العالم يتغير بسرعة، والطريقة التي نزود بها حياتنا بالطاقة تتغير معه. وباعتباري مالكًا لمصنع في الصين يمتلك سبعة خطوط إنتاج مخصصة للغازات الصناعية، فقد شاهدت أنا ألين هذه الصناعة وهي تتطور لسنوات. نحن نبتعد عن الوقود التقليدي ونتطلع نحو أفق أنظف. وينير ذلك الأفق طاقة الهيدروجين. هذه المقالة مكتوبة لقادة الأعمال مثل مارك شين - الأشخاص الحازمين والمتطلعين إلى المستقبل والذين يريدون فهم تفاصيل هذا التحول.

لماذا يجب أن تقرأ هذا؟ لأن الفهم طاقة الهيدروجين لا يقتصر الأمر على إنقاذ الكوكب فحسب؛ يتعلق الأمر بالأعمال الذكية. سنقوم باستكشاف التقنيات المهمة التي تكمن وراءها إنتاج الهيدروجين و صهاريج التخزين التي تجعل من الممكن. سوف نغوص في عالم معقد تخزين الطاقة و تكنولوجيا التخزين الذي يبقيها آمنة. من تقنيات تخزين الهيدروجين يحب الهيدروجين المضغوط إلى المتقدمة تخزين الهيدروجين عالي الضغط الحلول، ونحن سوف تغطي كل شيء. سوف ننظر في خزان الهيدروجين في ضوء جديد، فهم أنواع الهيدروجين الأنظمة التي ستزود المستقبل بالطاقة نظام الطاقة. هذه هي خارطة الطريق الخاصة بك إلى اقتصاد الهيدروجين.

ما هي طاقة الهيدروجين ولماذا هي ضرورية للمستقبل؟

الطاقة الهيدروجينية غالبًا ما يطلق عليه وقود المستقبل، لكنه في الواقع ناقلة الطاقة. وهذا يعني أنها تقوم بتخزين الطاقة ونقلها، مثلما تفعل البطارية، بدلاً من إنشائها من الصفر مثل النفط أو الفحم. الطاقة الهيدروجينية نظيف. عند استخدامه في خلية الوقود، العادم الوحيد هو الماء النقي. من أجل عالم يحاول الحد من التلوث، طاقة الهيدروجين إنها معجزة.

ولكن لماذا يتحدث الجميع عن طاقة الهيدروجين الآن؟ ذلك لأننا بحاجة إلى حاملة الطاقة النظيفة يمكنها القيام برفع الأحمال الثقيلة. تعتبر البطاريات رائعة بالنسبة للسيارات، ولكنها ثقيلة جدًا بالنسبة للشاحنات الكبيرة والسفن والطائرات. الطاقة الهيدروجينية حزم الكثير من لكمة في حزمة خفيفة. لديها عالية كثافة الطاقة بالوزن. هذا يجعل طاقة الهيدروجين الشريك المثالي ل الطاقة المتجددة مصادر مثل الرياح والطاقة الشمسية. يمكننا استخدام طاقة شمسية إضافية لإنتاج الهيدروجين، وتخزينه، ومن ثم استخدامه طاقة الهيدروجين عندما لا تكون الشمس مشرقة.

بالنسبة للشركات مثل شركتي وشركتك، طاقة الهيدروجين يمثل تحولا هائلا في سلسلة التوريد. نحن نشهد تحركا نحو الطاقة المستدامة أين طاقة الهيدروجين يلعب دورا مركزيا. اعتماد طاقة الهيدروجين ليس مجرد اتجاه. إنها خطوة ضرورية ل مستقبل الطاقة المستدامة. كما ننظر إلى تقييم الهيدروجين كمورد عالمي، فمن الواضح أن طاقة الهيدروجين هنا لتبقى.

كيف يعمل إنتاج الهيدروجين لتغذية الاقتصاد الأخضر؟

قبل أن نتمكن من تخزينه، علينا أن نصنعه. إنتاج الهيدروجين هي الخطوة الأولى في السلسلة. حاليًا، يتم تصنيع معظم الهيدروجين من الغاز الطبيعي. وهذا رخيص، لكنه ينتج ثاني أكسيد الكربون. ومع ذلك، فإن الصناعة تتسابق نحو ذلك الهيدروجين الأخضر. هذا هو توليد الهيدروجين استخدام الماء والكهرباء من المصادر المتجددة.

