Svijet se brzo mijenja, a s njim se mijenja i način na koji opskrbljujemo naše živote. Kao vlasnik tvornice u Kini sa sedam proizvodnih linija posvećenih industrijskim plinovima, ja, Allen, godinama sam promatrao kako se industrija razvija. Odmičemo se od tradicionalnih goriva i gledamo prema čišćem horizontu. Taj je horizont osvijetljen od energija vodika. Ovaj je članak napisan za poslovne vođe poput Marka Shena—odlučne ljude koji razmišljaju unaprijed i koji žele razumjeti srži ove promjene.

Zašto biste ovo trebali pročitati? Jer razumijevanje energija vodika ne radi se samo o spašavanju planeta; radi se o pametnom poslu. Istražit ćemo kritične tehnologije koje stoje iza proizvodnja vodika i spremnici za skladištenje koji to čine mogućim. Uronit ćemo u složeni svijet skladištenje energije i tehnologija skladištenja koji ga drži sigurnim. Od tehnologije skladištenja vodika kao komprimirani vodik do naprednog visokotlačno skladište vodika rješenja, pokrit ćemo sve. Pogledat ćemo spremnik vodika u novom svjetlu, razumijevanje vrste vodika sustavi koji će pokretati budućnost energetski sustav. Ovo je vaš putokaz do ekonomija vodika.

Što je vodikova energija i zašto je kritična za budućnost?

Energija vodika se često naziva gorivom budućnosti, ali zapravo je nosilac energije. To znači da pohranjuje i prenosi energiju, slično kao što to čini baterija, umjesto da je stvara od nule poput nafte ili ugljena. Energija vodika je čist. Kada ga koristite u a gorive ćelije, jedini ispuh je čista voda. Za svijet koji pokušava smanjiti zagađenje, energija vodika je čudo.

Ali zašto svi pričaju o energija vodika sad? To je zato što nam treba a nosilac čiste energije koji može dizati teške stvari. Baterije su odlične za automobile, ali za velike kamione, brodove i avione su preteške. Energija vodika ima puno snage u laganom pakiranju. Ima visoku gustoće energije prema težini. Ovo čini energija vodika savršen partner za obnovljiva energija izvora poput vjetra i sunca. Možemo upotrijebiti dodatnu solarnu energiju za proizvodnju vodika, pohraniti ga i zatim koristiti energija vodika kad sunce ne sija.

Za tvrtke poput moje i vaše, energija vodika predstavlja veliku promjenu u opskrbnom lancu. Vidimo pomak prema održiva energija gdje energija vodika igra središnju ulogu. Usvajanje energija vodika nije samo trend; to je neophodan korak za a budućnost održive energije. Dok gledamo na procjena vodika kao globalni resurs, jasno je da energija vodika je ovdje da ostane.

Kako proizvodnja vodika potiče zeleno gospodarstvo?

Prije nego što ga možemo pohraniti, moramo ga napraviti. Proizvodnja vodika je prvi korak u lancu. Trenutno se većina vodika proizvodi od prirodnog plina. Ovo je jeftino, ali stvara ugljični dioksid. Međutim, industrija juri prema tome zeleni vodik. Ovo je proizvodnja vodika korištenje vode i električne energije iz obnovljivih izvora.

U mojoj tvornici razumijemo da je kvaliteta plina važna. Proizvodnja vodika moraju biti čisti, posebno za upotrebu u a vodikova gorivna ćelija. Čak i sitne nečistoće mogu uništiti a gorive ćelije. Zato proizvodnja vodika tehnologije postaju sve naprednije. Koristimo elektrolizere za razdvajanje vode na kisik i vodik. Ovo čista i održiva energija metoda je srce budućnosti ekonomija vodika.

ali proizvodnja vodika je samo pola bitke. Kad jednom napraviš plin, moraš ga negdje staviti. Trebate a sustav skladištenja. Upravo tu leži izazov. Vodik je najlakši element u svemiru. Ono želi pobjeći. Učinkovito povezivanje proizvodnja vodika s učinkovitim rješenja za skladištenje vodika je ključ za stvaranje cjeline energetski sustav raditi. Bez dobrog skladištenja, proizvodnja vodika je potrošeno.

Koje su glavne vrste tehnologija za skladištenje vodika danas dostupne?

Dakle, kako ćemo ovaj lagani plin zadržati na jednom mjestu? Postoje tri glavne tehnologije skladištenja vodika: plin, tekućina i krutina. Svaki način skladištenja ima svoje dobre i loše strane. Najčešći tehnologija skladištenja je plinovito pohranjivanje vodika. To uključuje istiskivanje plina u spremnici za skladištenje pri vrlo visokim pritiscima.

Druga metoda je skladištenje tekućeg vodika. Ako vodik ohladite na -253°C, on se pretvara u tekućinu. To vam omogućuje da pohranite mnogo više vodika u istom prostoru. Međutim, održavanje na hladnom oduzima puno energije. Ovo skladištenje tekućine uglavnom se koristi za svemirske rakete ili specijalizirani transport.

Treće, i najfuturističnije, jest solid-state storage. Ovo koristi materijali za skladištenje vodika da poput spužve upije plin. Ovo je vrlo sigurno, ali spremnici mogu biti teški. Dok istražujemo tehnologije skladištenja vodika, moramo uravnotežiti težinu, cijenu i sigurnost. Za industrijsku upotrebu, poput onoga što Mark kupuje, komprimirani vodik u jakom spremnik vodika je standard. To je najzrelije tehnologija skladištenja vodika imamo upravo sada.

Kako zapravo rade spremnici za pohranu komprimiranog vodika?

Zaronimo dublje komprimirani vodik. Zamislite da pokušavate staviti vreću za spavanje u malenu vreću. Moraš jako gurati. To je ono što mi radimo skladištenje komprimiranog vodika. Koristimo kompresore da tjeramo plin u a spremnik vodika. Ovo nisu samo normalni tenkovi; oni su posude pod pritiskom dizajniran da izdrži ogromnu silu.

Taj tlak mjerimo u "barima". Standardna automobilska guma je oko 2 bara. Komprimirani vodik spremnici često rade na 350 bara ili čak 700 bara! To je 700 puta više od atmosferskog tlaka. Kod ovih pritisaka, vodikov plin postaje dovoljno gusto da bude korisno. Ovo visokotlačno skladište vodika dopušta a električno vozilo na gorive ćelije (FCEV) za vožnju stotinama milja.

The sustav skladištenja vodika u vozilu ili tvornici moraju biti robusni. Sustavi za pohranjivanje stlačenog vodika koristite napredne ventile i regulatore za kontrolu protoka. Kada otvorite ventil, komprimirani vodik izlazi, spreman za upotrebu. To je jednostavan koncept, ali inženjering iza njih spremnici vodika pod visokim pritiskom je nevjerojatno precizan. Moramo osigurati da svaki spremnik vodika je siguran i pouzdan.

Što je skladištenje tekućeg vodika i kada se koristi?

Skladištenje tekućeg vodika prvak je gustoće energije u teškoj kategoriji. Pretvaranjem plina u tekućinu značajno povećavamo njegovu gustoću. To znači da više energije možemo smjestiti u manje spremnici za skladištenje. Ovo je presudno za primjene u kojima je prostor ograničen, ali vam je potrebna velika snaga, kao u zrakoplovstvu ili teškim transportima.

međutim, skladištenje tekućeg vodika je lukav. Trebate poseban "kriogeni" spremnik vodika. Ovaj spremnik djeluje poput super termosice. Ima slojeve izolacije koji sprečavaju toplinu. Ako se vodik samo malo zagrije, ponovno prokuha u plin i širi se. To se zove "iskuhavanje". Upravljanje ovim isparavanjem veliki je izazov spremnici za skladištenje tekućeg vodika.

