в чем хранят водород
Начнем с начала: что такое водород и в чем его хранят.
Это моя вторая запись из цикла «Живые хроники одного стартапа». С первой записи прошло почти две недели, и мне есть чем поделиться.
Уважаемые читатели! Кто-нибудь из вас хоть раз в жизни видел молекулу водорода? Или может быть атомарный водород? Или возможно протон Н+? Признаюсь, я видела водород только пару раз в жизни, когда на лабораторных работах по химии мы бросали цинк в соляную кислоту и наблюдали бурное выделение пузырьков газа. Это было занимательно, но тогда мы не задумывались, что этот выделяющийся газ можно собирать, хранить и использовать как топливо.
На сегодняшний день реализованы различные методы хранения водорода:
Физические:
Сжатый газообразный водород в газовых баллонах; стационарные массивные системы хранения, включая подземные резервуары; хранение в трубопроводах; хранение в стеклянных микросферах.
Жидкий водород в стационарных и транспортных криогенных контейнерах.
Хранение газообразного водорода
Это не является более сложной проблемой, чем хранение природного газа. На практике для этого применяют газгольдеры, естественные подземные резервуары, хранилища, созданные подземными атомными взрывами. Доказана принципиальная возможность хранения газообразного водорода в соляных кавернах, создаваемых путём растворения соли водой через буровые скважины.
Для хранения газообразного водорода при давлении до 100 МПа используют сварные сосуды с двух- или многослойными стенками. Внутренняя стенка такого сосуда выполнена из аустенитной нержавеющей стали или другого материала, совместимого с водородом в условиях высокого давления, внешние слои – из высокопрочных сталей. Для этих целей применяют и бесшовные толстостенные сосуды из низкоуглеродистых сталей, расчитанных на давление до 40 – 70 МПа.
Одним из наиболее перспективных способов хранения больших количеств водорода является хранение его в водоносных горизонтах. Годовые потери составляют при таком способе хранения 1 – 3%. Эту величину потерь подтверждает опыт хранения природного газа.
Газообразный водород возможно хранить и перевозить в стальных сосудах под давлением до 20 МПа. Такие ёмкости можно подвозить к месту потребления на автомобильных или железнодорожных платформах, как в стандартной таре, так и в специально сконструированных контейнерах.
Баллоны для хранения водорода достаточно просты и компактны. Однако для хранения 1 кг водорода требуются болоны массой 33 кг. Прогресс в материаловедении даёт возможность снизить массу материала баллона до 20 кг на 1 кг водорода, а в дальнейшем возможно снижение до 8 – 10 кг. Пока масса водорода при хранении его в баллонах составляет примерно 2 – 3% от массы самого баллона.
Большие количества водорода можно хранить в крупных газгольдерах под давлением. Газгольдеры обычно изготовляют из углеродистой стали. Рабочее давление в них обычно не превышает 10 МПа. Вследствие малой плотности газообразного водорода хранить его в таких ёмкостях выгодно лишь в сравнительно небольших количествах. Повышение же давление сверх указанного, например, до сотен МПа, во-первых, вызывает трудности, связанные с водородной коррозией углеродистых сталей, и, во-вторых, приводит к существенному удорожанию подобных ёмкостей.
Для хранения очень больших количеств водорода экономически эффективным является способ хранения в истощённых газовых и водоносных пластах. В США насчитывается более 300 подземных хранилищ газа.
Хранение жидкого водорода
Среди многих уникальных свойств водорода, которые важно учитывать при его хранении в жидком виде, одно является особенно важным. Водород в жидком состоянии находится в узком интервале температур: от точки кипения 20К до точки замерзания 17К, когда он переходит в твёрдое состояние. Если температура поднимается выше точки кипения, водород мгновенно переходит из жидкого состояния в газообразное.
Чтобы не допустить местных перегревов, сосуды, которые заполняют жидким водородом, следует предварительно охладить до температуры, близкой к точке кипения водорода, только после этого можно заполнять их жидким водородом. Для этого через систему пропускают охлаждающий газ, что связано с большими расходами водорода на захолаживание ёмкости.
Переход водорода из жидкого состояния в газообразное связан с неизбежными потерями от испарения. Стоимость и энергосодержание испаряющегося газа значительны. Поэтому организация использования этого газа с точки зрения экономики и техники безопасности необходимы. По условиям безопасной эксплуатации криогенного сосуда необходимо, чтобы после достижения максимального рабочего давления в ёмкости газовое пространство составляло не менее 5 %.