في مصنعي، ندرك أن جودة الغاز مهمة. إنتاج الهيدروجين يجب أن تكون نقية، وخاصة للاستخدام في خلية وقود الهيدروجين. حتى الشوائب الصغيرة يمكن أن تدمر أ خلية الوقود. هذا هو السبب إنتاج الهيدروجين أصبحت التقنيات أكثر تقدما. نستخدم المحلل الكهربائي لتقسيم الماء إلى أكسجين وهيدروجين. هذا الطاقة النظيفة والمستدامة الطريقة هي قلب المستقبل اقتصاد الهيدروجين.

لكن إنتاج الهيدروجين ليست سوى نصف المعركة. بمجرد صنع الغاز، عليك وضعه في مكان ما. أنت بحاجة إلى نظام التخزين. وهنا يكمن التحدي. الهيدروجين هو أخف عنصر في الكون. يريد الهروب. الاتصال بكفاءة إنتاج الهيدروجين مع فعالة حلول تخزين الهيدروجين هو المفتاح لجعل الكل نظام الطاقة العمل. بدون تخزين جيد إنتاج الهيدروجين يضيع.

ما هي الأنواع الرئيسية لتقنيات تخزين الهيدروجين المتوفرة اليوم؟

إذًا، كيف نحتفظ بهذا الغاز الخفيف في مكان واحد؟ هناك ثلاثة رئيسية تقنيات تخزين الهيدروجين: الغاز والسائل والصلب. كل طريقة التخزين له إيجابياته وسلبياته. الأكثر شيوعا تكنولوجيا التخزين يكون تخزين الهيدروجين الغازي. وهذا ينطوي على الضغط على الغاز في صهاريج التخزين عند ضغوط عالية جداً.

الطريقة الثانية هي تخزين الهيدروجين السائل. إذا قمت بتبريد الهيدروجين إلى -253 درجة مئوية، فإنه يتحول إلى سائل. يتيح لك ذلك تخزين الكثير من الهيدروجين في نفس المساحة. ومع ذلك، فإن الحفاظ على هذا البرودة يتطلب الكثير من الطاقة. هذا تخزين السائل يستخدم في الغالب للصواريخ الفضائية أو وسائل النقل المتخصصة.

والثالث، والأكثر مستقبلية، هو تخزين الحالة الصلبة. يستخدم هذا مواد تخزين الهيدروجين لامتصاص الغاز كالإسفنجة. هذا آمن للغاية، لكن الدبابات يمكن أن تكون ثقيلة. كما نستكشف تقنيات تخزين الهيدروجينعلينا أن نوازن بين الوزن والتكلفة والسلامة. للاستخدام الصناعي، مثل ما يشتريه مارك، الهيدروجين المضغوط في قوي خزان الهيدروجين هو المعيار. هو الأكثر نضجا تكنولوجيا تخزين الهيدروجين لدينا الآن.

كيف تعمل صهاريج تخزين الهيدروجين المضغوطة فعليًا؟

دعونا نتعمق أكثر الهيدروجين المضغوط. تخيل أنك تحاول وضع كيس نوم في كيس صغير. عليك أن تضغط بقوة. وهذا ما نفعله مع تخزين الهيدروجين المضغوط. نحن نستخدم الضواغط لإجبار الغاز على الدخول خزان الهيدروجين. هذه ليست مجرد دبابات عادية؛ هم كذلك أوعية الضغط مصممة لتحمل قوة هائلة.

نقيس هذا الضغط بـ "البار". يبلغ ضغط إطار السيارة القياسي حوالي 2 بار. الهيدروجين المضغوط غالبًا ما تعمل الخزانات عند 350 بار أو حتى 700 بار! وهذا يعادل 700 ضعف الضغط الجوي. في ظل هذه الضغوط غاز الهيدروجين تصبح كثيفة بما يكفي لتكون مفيدة. هذا تخزين الهيدروجين عالي الضغط يسمح أ السيارة الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود (FCEV) للقيادة لمئات الأميال.

