¿Qué método de almacenamiento de hidrógeno es más ventajoso?

¿Qué método de almacenamiento de hidrógeno es más ventajoso?

La tecnología de almacenamiento de hidrógeno recorre el extremo de la cadena industrial de energía del hidrógeno hasta el final de la pila de combustible y es un eslabón importante en el control del coste del hidrógeno. El método de almacenamiento de hidrógeno es motivo de gran preocupación para la gente. Actualmente, las tecnologías de almacenamiento de hidrógeno comúnmente utilizadas incluyen principalmente el almacenamiento físico de hidrógeno, el almacenamiento químico de hidrógeno y otros tipos de almacenamiento de hidrógeno.

1. Almacenamiento físico de hidrógeno
La tecnología de almacenamiento físico de hidrógeno se refiere a la tecnología de aumentar la densidad del hidrógeno cambiando las condiciones de almacenamiento de hidrógeno para lograr el almacenamiento de hidrógeno. Esta tecnología es un proceso puramente físico, no requiere un medio de almacenamiento de hidrógeno, tiene un bajo costo, es fácil de liberar hidrógeno y tiene una alta concentración de hidrógeno. Se divide principalmente en almacenamiento de hidrógeno gaseoso a alta presión y almacenamiento de hidrógeno licuado a baja temperatura.
1) Almacenamiento de hidrógeno gaseoso a alta presión
La tecnología de almacenamiento de hidrógeno gaseoso a alta presión se refiere a comprimir hidrógeno a alta presión y almacenarlo en forma gaseosa de alta densidad. Tiene las características de bajo costo, bajo consumo de energía, fácil deshidrogenación y amplias condiciones de trabajo. Esta es la tecnología de almacenamiento de hidrógeno más madura y más utilizada. Sin embargo, tiene una pequeña reserva, un alto consumo de energía, requiere un recipiente resistente a la presión y tiene factores inseguros como fugas de hidrógeno y explosión del recipiente. La densidad de almacenamiento de hidrógeno de esta tecnología se ve muy afectada por la presión, y la presión está limitada por el material del tanque de almacenamiento. Por lo tanto, el foco de investigación actual es la mejora de los materiales de los tanques de almacenamiento. A 30-40 MPa, el aumento es más rápido y cuando la presión es superior a 70 MPa, el cambio es muy pequeño. Por tanto, la presión de trabajo del tanque de almacenamiento debe estar entre 35 y 70 MPa. Por lo tanto, encontrar un tanque de almacenamiento de hidrógeno liviano y resistente a alta presión se ha convertido en la clave para el almacenamiento de hidrógeno gaseoso a alta presión. En la actualidad, los contenedores de almacenamiento de hidrógeno gaseoso a alta presión se dividen principalmente en cuatro tipos: botellas metálicas de acero puro (Tipo I), botellas enrolladas en aro de fibra con revestimiento de acero (Tipo II), botellas completamente envueltas con fibra de revestimiento de aluminio (Tipo III) y botellas de plástico. Botellas envueltas en fibra de revestimiento (Tipo IV). Entre ellas, las botellas de Tipo III y Tipo IV tienen las ventajas de una pequeña relación peso-volumen y una alta densidad de almacenamiento de hidrógeno por unidad de masa, y se han utilizado ampliamente en vehículos con pilas de combustible de hidrógeno. La presión de trabajo de las botellas de almacenamiento de hidrógeno a alta presión es generalmente de 35 a 70 MPa. Los sistemas nacionales de almacenamiento de hidrógeno a bordo de alta presión utilizan principalmente botellas de Tipo III de 35 MPa, mientras que los países extranjeros utilizan principalmente botellas de Tipo IV de 70 MPa.
2) Almacenamiento criogénico de hidrógeno líquido.
La tecnología de almacenamiento criogénico de hidrógeno líquido utiliza las características de la licuefacción del hidrógeno en condiciones de alta presión y baja temperatura, y su densidad de volumen es 845 veces mayor que la del estado gaseoso, para lograr un almacenamiento eficiente de hidrógeno, y su eficiencia de transporte es mayor que la del hidrógeno gaseoso. Sin embargo, para garantizar condiciones de baja temperatura y alta presión, no solo existen requisitos para el material del tanque de almacenamiento, sino que también se requiere un estricto esquema de aislamiento y equipo de refrigeración. Por lo tanto, el volumen del tanque de almacenamiento de hidrógeno líquido licuado criogénico es generalmente pequeño y la densidad de masa del hidrógeno es de aproximadamente el 10%. La tecnología de almacenamiento criogénico de hidrógeno líquido se utiliza principalmente en los campos militar y aeroespacial, y la investigación y aplicación comercial apenas han comenzado. Sin embargo, debido a sus ventajas en el almacenamiento y transporte a gran escala y larga distancia, con la implementación formal de los tres estándares nacionales de hidrógeno líquido de mi país y el avance continuo y la reducción de costos de la tecnología de almacenamiento de hidrógeno, el almacenamiento criogénico de hidrógeno líquido puede coexistir con almacenamiento de hidrógeno gaseoso a alta presión en el futuro.