К резервуарам для хранения жидкого водорода предъявляют ряд требований:
— конструкция резервуара должна обеспечивать прочность и надёжность в работе, длительную безопасную эксплуатацию;
— расход жидкого водорода на предварительное охлаждение хранилища перед его заполнением жидким водородом должен быть минимальным;
— резервуар для хранения должен быть снабжён средствами для быстрого заполнения жидким водородом и быстрой выдачи хранимого продукта.
Главная часть криогенной системы хранения водорода – теплоизолированные сосуды, масса которых примерно в 4 – 5 раз меньше на 1 кг хранимого водорода, чем при баллонном хранении под высоким давлением. В криогенных системах хранения жидкого водорода на 1 кг водорода приходится 6 – 8 кг массы криогенного сосуда, а по объёмным характеристикам криогенные сосуды соответствуют хранению газообразного водорода под давлением 40 МПа.
Жидкий водород в больших количествах хранят в специальных хранилищах объёмом до 5 тыс. м3. Крупное шарообразное хранилище для жидкого водорода объёмом 2850 м3 имеет внутренний диаметр алюминиевой сферы 17,4 м3.
Хранение и транспортирование водорода в химически связанном состоянии.
Преимущества хранения и транспортирование водорода в форме аммиака, метанола, этанола на дальние расстояния состоят в высокой плотности объёмного содержания водорода. Однако в этих формах хранения водорода среда хранения используется однократно. Температура сжижения аммиака 239,76 К, критическая температура 405 К, так что при нормальной температуре аммиак сжижается при давлении 1,0 Мпа и его можно транспортировать по трубам и хранить в жидком виде.
В диссоциаторах для разложения аммиака (крекерах), которое протекает при температурах примерно порядка 1173 – 1073 К и атмосферном давлении, используется отработанный железный катализатор для синтеза аммиака. Для получения одного кг водорода затрачивается 5,65 кг аммиака. Что касается затрат тепла на диссоциацию аммиака при использовании этого тепла со стороны, то теплота сгорания полученного водорода может до 20% превосходить теплоту сгорания использованного в процессе разложения аммиака. Если же для процесса диссоциации используется водород, полученный в процессе, то КПД такого процесса (отношение теплоты полученного газа к теплоте сгорания затраченного аммиака) не превышает 60 – 70%.
Водород из метанола может быть получен по двум схемам: либо методом каталитического разложения:
СН3ОН = СО + 2 Н2 – 90 кДж
с последующей каталитической конверсией СО, либо каталитической паровой конверсии в одну стадию:
Н2О + СН3ОН = СО2 + 3 Н2 – 49 кДж.
Обычно для процесса используют цинк-хромовый катализатор синтеза метанола. Процесс протекает при 573 – 673 К. Метанол можно использовать как горючее для процессов конверсии. В этом случае КПД процесса получения водорода составляет 65 – 70% (отношение теплоты полученного водорода к теплоте сгорания затраченного метанола); если теплота для процесса получения водорода подводится извне, теплота сгорания водорода, полученного методом каталитического разложения, на 22%, а водорода, полученного методом паровой конверсии, на 15% превосходят теплоту сгорания затраченного метанола.
Гидридная система хранения водорода
В случае хранения водорода в гидридной форме отпадает необходимость в громоздких и тяжёлых баллонах, требуемых при хранении газообразного водорода в сжатом виде, или сложных в изготовлении и дорогих сосудов для хранения жидкого водорода. При хранении водорода в виде гидридов объём системы уменьшается примерно в 3 раза по сравнению с объёмом хранения в баллонах. Упрощается транспортирование водорода. Отпадают расходы на конверсию и сжижение водорода.
Водород из гидридов металлов можно получить по двум реакциям: гидролиза и диссоциации.
Методом гидролиза можно получать вдвое больше водорода, чем его находится в гидриде. Однако этот процесс практически необратим. Метод получения водорода термической диссоциацией гидрида даёт возможность создать аккумуляторы водорода, для которых незначительное изменение температуры и давления в системе вызывает существенное изменение равновесия реакции образования гидрида.
