¿Cuáles son las tecnologías de almacenamiento de hidrógeno? (I) - Almacenamiento de base física (gas o líquido)

¿Cuáles son las tecnologías de almacenamiento de hidrógeno? (I) - Almacenamiento de base física (gas o líquido)

Los métodos de almacenamiento de hidrógeno utilizados por la industria y el mundo académico se pueden dividir en dos tipos:
Almacenamiento basado en la física (gaseoso o líquido)
Almacenamiento basado en materiales (el hidrógeno interactúa con los materiales de almacenamiento)

En el almacenamiento basado en la física, se utilizan habitualmente dos métodos de almacenamiento principales; son almacenamiento de hidrógeno gaseoso y líquido.

1.1 Almacenamiento de hidrógeno gaseoso

El almacenamiento gaseoso implica presurizar el hidrógeno y almacenarlo en forma gaseosa en contenedores específicos. Dependiendo de la presión, el almacenamiento gaseoso se puede dividir en almacenamiento de baja presión y almacenamiento de alta presión. El hidrógeno se puede almacenar a baja presión como el gas natural, utilizando tanques sellados con agua. Este método es adecuado para el almacenamiento de gas a gran escala. Dado que la densidad del hidrógeno es baja, tiene pocas aplicaciones. El almacenamiento gaseoso a alta presión es un método de almacenamiento directo y común. El hidrógeno se puede liberar directamente mediante el ajuste de una válvula de alta presión. El almacenamiento de hidrógeno gaseoso a alta presión nominal es un método de almacenamiento de hidrógeno sencillo, fácil y ampliamente utilizado. La velocidad de carga y liberación es rápida y se puede realizar a temperatura nominal. Sin embargo, sus desventajas son que requiere un recipiente resistente a la presión, consume una gran cantidad de trabajo de compresión de hidrógeno y tiene factores inseguros como una fácil fuga de hidrógeno y una explosión del recipiente.

El almacenamiento gaseoso plantea grandes exigencias a los depósitos de gas. Actualmente, los tanques de almacenamiento de hidrógeno (350 bar y 700 bar) compuestos de fibra de carbono tipo IV son muy utilizados en los vehículos. Para soportar presiones tan altas, el material del tanque debe ser muy resistente, y comprimir hidrógeno a presiones tan altas requiere un trabajo de compresión complicado y el costo es muy alto.

Este método de almacenamiento de gas comprimido no sólo se utiliza para vehículos transportados por carretera, sino también para aplicaciones estacionarias en gasolineras para la distribución de hidrógeno y generación de energía estacionaria..

1.2 Almacenamiento de hidrógeno líquido

A una cierta temperatura baja, el hidrógeno existirá en forma líquida. Por lo tanto, se puede utilizar una tecnología de almacenamiento criogénico de hidrógeno líquido: el almacenamiento criogénico de hidrógeno líquido. De manera similar a la licuefacción del aire, el almacenamiento de hidrógeno líquido a baja temperatura es primero hidrógeno comprimido, antes de pasar a través de la válvula de mariposa para enfriarse, se somete a una expansión de entalpía isotérmica de Joule-Thomson para producir algo de líquido. Una vez separado el líquido, se almacena en un recipiente aislado con alto vacío y el gas continúa el ciclo anterior.

El almacenamiento de hidrógeno líquido tiene una alta densidad de energía volumétrica, la densidad del hidrógeno líquido a temperatura y presión normales es 845 veces mayor que la del hidrógeno gaseoso, y la densidad de energía volumétrica es varias veces mayor que la del almacenamiento comprimido. En comparación con los contenedores de almacenamiento de hidrógeno del mismo volumen, la calidad del almacenamiento de hidrógeno mejora considerablemente. La tecnología de almacenamiento de hidrógeno líquido es particularmente adecuada para situaciones de transporte con espacio de almacenamiento limitado, como motores de cohetes para transbordadores espaciales, motores de automóviles y vehículos de transporte de vuelos intercontinentales. Si sólo se considera en términos de masa y volumen, el almacenamiento de hidrógeno líquido es una forma extremadamente ideal de almacenar hidrógeno. Sin embargo, dado que la licuefacción del hidrógeno requiere una gran cantidad de energía de enfriamiento, licuar 1 kg de hidrógeno requiere entre 4 y 10 kWh de electricidad, lo que aumenta el costo de almacenamiento y uso del hidrógeno. Además, los contenedores de almacenamiento de hidrógeno líquido deben utilizar contenedores especiales para temperaturas ultrabajas. temperatura. Dado que el llenado y aislamiento del almacenamiento de hidrógeno líquido puede provocar fácilmente mayores pérdidas por evaporación, el coste del almacenamiento es más elevado y la tecnología de seguridad más complicada. Los contenedores de almacenamiento de hidrógeno altamente aislados son el foco de la investigación actual.

1.3 Almacenamiento por congelación y compresión

El almacenamiento por congelación y compresión utiliza las propiedades de los métodos de hidrógeno líquido y gaseoso comprimido para el almacenamiento de hidrógeno. Esta tecnología puede reducir la tasa de evaporación del hidrógeno y mantener completamente una alta densidad de energía. Los tanques de compresión suelen almacenar hidrógeno a una temperatura de -253 °C y una alta presión de aproximadamente 300 bar.