水素圧力容器とその他の貯蔵方法

水素は、気体や液体の状態だけでなく、化学的に結合した状態でも長期間保存することができます。水素圧力容器やその他の貯蔵方法の選択は、移動型または定置型の条件、使用される材料の安定性、貯蔵する水素の量、安全性に基づいて行われます。

通常の環境においては、水素は気体です。周期表の元素の中で最も軽く、極めて低い体積エネルギー密度を持ちます。このため従来型の水素貯蔵方法および代替的な水素貯蔵方法にはさまざまな利点があるものの、課題も多く存在します。最適な水素貯蔵の方法は、つねに具体的な使用用途によって決まります。

気体である水素を一定の容積で貯蔵するためには、高圧縮する必要があります。水素ガスは封じ込めるのが非常に難しく、わずかな隙間から漏えいします。圧力を大幅に減らし、温度を-253℃まで下げれば、液化して貯蔵することも可能ですが、絶えず冷却が必要になります。

CGH2 - 圧縮ガスとして貯蔵

気体水素（CGH2：圧縮水素）は、水素圧力容器内に圧縮して貯蔵されます。圧力容器は、高い圧力に耐えるものである必要があります。この貯蔵方法は、自動車や商用車のためのモバイルな使用用途を含め、固定型の貯蔵に適しています。700気圧の圧縮ガス貯蔵は、これまでで最も先進的なソリューションです。

LH2 - 液体水素として貯蔵

水素は、-253℃に冷却することにより、より高密度な液体の状態で貯蔵することが可能です（LH2：液体水素）。水素の量が多いほど費用が抑えられるため、この貯蔵方法はタンクローリー、タンクバージ、鉄道タンク車など、長距離のオフグリッドな水素の輸送に利用されています。液体水素は温めると蒸発するため（いわゆるボイルオフが生じる）、絶えず冷却が必要である点が、この貯蔵方法のデメリットです。

圧力や温度の維持という課題を解決するその他の方法として、水素キャリアと呼ばれるものがあります。この方法では、水素を他の物質と物理的・化学的に結合させて水素を貯蔵します。

水素吸蔵合金への吸着による貯蔵

水素は、金属または合金と化合物を形成することができます。これは水素吸蔵合金（金属水素化物）と呼ばれ、固体の状態で水素の保存を可能にします。水素がこの貯蔵材料の表面に接触すると、水素分子が水素原子に分解されて材料に浸透します。ただし、この方法には、貯蔵材料の重量が、吸収した水素に比べて相対的に大きくなるという欠点があります。

LOHC - 液体有機水素キャリア

液体有機水素キャリア（LOHC）は、水素を液体状態の有機化合物のキャリア媒体に貯蔵します。このプロセスでは水素が化学結合によって別の物質に変化します。これによって常温でも無圧で保存できるようになり、大量輸送が可能です。化学反応を逆転させると、水素をキャリアから取り出すことができます。

LOHCシステムの例には、有機物の水素化、一酸化炭素を用いたアルコール生成、油とのカップリング、さらにアンモニアを水素のキャリア物質として使用することも含まれます。

気体、液体、固定式、移動式、固体キャリア媒体など、水素の貯蔵方法はそれぞれに利点があります。使用する貯蔵技術は、具体的な用途によって決定され、以下の課題を考慮する必要があります。

• エネルギー変換チェーン（電気エネルギーから水素へ、水素から電気エネルギーへ）の全体的な効率を考慮する必要がある。
• 高い燃焼性、または燃焼可能範囲の広さを考慮する必要がある。
• 大きな容量が必要になるため、とくに自動車での貯蔵は困難である。
• 水素は、非常に漏えいしやすい。
• 液体水素による貯蔵は絶えず冷却が必要である。

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• 既存の貯蔵施設と水素の適合性を調べる適合性テスト
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• 受入検査
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• 効率保証、稼働率保証のための設置場所での性能証明書
• HAZOP/ROGAに基づくリスク分析、および5トン以上の水素を貯蔵する場合の安全コンセプト、事故対応計画、緊急対応計画、危険防止計画の作成