ال نظام تخزين الهيدروجين في السيارة أو المصنع يجب أن تكون قوية. أنظمة تخزين الهيدروجين المضغوطة استخدام الصمامات والمنظمين المتقدمين للتحكم في التدفق. عند فتح الصمام، الهيدروجين المضغوط يندفع للخارج، جاهز للاستخدام. إنه مفهوم بسيط، ولكن الهندسة وراء ذلك صهاريج تخزين الهيدروجين ذات الضغط العالي دقيق بشكل لا يصدق. نحن بحاجة للتأكد من أن كل خزان الهيدروجين آمنة وموثوقة.

ما هو تخزين الهيدروجين السائل ومتى يتم استخدامه؟

تخزين الهيدروجين السائل هو بطل الوزن الثقيل لكثافة الطاقة. ومن خلال تحويل الغاز إلى سائل، فإننا نزيد كثافته بشكل كبير. وهذا يعني أنه يمكننا استيعاب المزيد من الطاقة في أصغر صهاريج التخزين. يعد هذا أمرًا بالغ الأهمية للتطبيقات التي تكون فيها المساحة محدودة ولكنك تحتاج إلى قدر كبير من الطاقة، كما هو الحال في الفضاء الجوي أو الشحن الثقيل.

ومع ذلك، تخزين الهيدروجين السائل أمر صعب. أنت بحاجة إلى "مبرد" خاص خزان الهيدروجين. يعمل هذا الخزان مثل الترمس الفائق. تحتوي على طبقات عازلة للحفاظ على الحرارة. إذا سخن الهيدروجين ولو قليلاً، فإنه يغلي مرة أخرى ويتحول إلى غاز ويتوسع. وهذا ما يسمى "الغليان". تمثل إدارة هذا الغليان تحديًا كبيرًا في خزانات تخزين الهيدروجين السائل.

رغم التحديات، تخزين الهيدروجين السائل أمر حيوي للعالمية إمدادات الهيدروجين. من المرجح أن تستخدم السفن التي تحمل كميات هائلة من الهيدروجين عبر المحيطات تخزين السوائل. إنها الطريقة الأكثر فعالية لنقل كميات كبيرة لمسافات طويلة. ل اقتصاد الهيدروجين للوصول إلى العالمية، نحن بحاجة إلى السيطرة على تخزين الهيدروجين السائل. إنه يكمل تخزين الغاز المضغوط من خلال التعامل مع الرحلة الطويلة.

هل يمكن لمواد الحالة الصلبة أن تحدث ثورة في تخزين الهيدروجين؟

ماذا لو لم نكن بحاجة إلى ضغط مرتفع أو برد شديد؟ وهذا هو الوعد تخزين الحالة الصلبة. في هذه الطريقة، نستخدم مواد خاصة، مثل هيدريدات المعادن تخزين الهيدروجين. ال جزيئات الهيدروجين في الواقع ترتبط مع ذرات المعدن. إنه مثل المعدن "يمتص" الهيدروجين. هذا تخزين هيدريد المعدن آمن بشكل لا يصدق لأن الهيدروجين محبوس في البنية الصلبة.

لإخراج الهيدروجين، ما عليك سوى تسخين المادة. هذا يطلق الغاز. هذا طريقة تخزين الهيدروجين عروض عالية كثافة الطاقة الحجميةمما يعني أنه يمكنك تعبئة الكثير من الهيدروجين في مساحة صغيرة دون ضغط مرتفع. تخزين هيدريد المعدن يعد أمرًا رائعًا للتطبيقات الثابتة، مثل الطاقة الاحتياطية للمبنى.

ومع ذلك، فإن المواد ثقيلة. أ خزان الهيدروجين مملوء بمسحوق معدني يزن أكثر بكثير من خزان غاز بسيط. هذا يجعل تخزين الحالة الصلبة أقل مثالية للسيارات. لكن الباحثين يعملون على جديد مواد لتخزين الهيدروجين التي تكون أخف وأسرع في الملء. هذه المنطقة من تقنيات تخزين الهيدروجين أمر مثير لأنه يحل العديد من المخاوف المتعلقة بالسلامة المرتبطة بالضغط العالي.

