещерах.

Давление в земных пещерах изменяется от 8 до 16 МПа, и, таким образом, объемная плотность энергии составляет приблизительно 250—465 кВт ∙ ч/м3. В структурах водоносных слоев плотность энергии, естественно, значительно меньше. Потери, вызванные утечками в земных пещерах, составляют приблизительно 1—3 % от полного объема в год.

Хранение водорода в сжиженном виде

Жидкий водород используется как топливо в космической технологии в течение многих лет. Сосуды с жидким водородом легче, чем сосуды под давлением.

Однако водород превращается в жидкость при температуре 20,25 °К, и следовательно, система хранения требует сложных методов изоляции для предотвращения испарения.

Квантово-механический анализ водорода показывает, что есть два различных вида водородных молекул: ортоводород с параллельным ядерным вращением и параводород с антипараллельным ядерным вращением.

Это определяет необычное поведение теплоемкости водорода при низких температурах и приводит к отличию идеальной необходимой работы для сжижения водорода от экспериментальных данных.

Реальная энергия, которая должна быть израсходована для сжижения водорода, — при близительно 11 кВт ∙ ч/кг, что составляет около 28 % от высшей теплоты горения водорода. Это одна из самых больших проблем использования жидкого водорода. Однако эта потеря энергии в некоторых случаях частично компенсируется большой ее плотностью.

Плотность жидкого водорода, включая контейнер хранения, составляет приблизительно 25,9 % по массе, при этом массовая плотность энергии равна 10,1 кВт ∙ ч/кг и объемная плотность энергии — приблизительно 2760 кВт ∙ ч/м3.

Контейнеры хранения теряют энергию при неизбежном испарении водорода, которое вызвано теплопроводностью изоляции.

Потери на испарение изменяются от 0,06 % в день для больших контейнеров до 3 % в день — для маленьких сосудов. Контейнеры обычно имеют комбинированную изоляцию. Она включает вакуумную изоляцию, охлаждаемые паром лучевые экраны и обычную многослойную изоляцию (рис. 1.6).

Рис. 1.6 Схема изоляции контейнера для хранения жидкого водорода

Вакуумная изоляция уменьшает передачу теплоты теплопроводностью, поскольку теплопроводность газа сильно уменьшается при уменьшении его давления. Несколько отражающих экранов, окружающих внутренний контейнер (так называемая многослойная изоляция), могут уменьшить передачу теплоты излучением.

Значительное сокращение скорости испарения водорода, связанного с потоком теплоты q, может быть достигнуто путем охлаждения экранов изоляции вентилируемым водородным паром. Это уменьшает температурный перепад между экранами изоляции, что приводит к меньшему потоку теплоты. Такой метод используется прежде всего в больших контейнерах.

Хранение водорода в связанном виде

Металлические гидриды состоят из металлических атомов, которые составляют ведущую решетку, и водородных атомов, которые находятся в своеобразных ловушках, представляющих собой дефекты решетки или вакансию. Ловушка бывает дефектом строки, в котором могут накопиться атомы водорода.

Такая дефектная строка увеличивает напряжение решетки, особенно если два смежных атома повторно объединяются, чтобы формировать молекулярный водород.

С этого момента адсорбция водорода увеличивает размер решеток, поэтому металл обычно используют в виде порошка, чтобы предотвратить растрескивание крупных металлических частиц.

ontakteWhatsAppEmail

Источник: https://metallurgist.pro/tehnologii-i-sposoby-hraneniya-vodoroda/

Ваш закон
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: