Хранение водорода

При нормальных условиях водород – это газ, так что его объемная энергетическая плотность очень низка по сравнению с жидкими топливами, такими как бензин или дизельное топливо. Однако существует несколько других возможностей для хранения водорода: - сжатый газ - сжиженный газ - гидрид металла - химически связанное состояние - углеродные структуры Газообразный водород может быть сжат до высоких давлений с целью увеличить энергетическую плотность. Увеличивая вдвое давление водорода в сосуде, мы увеличиваем вдвое количество запасенной энергии. К сегодняшнему дню существуют технологии хранения водорода при давлениях 200-350 атм. Однако и в этом случае энергетическая объемная плотность водорода все еще в десять раз ниже таковой для бензина. Для большинства транспортных применений это приводит к ограниченному пробегу. Исключение составляют только городские автобусы, которые могут заправляться достаточно часто. Прототип водородного бака, способный работать при давлениях водорода 700 атм. был представлен недавно фирмой GM/Opel. Несколько фирм производителей автомобилей применяют баки со сжатым водородом в их автомобилях с топливными элементами. Упомянутый ранее бак на 700 атм. был разработан фирмой GM в сотрудничестве со своим стратегическим партнером фирмой Quantum Fuel Systems Technology Worldwide, Inc.

Citaro от DaimlerChrysler.	Quantum H2 бак высокого давления.
Жидкий водород должен храниться при температуре приблизительно – 250°С, чтобы избежать кипения. Энергетическая плотность в этом случае много больше, чем у газообразной формы, однако большое количество энергии требуется для того, чтобы перевести водород в жидкое состояние и хранить его при этой температуре. Несмотря на сложность хранения и работы заправочных станций, необходимых для обеспечения больших пробегов автомобилей, производители автомобилей, такие как BMW и GM, внедряют технологию хранения водорода в жидком виде в их водородные автомобили в двигателях внутреннего сгорания и в топливных элементах, соответственно. Большая часть исследований, связанных с применением жидкого водорода, была выполнена в космическом ракетостроении, где водород использовался как топливо.


BMW серия с водородным двигателем внутреннего сгорания.	GM HydroGen3 автомобиль с топливным элементом и с баком с жидким водородом

Хранение водорода в металлогидридах (МГ) представляет вариант хранения даже с большей объемной плотностью, чем в виде жидкого водорода. Металлические сплавы (на базе, например, магния, алюминия или редкоземельных металлов) абсорбируют водород в молекулярные структуры, так что газовые молекулы оказываются плотно упакованными в них. При этом выделяется тепло, оно же необходимо при обратном процессе высвобождения водорода из металлогидридов. Главным недостатком таких систем является их большой вес и стоимость материалов. Кроме того, медленное выделение водорода из гидрида также представляет проблему. Гравиметрическая плотность металлогидридов немного меньше 5 %вес и поэтому они хороши там, где малый объем более важен, чем малый вес, например, в некоторых переносных электронных приборах и в специальных применениях, таких как грузоподъемники и подводные лодки.


Siemens/HDW подводная лодка U-214 с системой хранения водорода в металлогидридах.	Небольшая емкость для хранения водорода в металлогидридах фирмы SRNL, USA

Химически связанный водород (химические гидриды) в некоторой степени подобны металлическим гидридам. Как это следует из названия, водород связан химически в соединение. При взаимодействии химических гидридов с водой они выделяют водород, например, рассмотрим боргидрид натрия, NaBH₄:

NaBH₄ + 2H₂O 4H₂ + NaBO₂

Реакция обратима и получаемый бороксид натрия (NaBO₂) может быть возвращен в исходное состояние боргидрида натрия. NaH и LiBH₄ – примеры других соединений, которые широко используются для этих целей. Хотя энергетическая плотность химических гидридов высока, тем не менее, существуют проблемы, относящиеся ко всей системе, как технического характера, так и связанные с размерами системы.

Углеродные структуры могут также быть использованы для хранения водорода. Некоторые многообещающие результаты были продемонстрированы в 1990-х годах на углеродных нано-структурах. К сожалению, эти результаты оказались не воспроизводимы и, возможно, они были не корректны. Другая возможность связана с абсорбцией водорода в угольных порошках.

Окончательное решение о способе хранения зависит от типа применения этих систем. Емкости, в которых водород хранится при высоких давлениях не вызывают проблем для стационарных применений. В транспортных или переносных применениях размер системы является решающим фактором. Пробег и время работы ограничиваются в этих случаях количеством топлива и, следовательно, его должно быть как можно больше. Кроме того, доступность и стоимость также влияют на решение о выборе той или иной системы хранения водорода.

К началу