ما هي المواد المستخدمة لبناء صهاريج تخزين الهيدروجين عالي الضغط؟

إذا كنت ستقوم بتخزين الغاز عند 700 بار، فلا يمكنك استخدام علبة قديمة صدئة فحسب. تخزين الهيدروجين عالي الضغط يتطلب مواد متطورة. هناك أربعة أنواع رئيسية من خزان الهيدروجين التصاميم، المصنفة من النوع الأول إلى النوع الرابع.

النوع الأول مصنوع من الفولاذ بالكامل. إنها ثقيلة ولكنها رخيصة. هذا هو ما نستخدمه غالبًا للقرطاسية تخزين الغاز في المصانع. النوع الثاني يحتوي على بطانة فولاذية ملفوفة بالألياف الزجاجية. انها أخف قليلا. النوع الثالث يحتوي على بطانة من الألومنيوم ملفوفة بألياف الكربون. نحن الآن ندخل إلى منطقة التكنولوجيا الفائقة.

الأكثر تقدما هو النوع الرابع خزان الهيدروجين. يحتوي هذا الخزان على بطانة بلاستيكية مغلفة بألياف الكربون. إنها قوية للغاية وخفيفة جدًا. هذا هو خزان الهيدروجين المستخدمة في الحديث مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية. توفر ألياف الكربون القوة اللازمة للاحتفاظ بها الهيدروجين المضغوطبينما يحافظ البلاستيك على الغاز بالداخل. هذه تقنيات الخزان باهظة الثمن، ولكنها ضرورية ل طاقة الهيدروجين ثورة. كشركة مصنعة، أرى الطلب على هذه المركبات أوعية الضغط ينمو كل عام.

كيف نتعامل مع السلامة وتقصف الهيدروجين في الخزانات؟

السلامة هي الشاغل الأول لأي شخص يشتري الغازات الصناعية. مارك يعرف هذا جيدا. أحد المخاطر الفريدة للهيدروجين هو ما يسمى هشاشة الهيدروجين. ذرات الهيدروجين صغيرة جدًا لدرجة أنها يمكن أن تهتز في الجدران المعدنية للكائن خزان الهيدروجين. بمجرد دخولها، يمكن أن تجعل المعدن هشًا وعرضة للتشقق. متصدع تخزين الهيدروجين عالي الضغط الخزان كارثة تنتظر حدوثها.

لمنع هشاشة الهيدروجين، علينا أن نكون حذرين للغاية مع المواد لدينا. نحن نستخدم سبائك الصلب الخاصة التي مقاومة التقصف الهيدروجيني. في خزانات النوع الرابع، تعمل البطانة البلاستيكية كحاجز لحماية الهيكل الخارجي. نحن أيضا نتحكم بشكل صارم في الضغط ودرجة الحرارة أثناء التعبئة لتقليل الضغط على خزان الهيدروجين.

ال سلامة تخزين الهيدروجين يتضمن أيضًا اختبارات صارمة. كل نظام تخزين الهيدروجين يخضع لاختبار الانفجار، واختبار السقوط، واختبار الحريق. نحن نعالج طاقة الهيدروجين مع الاحترام. عندما يتم التعامل معه بشكل صحيح مع الحق تقنيات تخزين الهيدروجينفهو آمن مثل البنزين أو الغاز الطبيعي. نحن بحاجة للتأكد التخزين الآمن للهيدروجين لبناء الثقة في السوق.

ما هو الدور الذي يلعبه تخزين طاقة الهيدروجين في أنظمة الطاقة المتجددة؟

تخزين الطاقة الهيدروجينية هي القطعة المفقودة من أحجية الطاقة المتجددة. الشمس لا تشرق دائمًا، والرياح لا تهب دائمًا. نحن بحاجة إلى وسيلة لتخزين تلك الطاقة لوقت لاحق. البطاريات جيدة لفترات قصيرة، ولكن تخزين الطاقة الهيدروجينية هو الأفضل لفترات طويلة.