Unatoč izazovima, skladištenje tekućeg vodika vitalna je za globalno opskrba vodikom. Brodovi koji prevoze ogromne količine vodika preko oceana vjerojatno će koristiti skladištenje tekućine. To je najučinkovitiji način za premještanje velikih količina na velike udaljenosti. Za a ekonomija vodika da bismo postali globalni, moramo ovladati skladištenje tekućeg vodika. Nadopunjuje se skladište stlačenog plina rukovanjem dugim putovanjem.

Mogu li materijali u čvrstom stanju revolucionirati skladištenje vodika?

Što ako nam ne treba visoki tlak ili ekstremna hladnoća? To je obećanje solid-state storage. U ovoj metodi koristimo posebne materijale, poput metalnih hidrida skladištiti vodik. The molekule vodika zapravo vežu s atomima metala. Kao da metal "upija" vodik. Ovo skladištenje metal hidrida je nevjerojatno siguran jer je vodik zaključan u čvrstoj strukturi.

Da biste izvukli vodik, jednostavno zagrijte materijal. Time se oslobađa plin. Ovo metoda skladištenja vodika nudi visoke volumetrijska gustoća energije, što znači da možete spakirati puno vodika u mali prostor bez visokog tlaka. Metalno hidridno skladište vodika odličan je za stacionarne primjene, poput rezervnog napajanja za zgradu.

Međutim, materijali su teški. A spremnik vodika napunjen metalnim prahom teži puno više od običnog spremnika plina. Ovo čini solid-state storage manje idealno za automobile. Ali istraživači rade na novom materijali za skladištenje vodika koje su lakše i brže se pune. Ovo područje od tehnologije skladištenja vodika je uzbudljiv jer rješava mnoge sigurnosne probleme povezane s visokim tlakom.

Koji se materijali koriste za izradu visokotlačnih spremnika vodika?

Ako namjeravate skladištiti plin na 700 bara, ne možete koristiti samo zahrđalu staru limenku. Skladištenje vodika pod visokim pritiskom zahtijeva vrhunske materijale. Postoje četiri glavne vrste spremnik vodika dizajne, klasificirane kao Tip I do Tip IV.

Tip I izrađen je isključivo od čelika. Teška je, ali jeftina. To je ono što često koristimo za stacionarne materijale plinsko skladište u tvornicama. Tip II ima čeličnu košuljicu omotanu fiberglasom. Malo je lakši. Tip III ima aluminijsku oblogu omotanu karbonskim vlaknima. Sada ulazimo u područje visoke tehnologije.

Najnapredniji je tip IV spremnik vodika. Ovaj spremnik ima plastičnu košuljicu omotanu karbonskim vlaknima. Iznimno je jak i vrlo lagan. Ovo je spremnik vodika koristi u modernom vozila na vodikove gorive ćelije. Karbonska vlakna pružaju snagu za držanje komprimirani vodik, dok plastika zadržava plin unutra. Ovi tenkovske tehnologije su skupi, ali su neophodni za energija vodika revolucija. Kao proizvođač, vidim potražnju za ovim kompozitima posude pod pritiskom raste svake godine.

Kako rješavamo pitanje sigurnosti i vodikove krtosti u spremnicima?

Sigurnost je briga broj jedan za svakoga tko kupuje industrijske plinove. Mark to dobro zna. Jedna od jedinstvenih opasnosti vodika je nešto što se zove vodikova krtost. Atomi vodika su tako mali da se mogu uvući u metalne stijenke a spremnik vodika. Kad uđu unutra, mogu učiniti metal lomljivim i sklonim pucanju. A napuknut visokotlačno skladište vodika tenk je katastrofa koja čeka da se dogodi.

Za sprječavanje vodikova krtost, moramo biti vrlo oprezni s našim materijalima. Koristimo posebne legure čelika koje su otporan na vodikovu krtost. U spremnicima tipa IV, plastični omotač djeluje kao barijera, štiteći vanjsku strukturu. Također strogo kontroliramo tlak i temperaturu tijekom punjenja kako bi se smanjio stres na spremnik vodika.