Стационарные устройства для хранения водорода в форме гидридов не имеет строгих ограничений по массе и объёму, поэтому лимитирующим фактором выбора того или иного гидрида будет, по всей вероятности, его стоимость. Для некоторых направлений использования может оказаться полезным гидрид ванадия, поскольку он хорошо диссоциирует при температуре, близкой в 270 К. Гидрид магния является относительно недорогим, но имеет сравнительно высокую температуру диссоциации 560 – 570 К и высокую теплоту образования. Железо-титановый сплав сравнительно недорог, а гидрид его диссоциирует при температурах 320 – 370 К с низкой теплотой образования. Использование гидридов имеет значительные преимущества в отношении техники безопасности. Повреждённый сосуд с гидридом водорода представляет значительно меньшую опасность, чем повреждённый жидководородный танк или сосуд высокого давления, заполненный водородом.
Наиболее перспективным веществом для хранения водорода является боргидрид лития LiBH4. Это вещество способно удерживать до 18% водорода по массе. Существенным недостатком этого соединения является высокая температура (300 С) при которой боргидрид разлагается и высвобождает водород.
Другие материалы для хранения водорода
Идея ученых заключается в том, что структура кератина (белка, из которого в основном состоят волокна куриных перьев) при процедуре карбонизации становится гораздо более пористой, чем в обычном состоянии, и белок становится способным поглощать и удерживать большое количество водорода.
Авторы посчитали, что применение карбонизированных волокон куриных перьев более эффективно в хранении водорода, чем углеродные нанотрубки или гидриды металлов.
К тому же куриные перья – дешевый материал.
Мы разобрали все возможные на сегодняшний день варианты хранения водорода. А для чего же его хранить, да еще и в больших количествах? Конечно, для использования в топливных элементах.
Топливные элементы являются аналогами существующих аккумуляторов в том смысле, что в обоих случаях электрическая энергия получается из химической. Но есть и принципиальные отличия:
• они работают только пока топливо и окислитель поступают от внешнего источника (т.е. они не могут накапливать электрическую энергию).
• химический состав электролита в процессе работы не изменяется (топливный элемент не нуждается в перезарядке).
• они полностью не зависимы от электричества (в то время как обычные аккумуляторы запасают энергию из электросети).
• у топливных элементов нет жёсткого ограничения на КПД, как у тепловых машин (КПД цикла Карно является максимально возможным КПД среди всех тепловых машин с такими же минимальной и максимальной температурами).
• высокий КПД достигается благодаря прямому превращению энергии топлива в электроэнергию. У существующих топливных элементов КПД составляет 60-80%.
• КПД почти не зависит от коэффициента загрузки.
• ёмкость в несколько раз выше, чем в существующих аккумуляторах.
• полное отсутствие экологически вредных выбросов. Выделяется только чистый водяной пар и тепловая энергия (в отличие от дизельных генераторов, имеющих загрязняющие окружающую среду выхлопы и требующих их отвода).
Проблемы топливных элементов
Все потребители водорода условно разделяются на три большие группы. К первой относятся те, которые используют для производства конечного продукта природные топлива, производят из них водород и применяют его на месте в цикле наряду с побочным производством других продуктов. Целесообразность замены привычных производственных технологий определяется при сравнении конечных затрат.
Вторую группу составляют потребители товарного водорода. В связи с переходом на безотходную переработку нефти возможно значительное увеличение потребности в товарном водороде.
В третью группу входят новые возможные потребители водорода: автотранспорт, авиация, пиковые электростанции, автономные энергосистемы, установки прямого восстановления металлов из руд и т. п. В далекой перспективе эта третья категория потребителей может стать основной.
Технологии и способы хранения водорода
Создание компактных, надежных и недорогих систем хранения и транспортировки водорода является одной из ключевых проблем развития водородной энергетики. Сложность этой задачи определяется тем, что в свободном состоянии водород — самый легкий и один из самых низкокипящих газов. Достаточно сказать, что в жидком и твердом состояниях водород более чем на порядок легче воды и на порядок легче бензина.
Наиболее известный способ хранения водорода — это хранение в сжатом состоянии. По своим массогабаритным характеристикам и по характеристикам взрывопожаробезопасности он не полностью удовлетворяет условиям эксплуатации в наземном транспорте и в морских условиях, особенно на подводных кораблях и аппаратах.
Взрывопожароопасным является и еще один известный вариант хранения водорода — в криогенном виде. Несмотря на то, что этот вариант хранения широко применяется в космической технике, он имеет существенные недостатки.
Неоднократно выполненные исследования проблемы взрывопожаробезопасности криогенного водорода показали, что для транспортных установок допустимо только кратковременное хранение водорода (не более нескольких суток), да и то при условии тщательного обоснования. При этом параметры взрывопожаробезопасности в значительной степени определяются объемом хранимого газа и улучшаются с уменьшением объема. Именно последнее обстоятельство позволило в лунной экспедиции космического корабля «Аполлон» использовать этот метод хранения. Что же касается возможности использования криогенного метода на кораблях и особенно на подводных лодках, где масса хранимого водорода во много раз больше, чем на космических кораблях, а время хранения составляет десятки суток, то вряд ли этот способ может оказаться приемлемым.
С точки зрения безопасности наиболее предпочтительный способ хранения водорода для транспортных средств — связанное хранение — либо в химически связанном виде (гидриды), либо с использованием управляемых способов сорбции-десорбции водорода некоторыми интерметаллическими соединениями. Именно способ связанного хранения водорода в гидридах интерметаллидов применяется на немецких подводных лодках типа U-212.
Перспективность хранения и генерации водорода в химически связанном состоянии определяется следующими особенностями этого способа:
Классификация методов хранения водорода
В соответствии с классификацией департамента энергетики США, методы хранения водородного топлива можно разделить на 2 группы.
Первая группа включает физические методы, которые используют физические процессы (главным образом, компрессирование или ожижение) для переведения газообразного водорода в компактное состояние. Водород, хранимый с помощью физических методов, состоит из молекул Н2, слабо взаимодействующих со средой хранения. На сегодня реализованы следующие физические методы хранения водорода:
Сжатый газообразный водород:
Жидкий водород: стационарные и транспортные криогенные контейнеры.
Вторая группа включает химические методы, в которых хранение водорода обеспечивается физическими или химическими процессами его взаимодействия с некоторыми материалами. Данные методы характеризуются сильным взаимодействием молекулярного либо атомарного водорода с материалом среды хранения и являются следующими:
Абсорбция в объеме материала (металлогидриды).
Хранение водорода в газообразном виде под давлением
Это самый традиционный способ хранения водорода. Поскольку водород ведет себя по добно идеальному газу при температуре окружающей среды, справедливо уравнение для идеальных газов:
где n — количество водорода, моль; R — газовая постоянная.
Количество энергии, сохраненной в форме химической энергии сжатого водорода, может быть оценено изменением теплосодержания, когда водород использован, — например, когда он реагирует с кислородом, в результате чего получается вода.
Наземное хранение газообразного водорода
Наземные водородные контейнеры хранения отличаются по размерам, но имеют, как правило, стандартное давление 20 МПа. Есть также контейнеры высокого давления (> 20 МПа) и большие сферические контейнеры низкого давления (> 15 000 м 3 и 1,2— 1,6 МПа). Самый обычный материал, используемый в водородных контейнерах, — сталь. Это весьма дешевый и практичный материал, но тяжелый, и, таким образом, гравиметрическая плотность хранения водорода с учетом массы контейнера оказывается низкой. Некоторые контейнеры сделаны из алюминия. Такие баллоны при одинаковых давлениях легче стальных.
Гравиметрическая плотность энергии (или удельная энергия) в баллоне под давлением, в отличие от объемной, очень сильно зависит от свойств материала контейнера. Традиционные стальные баллоны позволяют достигать плотности энергии приблизительно 0,45 кВт ∙ ч/кг, что эквивалентно 1,1 % массы сохраненного водорода по отношению к общей массе системы хранения. За счет оптимизации контейнера и выбора материала может быть достигнута относительная плотность 1,5—2,6 % массы сохраненного водорода от общей массы системы хранения.
Применение новых материалов позволило создать ультралегкие бесшовные контейнеры из углеродного волокна.
В этих контейнерах достигнута гравиметрическая плотность 6 % от веса.
Одно из положительных свойств контейнеров заключается в том, что они не пропускают водород, протечки практически отсутствуют. Небольшие утечки могут быть через соединения, но с помощью надлежащих стыков и регуляторов их легко предотвратить.
Подземное хранение газообразного водорода
Подземные пещеры — простой и относительно дешевый метод для крупномасштабного хранения водорода. Есть несколько различных видов пещер, которые могут использоваться: солевые пещеры, естественные пещеры и структуры водоносного слоя. Соль часто залегает в форме уровней, которые могут иметь толщину до нескольких сотен метров. Они фактически непроницаемы для воды и воздуха.
Водоносные слои расположены в пористых геологических уровнях. Газ вводится в пористый слой, первоначально заполненный водой, в котором и накапливается. Применение этого метода требует специальных геологических условий, он может использоваться только в некоторых регионах.