2. Almacenamiento de hidrógeno químico
La tecnología de almacenamiento químico de hidrógeno es una tecnología que utiliza medios de almacenamiento de hidrógeno para reaccionar con el hidrógeno en determinadas condiciones para generar compuestos estables y luego libera hidrógeno al cambiar las condiciones. Incluye principalmente almacenamiento de hidrógeno líquido orgánico, almacenamiento de hidrógeno en amoníaco líquido, almacenamiento de hidrógeno en hidruro coordinado, almacenamiento de hidrógeno inorgánico y almacenamiento de hidrógeno en metanol.
1) Almacenamiento de hidrógeno líquido orgánico.
La tecnología de almacenamiento de hidrógeno líquido orgánico se basa en la reacción de hidrogenación de materia orgánica líquida insaturada bajo la acción de un catalizador para generar compuestos estables, y luego en la reacción de deshidrogenación cuando se necesita hidrógeno. La materia orgánica líquida insaturada de uso común y sus propiedades se muestran en la tabla. .
2) Almacenamiento de hidrógeno y amoníaco líquido
El hidrógeno y el nitrógeno se sintetizan en amoníaco líquido bajo la acción de un catalizador y se almacenan y transportan en forma de amoníaco líquido. El amoníaco líquido se descompone y libera hidrógeno a presión normal y alrededor de 400 ℃. En comparación con la temperatura de licuefacción del hidrógeno extremadamente baja de -253 ℃ requerida por la tecnología de almacenamiento de hidrógeno líquido a baja temperatura, la temperatura de licuefacción del amoníaco en una atmósfera es mucho más alta a -33 ℃, y el método "hidrógeno-amoníaco-hidrógeno" consume menos energía, es menos difícil de implementar y transportar, y es menos difícil. Al mismo tiempo, la densidad volumétrica de almacenamiento de hidrógeno en el almacenamiento de hidrógeno con amoníaco líquido es 1,7 veces mayor que la del hidrógeno líquido y es mucho mayor que la de la tecnología de almacenamiento de hidrógeno gaseoso con remolque de tubo largo. Esta tecnología tiene ciertas ventajas en el almacenamiento y transporte de energía de hidrógeno a larga distancia. Sin embargo, el almacenamiento de hidrógeno en amoniaco líquido también tiene muchas desventajas. El amoníaco líquido es altamente corrosivo y tóxico, y existen riesgos potenciales de daño al equipo, al cuerpo humano y al medio ambiente durante el almacenamiento y el transporte; el proceso de síntesis de amoníaco está relativamente maduro en mi país, pero existe una cierta proporción de pérdidas en la conversión del proceso; Aún es necesario integrar los equipos para el amoníaco sintético y la descomposición del amoníaco y los equipos de la industria terminal.
3) Almacenamiento de hidrógeno y metanol
El metanol verde tiene una alta densidad energética y es un método ideal de almacenamiento y transporte de energía líquida. Usar energía renovable para generar hidrógeno verde y luego combinarlo con dióxido de carbono para generar metanol verde que sea fácil de almacenar y transportar es un camino importante hacia cero emisiones de carbono.
3) Coordinación del almacenamiento de hidrógeno en hidruro.
El almacenamiento de hidrógeno con hidruro de coordinación utiliza metales alcalinos para reaccionar con el hidrógeno y generar hidruros iónicos, que se descomponen en hidrógeno bajo ciertas condiciones. La siguiente tabla muestra las propiedades de almacenamiento de hidrógeno de los hidruros de coordinación comunes.
4) Almacenamiento de hidrógeno por compuestos inorgánicos.
Los materiales inorgánicos para el almacenamiento de hidrógeno se basan en la conversión mutua entre bicarbonato y formiato para lograr el almacenamiento y la liberación de hidrógeno.

Resumen: Actualmente, el almacenamiento de hidrógeno gaseoso a alta presión es la corriente principal, pero su desarrollo se ha visto restringido debido a la seguridad y la densidad de almacenamiento de hidrógeno es baja, lo que no es adecuado para el transporte de larga distancia a gran escala; el almacenamiento de hidrógeno líquido a baja temperatura enfrenta muchas dificultades en su desarrollo en China debido a su alto costo y dificultad de almacenamiento y transporte; La tecnología de almacenamiento de hidrógeno orgánico líquido tiene grandes ventajas en cuanto a seguridad, densidad de almacenamiento de hidrógeno y eficiencia de almacenamiento y transporte. Bajo la premisa de que tanto el almacenamiento de hidrógeno a alta presión de 70 MPa como el almacenamiento de hidrógeno líquido a baja temperatura en mi país están rezagados, se espera que se convierta en una de las principales formas de almacenamiento y transporte de hidrógeno en mi país en el futuro. Como material de almacenamiento de hidrógeno, el hidruro tiene la ventaja de almacenar hidrógeno a alta densidad a baja presión en comparación con el hidrógeno a alta presión.