يمكننا استخدام طاقة الرياح الزائدة لتشغيل المحللات الكهربائية، مما يؤدي إلى إنشاء طاقة الهيدروجين. نقوم بتخزين هذا الهيدروجين في خزانات كبيرة أو حتى في تخزين الهيدروجين تحت الأرض الكهوف. ثم، بعد أسابيع أو أشهر، عندما نحتاج إلى الطاقة، نقوم بتشغيل الهيدروجين من خلال أ خلية الوقود أو توربينة لتوليد الكهرباء. هذا يتحول طاقة الهيدروجين إلى بطارية ضخمة للشبكة الكهربائية.

يجعل هذا التطبيق طاقة الهيدروجين لاعب أساسي في انتقال الطاقة. يسمح لنا باستخدام المزيد الطاقة المتجددة دون القلق بشأن انقطاع التيار الكهربائي. بالنسبة للمواقع الصناعية، وجود تخزين الطاقة الهيدروجينية النظام يعني أن لديك طاقة احتياطية نظيفة وموثوقة. أنه يقلل استهلاك الطاقة من الشبكة ويقلل من آثار الكربون.

ما هو مستقبل اقتصاد الهيدروجين والبنية التحتية؟

المستقبل مشرق ل طاقة الهيدروجين. نحن نشهد دفعة عالمية لبناء البنية التحتية الهيدروجينية. وهذا يعني المزيد من خطوط الأنابيب، والمزيد من محطات التزود بالوقود، وأفضل تخزين الهيدروجين ونقله الشبكات. ال قسم الطاقة والحكومات في جميع أنحاء العالم تستثمر المليارات لجعل اقتصاد الهيدروجين حقيقة.

سوف نرى تطورات في تقنيات تخزين الهيدروجين. سوف تصبح الدبابات أخف وزنا وأرخص. ناقلات الهيدروجين العضوي السائل قد تسمح لنا (LOHCs) بنقل الهيدروجين كسائل شبيه بالزيت في درجات الحرارة العادية. خلية وقود الهيدروجين الكهربائية سوف تصبح المركبات أكثر شيوعا على طرقاتنا.

لأصحاب الأعمال، هذه فرصة. الطلب على طاقة الهيدروجين المعدات، من صهاريج التخزين ل الغازات المتخصصة عالية النقاء، سوف ترتفع. أولئك الذين يستثمرون في طاقة الهيدروجين الآن سوف تقود السوق. نحن نتجه نحو عالم حيث طاقة الهيدروجين يزود مصانعنا وشاحناتنا ومنازلنا بالطاقة. إنه وقت مثير للعمل في مجال الغاز.

الوجبات السريعة الرئيسية

• طاقة الهيدروجين هي ناقلة للطاقة: فهي تخزن الطاقة المنتجة من مصادر أخرى، وتعمل كبطارية نظيفة وعالية الكثافة للعالم.
• ثلاث تقنيات تخزين رئيسية: نقوم بتخزين الهيدروجين على شكل أ غاز مضغوط، أ السائل المبرد، أو في مواد الحالة الصلبة.
• الهيدروجين المضغوط هو المعيار: بالنسبة لمعظم التطبيقات الحالية، تخزين الهيدروجين عالي الضغط في خزانات ألياف الكربون (النوع الثالث والرابع) هو الحل الأكثر فعالية.
• السلامة أمر بالغ الأهمية: يجب علينا استخدام مواد مقاومة هشاشة الهيدروجين واتباع بروتوكولات صارمة لضمان سلامة الهيدروجين أنظمة.
• تمكين مصادر الطاقة المتجددة: تخزين الطاقة الهيدروجينية يسمح لنا بتخزين كميات هائلة من الطاقة المتجددة لفترات طويلة، مما يحقق التوازن في الشبكة الكهربائية.
• نمو البنية التحتية: ال اقتصاد الهيدروجين تتوسع، مع استثمارات ضخمة في إنتاج الهيدروجين, صهاريج التخزينوشبكات النقل على مستوى العالم.