Помимо солевых пещер и водоносных слоев, водород может быть сохранен в естественных и искусственных пещерах.
Хранение водорода в сжиженном виде
Жидкий водород используется как топливо в космической технологии в течение многих лет. Сосуды с жидким водородом легче, чем сосуды под давлением.
Однако водород превращается в жидкость при температуре 20,25 °К, и следовательно, система хранения требует сложных методов изоляции для предотвращения испарения. Квантово-механический анализ водорода показывает, что есть два различных вида водородных молекул: ортоводород с параллельным ядерным вращением и параводород с антипараллельным ядерным вращением. Это определяет необычное поведение теплоемкости водорода при низких температурах и приводит к отличию идеальной необходимой работы для сжижения водорода от экспериментальных данных.
Реальная энергия, которая должна быть израсходована для сжижения водорода, — при близительно 11 кВт ∙ ч/кг, что составляет около 28 % от высшей теплоты горения водорода. Это одна из самых больших проблем использования жидкого водорода. Однако эта потеря энергии в некоторых случаях частично компенсируется большой ее плотностью.
Контейнеры хранения теряют энергию при неизбежном испарении водорода, которое вызвано теплопроводностью изоляции.
Потери на испарение изменяются от 0,06 % в день для больших контейнеров до 3 % в день — для маленьких сосудов. Контейнеры обычно имеют комбинированную изоляцию. Она включает вакуумную изоляцию, охлаждаемые паром лучевые экраны и обычную многослойную изоляцию (рис. 1.6).
Рис. 1.6 Схема изоляции контейнера для хранения жидкого водорода
Вакуумная изоляция уменьшает передачу теплоты теплопроводностью, поскольку теплопроводность газа сильно уменьшается при уменьшении его давления. Несколько отражающих экранов, окружающих внутренний контейнер (так называемая многослойная изоляция), могут уменьшить передачу теплоты излучением.
Значительное сокращение скорости испарения водорода, связанного с потоком теплоты q, может быть достигнуто путем охлаждения экранов изоляции вентилируемым водородным паром. Это уменьшает температурный перепад между экранами изоляции, что приводит к меньшему потоку теплоты. Такой метод используется прежде всего в больших контейнерах.
Хранение водорода в связанном виде
Хранение водорода в гидридах металлов
Металлические гидриды состоят из металлических атомов, которые составляют ведущую решетку, и водородных атомов, которые находятся в своеобразных ловушках, представляющих собой дефекты решетки или вакансию. Ловушка бывает дефектом строки, в котором могут накопиться атомы водорода. Такая дефектная строка увеличивает напряжение решетки, особенно если два смежных атома повторно объединяются, чтобы формировать молекулярный водород. С этого момента адсорбция водорода увеличивает размер решеток, поэтому металл обычно используют в виде порошка, чтобы предотвратить растрескивание крупных металлических частиц.
Накопители водорода
Пост опубликован: 7 июня, 2020
Хранение водорода в бытовых условиях – опасная задача и хитрые решения
При грамотной комплектации системы альтернативного энергообеспечения, водород можно считать идеальным накопителем энергии. Выделить его из воды очень легко и также просто можно опять получить с его помощью электроэнергию. Но вот его хранение доставляет реальные неудобства.
Водород и его свойства в практическом ключе
Говорить о водороде имеет смысл только при встраивании его в систему альтернативного энергоснабжения на основе солнечных панелей или ветрогенераторов. Причиной тому служит цикличность генерации электричества такими источникам. Днём может быть слишком много электроэнергии от солнечных панелей, а ночью она не вырабатывается вообще. С ветром ещё хуже, тут даже нет заранее известной цикличности.
Так вот для хранения избытка электроэнергии, наиболее выгодно использовать водород, в сочетании с железо-никелевыми аккумуляторами. При этом водород нужен не для обычных генераторов, а чтобы питать им топливные элементы. КПД современных топливных элементов, выпускаемых серийно, находится в районе 90%. По сравнению с КПД обычных электрогенераторов на углеводородном сырье, в редких случаях превышающих 30%, топливные элементы находятся вне конкуренции.
При чём тут железо-никелевые аккумуляторы
У таких аккумуляторов есть два чрезвычайно важных свойства, которые делают их идеальным в домашней системе независимого энергообеспечения:
1. Они практически неубиваемы!
