Zbiorniki ciśnieniowe na wodór i inne metody jego magazynowania

Czysty wodór może być przechowywany w stanie gazowym lub ciekłym, jak również w postaci związku chemicznego przez długi okres czasu. Wybór zbiorników ciśnieniowych na wodór i innych metod magazynowania zależy od wymagań mobilnych lub stacjonarnych, stabilności stosowanych materiałów, ilości magazynowanego wodoru i aspektów bezpieczeństwa.

W warunkach otoczenia wodór ma postać gazową. Jest on najlżejszym pierwiastkiem w układzie okresowym i w postaci gazowej ma bardzo niską gęstość objętościową energii. Dlatego też, pomimo wszystkich zalet konwencjonalnych i alternatywnych metod magazynowania wodoru, istnieje również wiele wyzwań. Rodzaj optymalnego sposobu magazynowania wodoru zawsze zależy od konkretnego zastosowania.

Aby przechowywać gazowy wodór w ograniczonej objętości, musi on być silnie sprężony. Gazowy wodór jest bardzo trudny do zatrzymania; może wydostać się nawet przez najmniejsze nieszczelności. Przy znacznie obniżonym ciśnieniu można go przechowywać w postaci skroplonej, jednak tylko w temperaturze -253 °C, co wymaga stałego chłodzenia.

CGH2 - Magazynowanie jako sprężony gaz

Wodór gazowy (CGH2: sprężony wodór gazowy) jest sprężany i przechowywany w zbiornikach ciśnieniowych, które muszą wytrzymać bardzo wysokie ciśnienie. Ta metoda magazynowania jest idealna do magazynowania stacjonarnego, np. w zastosowaniach mobilnych w samochodach i pojazdach użytkowych. Magazynowanie sprężonego gazu pod ciśnieniem 700 barów jest jak dotąd najbardziej zaawansowanym rozwiązaniem.

LH2 - magazynowanie jako ciekły wodór

Wodór może być również przechowywany w stanie ciekłym, przy znacznie większej gęstości i w temperaturze -253 °C (LH2: ciekły wodór). Ponieważ ta metoda magazynowania jest tańsza w przypadku większych ilości gazu, wykorzystuje się ją do transportu poza siecią na duże odległości, np. w cysternach, barkach-cysternach lub w cysternach kolejowych. Wadą jest to, że ciekły wodór może parować w wyniku ogrzewania (tzw. boil-off) i dlatego wymaga stałego chłodzenia.

Aby w alternatywny sposób sprostać wyzwaniom związanym z utrzymaniem ciśnienia lub temperatury, stosuje się tzw. nośniki wodoru. Jako formy przechowywania wodoru, wykorzystują one technologie oparte na fizycznym lub chemicznym wiązaniu wodoru z inną substancją.

Magazynowanie przez absorpcję w wodorkach metali

Wodór może tworzyć związek chemiczny z metalem lub stopem, tzw. wodorek metalu, który umożliwia przechowywanie w stanie stałym: Kiedy wodór wchodzi w kontakt z powierzchnią materiału magazynującego, cząsteczki wodoru rozpadają się na wodór atomowy i wnikają w materiał. Wadą tego rozwiązania jest jednak stosunkowo duża masa materiału magazynującego w porównaniu do zaabsorbowanego wodoru.

LOHC - ciekły nośnik wodoru organicznego

Ciekłe organiczne nośniki wodoru (LOHC) przechowują wodór w ciekło-organicznym nośniku. Podczas tego procesu wodór jest przekształcany w inną substancję poprzez wiązanie chemiczne, co umożliwia bezciśnieniowe przechowywanie i transport dużych ilości nawet w temperaturze pokojowej. Odwracając reakcję chemiczną, wodór jest uwalniany z nośnika.

Przykłady systemów LOHC obejmują uwodornienie substancji organicznych, tworzenie alkoholi z tlenkiem węgla, sprzęganie z olejami, a nawet użycie amoniaku jako substancji nośnej dla wodoru.

Każdy sposób magazynowania wodoru - gazowy, ciekły, stacjonarny, mobilny lub w stałym nośniku - ma swoje zastosowanie. Konkretna aplikacja dyktuje, jaką technologię magazynowania należy zastosować, w związku z czym należy zmierzyć się z następującymi wyzwaniami:

• Należy wziąć pod uwagę ogólną sprawność łańcucha konwersji energii (energia elektryczna - wodór - energia elektryczna).
• Należy wziąć pod uwagę wysoką palność lub szeroki zakres palności.
• Przechowywanie dużych ilości stanowi wyzwanie ze względu na dużą pojemność, zwłaszcza w pojazdach.
• Wodór może się łatwo ulotnić przez nieszczelności.
• Podczas przechowywania ciekłego wodoru konieczne jest stałe chłodzenie.

Jako operatora sieci gazowych, magazynów gazu, magazynów pośrednich lub jako dystrybutora gazu wspieramy Państwa we wszystkich wyzwaniach związanych z magazynowaniem wodoru. Pomożemy Państwu w efektywnym doposażeniu istniejących instalacji, jak również w planowaniu i budowie nowych obiektów.

• Badanie przydatności istniejących obiektów do składowania pod kątem ich zgodności z wodorem

• Wsparcie przy opracowywaniu koncepcji nowych modeli biznesowych, badaniach opłacalności, wyborze odpowiednich technologii i lokalizacji oraz kwalifikacji personelu

• Nadzór nad budową (budowa i montaż) instalacji do magazynowania wodoru
• Testy akceptacyjne
• Zatwierdzanie zakładów wytwarzających energię elektryczną z gazu
• Oceny zgodności dla instalacji magazynowania wodoru
• Dowód działania w miejscu instalacji dla gwarancji wydajności i stopnia wykorzystania
• Analizy ryzyka zgodnie z HAZOP/ROGA oraz przygotowanie koncepcji bezpieczeństwa, planów reagowania na incydenty, planów reagowania w sytuacjach awaryjnych oraz planów zapobiegania zagrożeniom dla ilości magazynowych od 5 ton