The sigurnost skladištenja vodika također uključuje rigorozna testiranja. Svaki sustav skladištenja vodika podvrgava se ispitivanju pucanja, ispitivanju pada i ispitivanju požara. Mi liječimo energija vodika s poštovanjem. Ako se pravilno rukuje s pravom tehnologije skladištenja vodika, siguran je kao i benzin ili prirodni plin. Moramo osigurati sigurno skladištenje vodika izgraditi povjerenje na tržištu.

Kakvu ulogu ima skladištenje vodikove energije u sustavima obnovljive energije?

Skladištenje vodikove energije je dio slagalice obnovljive energije koji nedostaje. Sunce ne sija uvijek, vjetar ne puše uvijek. Trebamo način da pohranimo tu energiju za kasnije. Baterije su dobre za kratko vrijeme, ali skladištenje vodikove energije najbolji je za dugotrajnost.

Možemo iskoristiti višak energije vjetra za pokretanje elektrolizera, stvarajući energija vodika. Ovaj vodik skladištimo u velikim spremnicima ili čak u podzemno skladište vodika kaverne. Zatim, tjednima ili mjesecima kasnije, kada nam treba struja, vodik pustimo kroz a gorive ćelije ili turbina za proizvodnju struje. Ovo se okreće energija vodika u masivnu bateriju za električnu mrežu.

Ova aplikacija čini energija vodika ključni igrač u prijelaz energije. Omogućuje nam da koristimo više obnovljiva energija bez brige o nestanku struje. Za industrijske lokacije, posjedovanje a skladištenje vodikove energije sustav znači da imate rezervno napajanje koje je čisto i pouzdano. Smanjuje potrošnja energije iz mreže i smanjuje ugljični otisak.

Kakva je budućnost gospodarstva i infrastrukture vodika?

Budućnost je svijetla za energija vodika. Svjedoci smo globalnog pokreta za izgradnju vodikovu infrastrukturu. To znači više cjevovoda, više stanica za točenje goriva i bolje skladištenje i transport vodika mreže. The Odjel za energetiku a vlade diljem svijeta ulažu milijarde u stvaranje ekonomija vodika stvarnost.

Vidjet ćemo napredak tehnologije skladištenja vodika. Tenkovi će postati lakši i jeftiniji. Tekući organski nosači vodika (LOHC) bi nam mogli omogućiti transport vodika kao tekućine slične ulju na normalnim temperaturama. Električna vodikova goriva ćelija vozila će postati češća pojava na našim cestama.

Za vlasnike tvrtki ovo je prilika. Potražnja za energija vodika opreme, od spremnici za skladištenje do Specijalni plinovi visoke čistoće, skoknut će u nebo. Oni koji ulažu u energija vodika sada će voditi tržište. Krećemo se prema svijetu u kojem energija vodika pokreće naše tvornice, naše kamione i naše domove. Uzbudljivo je vrijeme biti u plinskom poslu.

Ključni podaci za van

• Energija vodika je prijenosnik energije: Pohranjuje energiju proizvedenu iz drugih izvora, ponašajući se kao čista baterija visoke gustoće za svijet.
• Tri glavne tehnologije pohrane: Vodik skladištimo kao komprimirani plin, a kriogena tekućina, ili u materijali u čvrstom stanju.
• Komprimirani vodik je standard: Za većinu trenutnih aplikacija, visokotlačno skladište vodika u spremnicima od karbonskih vlakana (Tip III i IV) je najučinkovitije rješenje.
• Sigurnost je najvažnija: Moramo koristiti materijale otporne na vodikova krtost i slijedite stroge protokole kako biste osigurali sigurnost vodika sustava.
• Omogućavanje obnovljivih izvora energije: Skladištenje vodikove energije omogućuje nam pohranjivanje ogromnih količina obnovljive energije na duga razdoblja, uravnotežujući električnu mrežu.
• Rast infrastrukture: The ekonomija vodika se širi uz velika ulaganja u proizvodnja vodika, spremnici za skladištenje, i prometne mreže na globalnoj razini.