Железо-никелевые аккумуляторы не боятся переохлаждения или перегрева, им не страшно короткое замыкание, сильные ток зарядки или полная разрядка не причинят им вреда. В Европе и США есть объекты, где железо-никелевые батареи работают ещё со времён Второй Мировой Войны! В них только меняют электролит с регулярностью один раз в 10 лет, и подливают дистиллированную воду раз в месяц.
2. При зарядке железо-никелевого АКБ, около 30% энергии тратится на электролиз.
Т.е. в процессе зарядки, выделяется водород, который требуется только сохранить и потом использовать для питания топливных элементов. Разумеется, что этого объёма водорода будет недостаточно, потребуется дополнительный электролизёр. Но оставлять этот аспект работы таких аккумуляторов без внимания, может только Чубайсоголовый владелец.
Энергоёмкость водорода – неожиданный подвох
Чтобы не погружаться в сложные физические коэффициенты о теплотворной способности и теплоёмкости, можно привести такое сравнение. Если КПД превращения теплоносителя будет 100%, то для того, чтобы лампочка мощностью 100 Вт горела целые сутки, потребуется:
Складывается двоякая картина! По весу, водорода надо меньше всего, но из-за того что у него самая маленькая плотность среди всех веществ, при пересчёте на объёмные показатели, водород проигрывает!
Водород как физическое вещество
Кроме самой низкой плотности, у водорода есть ещё одна любопытная особенность – чрезвычайно маленький размер молекулы Н2.
ИНФОРМАЦИЯ: вообще, атом водорода(≈9 нм) меньше атома гелия (≈11 нм). Но на Земле водород не может существовать в атомарном состоянии, поэтому всегда образует молекулу Н2, а её радиус уже ≈18нм.
Такой уникально маленький размер, позволяет водороду просачиваться даже сквозь металлы! Если не контролировать этот процесс, то металлические ёмкости теряют свою прочность и покрываются трещинами, это явление называется «водородное охрупчивание металла». При этом сильнее всего от этой напасти страдают высокопрочные стали.
С увеличением давления, скорость диффузии водорода в металл повышается. Поэтому водород может растворяться в некоторых металлах, причём в очень больших количествах.
Безопасное хранение водорода в домашних условиях
Водород не более и не менее опасен, чем другие легковоспламеняющиеся виды топлива. Однако его уникальные характеристики следует рассматривать как выгодные.
Водород легче воздуха и поэтому быстро рассеивается в случае утечки. Это сводит к минимуму возможность накопления и возгорания. В случае, если водород воспламеняется, его пламя генерирует меньше тепла из-за отсутствия углерода. Это делает водород существенно более безопасным для потребителя, чем обычные углеводородные топлива (пропан-бутан или бензин).
Но в практическом применении, баллоны под высоким давлением сами являются источником опасности.
Американская компания Fuel Cell Store, почти 20 лет использует свойство растворимости водорода в металлах, для его хранения в бытовых условиях. Решение настолько простое и фантастически выгодное, что кажется просто невозможным. Однако, купить их продукцию может любой желающий. Называется такой способ – металлогидридным.
Как устроены и работают металлогидридные накопители водорода
Водород хранится под низким давлением внутри перезаправляемых картриджей, отвечающих самым передовым стандартам безопасности с точки зрения материалов и технологий. Емкости для хранения водорода SOLID-H заполнены калиброванными смесями металлов (металлическими порошками), которые поглощают водород с образованием гидрида, а при необходимости выделяют газ.
Самые популярные накопители SOLID-H обеспечивают избыточное давление водорода в несколько атмосфер при комнатной температуре. Это самый безопасный метод хранения легковоспламеняющихся газов. Если в водородной системе возникает утечка, например накопитель раздавят, то SOLID-H немедленно выделяет небольшую часть сохранённого газа. Остальной объём будет выпущен в течение нескольких часов.
Такая система хранения регулируется температурой: охлаждающее действие воды или воздуха способствует более быстрому и полному поглощению водорода в фазе зарядки, и наоборот, тепло способствует полному выходу газа.
За параметры объёма хранящегося газа и избыточного давления, отвечают разные смеси металлов.
Выбор сплава
Есть две базовые смеси, с разными техническими и ценовыми характеристиками:
Смесь А чуть дешевле, позволяет растворить в 1 л. наполнителя 530 литров водорода. Смеси L, M и H поглощают только 481 литр газа.
Скорость заряда и выхода водорода
Скорость разряда зависит от многих переменных. В общем случае не следует ожидать, что весь водород высвободится за считанные минуты. Требуется время, чтобы вывести 90% или более накопленного водорода из стандартного металлогидридного контейнера. Самые большие контейнеры SOLID-H ™ требуют 2-3 дней для полной разгрузки при нормальных условиях.
ИНФОРМАЦИЯ: Возможна разрядка картриджа за считанные секунды, но для этого требуется серьёзно повысить температуру накопителя (до 110-115˚C) и обеспечить теплообмен внутри ёмкости.
Например, баллон «MyH2 3000» при собственном объёме 5,8 л, накапливает 3000 литров водорода. Но давление внутри варьируется от 5 до 12 атм. Если не охлаждать картридж, то полная зарядка занимает 2 суток. Обдув обычным вентилятором, на порядок ускоряет процесс.
С выходом газа из баллона темпы сохраняются. Но для ускорения можно чуть подогревать картридж. Однако есть оригинальное решение – соединение маленьких накопителей в каскадную систему.
Например, вот этот миниатюрный баллончик BL-18 хранит 18 л водорода, скорость выхода газа при стандартных условиях, около 0,2л/мин. Если их соединить к единый каскад, то вырастает и суммарная скорость поглощения газа, и его выход.
Оригинальные металлогидридные компрессоры
Эта же фирма реализовала чрезвычайно любопытный тип металлогидридного компрессора. Правда он дорого стоит, около 9500 долларов, но зато работает бесшумно, и создаёт давление на выходе 410 атм.
Принцип его простой:
А баллон водорода с таким давлением, уже можно поместить в автомобиль, и добавив к нему трёхкиловаттный генератор на топливных элементах, превратить его в энергонезависимый транспорт.
Один недостаток, перевешивает все преимущества
Да, этот недостаток есть, и он такой мощный, что перевешивает все выгоды альтернативной энергетики на водородном топливе – цена оборудования.
Сплав A Van’t Hoff Участок
Расчетная линия Вант-Хоффа для гидридного сплава Galt AB основана на средней точке нижнего десорбционного плато 25C и опубликованных данных других.
Alloy A van’t Hoff plot-2
Alloy A van’t Hoff plot
изотермы десорбции и диаграммы Вант-Хоффа для стандартных гидридных сплавов AB 5 H 5, L, M и H.
Сплав L, M или H Van’t Hoff Plots
Alloy LMH van’t Hoff plot-2
Alloy LMH van’t Hoff plot
Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на наш канал, Если статья Вам понравилась!
Делитесь с друзьями, оставляйте ваши КОМЕНТАРИИ
(Ваши Комментарии очень помогают развитию проекта)
Добавляйтесь в нашу группу в ВК:
и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее.
Понравилась статья? Поделись с друзьями!
После ВОСТОРГОВ Автора данной статьи двинем Открытия в ДЕЛО Далеко ЗА Пределы ДИССИПАЦИИ или Тех процессов, где К.П.Д. Всегда МЕНЬШЕ 1!
2.Но опытным инженерам Известно ЧИСЛО «Жэ» (Джи) или коэффициент Перегрузки, который Связан ВСЕГДА с Присоединением дополнительной ИНЕРЦИОННОЙ Массы к КАЖДОЙ Порции электронов Вечных ПУЛЬСАЦИЙ По закону Кулона или другим Закономерностям, например, по эффекту Ранка, открытию СССР №314 и Других, см. статью «Кокон Введение» на том же сайте. Автоколебания резонансов ломают ОТ Ничтожных усилий Мосты, на РАЗ, за пределом Расчетных величин Мгновенно сжигают намотки катушек и конденсаторов и т.д.. Это происходит в Нулевой ТОЧКЕ По ускорению в РАЗРЫВЕ Графика ускорений, подобно Ветвям графика ТАНГЕНСОВ, Устремленных в БЕСКОНЕЧНОСТЬ Энергий ЗАКОНОВ Природы!
3.Это дало Тесле с ОДНОЙ Радиолампы, изготовленной грубо в 1931 году, снять Мощность БОЛЕЕ 30 КВт, а от 12 ламп в итоге — 360 КВт, но с Ограничением КРАТНОСТИ Выхода чуть Более 1434 раза для самых Несовершенных радиоламп!
В законе Кулона расстояние до 1-ой сетки Уменьшается в КВАДРАТЕ — 0,1 мм дает силу притяжения электронов, летящих к центру зазора в 100 раз больше, при 0,01 мм – в 10 000 раз больше, при 0,001 – в 1 000 000 РАЗ, Далее устремляясь к Бесконечности!
4.При ЗАМЕНЕ Сетки ТРУБКОЙ с Прорезями в размер Больше диаметра Электрона и ПРИ Герметизации ТОРЦЕВ Такой трубки-сетки ЭФФЕКТИВНОСТЬ Вечного выхода Энергии в ФОРМЕ Электричества стремится к БЕСКОНЕЧНОСТИ!
НО Нужно Охлаждение и Снижение мощности Не БОЛЕЕ Требуемой. Физический вакуум или ЭФИР — ТОЖЕ Материя, так как Каждое ускорение Навешивает на электроны массу 544 протонов при 0,001 мм до 1-ой сетки и БОЛЕЕ, где Скорость в ИМПУЛЬСЕ Максимальна!
5.Даю консультации Специалистам для дальнейшего Изготовления на мощностях предприятий ВЕЧНЫХ блоков питания Электричеством БЕЗ Оплаты. Желаю ВСЕМ Удачи!
Дегтярев Владимир Иванович, г. Каменск-Уральский, 25.06.2020.
Металлогидридный накопители водорода разработаны почти 50 лет назад, но использование водорода так и не стало повсеместным.
Причина — дороговизна получения водорода.
Применение «зелёной энергетики» (ВИЭ — возобновляемого источника энергии) для наработки водорода тоже лишено смысла: плотность энергии, объёмы выработки и накопления смехотворно малЫ для питания БОЛЬШОЙ энергетики (городА, производства, эл.транспорт), да и стоимость киловатта установленной мощности в разы выше традиционной генерации.
Остаётся малая энергетика — частные домовладения.
Но и тут «минусы» перевешивают ожидаемые «плюсы».
Во-первых, где взять электроэнергию для генерации водорода? Если мощность ВИЭ для частного дома рассчитана на покрытие потребностей во время сияния солнца и/или эффективной скорости ветра, то на генерацию водорода не останется «лишних» мощностей ВИЭ.
Значит, нужно вдобавок к номинальным мощностям ВИЭ добавить ещё ВИЭ, превосходящие номинальные в 3-5 раз.
Даже страшно представить себе стоимость такой ВИЭ и площади солнечных батарей (или шум от десятка ветрогенераторов).
Но и это ещё далеко не всё.
Далее идёт топливный элемент (ТЭ).
В статье случайно ли, намеренно ли в информации о КПД ТЭ пропущено одно слово.
А должно было быть написано >
Да, ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ КПД ТЭ может быть даже 100%, но РЕАЛЬНЫЙ КПД ТЭ не превышает 30-35%.
И тут ничего сделать НЕВОЗМОЖНО: ТЭ был изобретён Гроувом в 1839-м году, но за прошедшие 180 лет он так и не перестал быть лабораторным устройством или дорогой игрушкой в реальной жизни. Один только платиновый катализатор и невероятно высокие требования к чистоте водорода и кислорода чего стОят!
Все рассказы о КПД ТЭ, выпускаемых СЕРИЙНО, в районе 90% базируются на манипуляции данными.
Кстати, если во время «зарядки» металлогидридного аккумулятора его можно омывать водой, получая тёплую воду для домашнего хозяйства (очевидная польза), то где взять тепло, потребное для «разрядки»такого накопителя. 😁 Будем сжигать часть накопленного водорода. 😁
Добавьте затраты электроэнергии на работу насосов, отводящих и подводящих тепло, и тогда КПД всей системы упадёт до 20% 😁
Однако действительно очень даже оригинальный способ хранения водорода! Просто фантастика! Но также фантастически дорогой! Ну не может смесь металлических порошков никеля и титана стоить 1000 долларов за килограмм (ну или где-то примерно так).
А с другой стороны, если с таким компрессором, то вообще получится энергонезависимый стиль жизни…. ну мечта! ни тебе роста цен на топливо, ни тебе повышения цен на электроэнергию.
Вот ведь оказия, те, кто может себе это позволить, ну у кого есть такие деньги, в подобном оборудовании не нуждаются.
Кстати, а было бы интересно вообще узнать стоимость полной комплектации дома, ну чтобы работало всё от альтернативной энергии. Ведь на фоне топливных элементов и железо-никелевого аккумулятора, как-то обычные свинцово-кислотные потеряли свою привлекательность.