Heimurinn breytist hratt og það hvernig við sækjum líf okkar breytist með því. Sem verksmiðjueigandi í Kína með sjö framleiðslulínur tileinkaðar iðnaðarlofttegundum hef ég, Allen, fylgst með iðnaðinum þróast í mörg ár. Við erum að hverfa frá hefðbundnu eldsneyti og horfum í átt að hreinni sjóndeildarhring. Sá sjóndeildarhringur er upplýstur af vetnisorku. Þessi grein er skrifuð fyrir viðskiptaleiðtoga eins og Mark Shen—ákveðið, framsýnt fólk sem vill skilja hnútana og boltana í þessari breytingu.

Af hverju ættirðu að lesa þetta? Því skilningur vetnisorku snýst ekki bara um að bjarga plánetunni; þetta snýst um snjöll viðskipti. Við ætlum að kanna mikilvægu tæknina á bakvið vetnisframleiðslu og geymslutankar sem gera það mögulegt. Við munum kafa inn í flókinn heim orkugeymsla og geymslutækni sem heldur því öruggt. Frá vetnisgeymslutækni eins og þjappað vetni að háþróaður háþrýsti vetnisgeymsla lausnir, við munum ná yfir það allt. Við munum skoða vetnistankur í nýju ljósi, að skilja tegundir vetnis kerfi sem munu knýja framtíðina orkukerfi. Þetta er vegvísir þinn að vetnishagkerfi.

Hvað er vetnisorka og hvers vegna er hún mikilvæg fyrir framtíðina?

Vetnisorka er oft kallað eldsneyti framtíðarinnar, en það er í raun an orkubera. Þetta þýðir að það geymir og flytur orku, líkt og rafhlaða gerir, frekar en að búa hana til frá grunni eins og olía eða kol. Vetnisorka er hreinn. Þegar þú notar það í a efnarafal, eina útblásturinn er hreint vatn. Fyrir heim sem reynir að draga úr mengun, vetnisorku er kraftaverk.

En hvers vegna eru allir að tala um vetnisorku núna? Það er vegna þess að við þurfum a hreinn orkuberi sem getur gert þungar lyftingar. Rafhlöður eru frábærar fyrir bíla, en fyrir stóra vörubíla, skip og flugvélar eru þær of þungar. Vetnisorka pakkar miklu púnsi í léttan pakka. Það hefur hátt orkuþéttleika miðað við þyngd. Þetta gerir vetnisorku hinn fullkomni félagi fyrir endurnýjanlega orku uppsprettur eins og vindur og sól. Við getum notað auka sólarorku til að búa til vetni, geyma það og síðan notað það vetnisorku þegar sólin skín ekki.

Fyrir fyrirtæki eins og mitt og þitt, vetnisorku táknar gríðarlega breytingu á aðfangakeðjunni. Við erum að sjá hreyfingu í átt að sjálfbæra orku hvar vetnisorku gegnir aðalhlutverki. Ættleiða vetnisorku er ekki bara stefna; það er nauðsynlegt skref fyrir a sjálfbærri orku framtíð. Eins og við lítum á mat á vetni sem alþjóðleg auðlind er ljóst að vetnisorku er kominn til að vera.

Hvernig virkar vetnisframleiðsla til að kynda undir græna hagkerfinu?

Áður en við getum geymt það verðum við að búa það til. Vetnisframleiðsla er fyrsta skrefið í keðjunni. Núna er mest af vetni gert úr jarðgasi. Þetta er ódýrt, en það myndar koltvísýring. Hins vegar er iðnaðurinn að keppa í átt grænt vetni. Þetta er vetnismyndun að nota vatn og rafmagn frá endurnýjanlegum orkugjöfum.

Í verksmiðjunni minni skiljum við að gæði gassins skipta máli. Vetnisframleiðsla verður að vera hreint, sérstaklega til notkunar í a vetnis efnarafal. Jafnvel örlítil óhreinindi geta eyðilagt a efnarafal. Þess vegna vetnisframleiðslu tæknin er að verða fullkomnari. Við notum rafgreiningartæki til að kljúfa vatn í súrefni og vetni. Þetta hrein og sjálfbær orka aðferðin er hjarta framtíðarinnar vetnishagkerfi.

En vetnisframleiðslu er bara hálf baráttan. Þegar þú hefur búið til gasið þarftu að setja það einhvers staðar. Þú þarft a geymslukerfi. Þetta er þar sem áskorunin liggur. Vetni er léttasta frumefni alheimsins. Það vill flýja. Skilvirk tenging vetnisframleiðslu með áhrifaríkum vetnisgeymslulausnir er lykillinn að því að gera heildina orkukerfi vinna. Án góðrar geymslu, vetnisframleiðslu er sóað.

Hverjar eru helstu tegundir vetnisgeymslutækni sem eru fáanlegar í dag?

Svo, hvernig höldum við þessu léttu gasi á einum stað? Það eru þrjár megin vetnisgeymslutækni: gas, fljótandi og fast efni. Hver geymsluaðferð hefur sína kosti og galla. Algengast geymslutækni er geymsla á loftkenndri vetni. Þetta felur í sér að kreista gasið í geymslutankar við mjög háan þrýsting.

Önnur aðferðin er geymsla fljótandi vetnis. Ef þú kælir vetni niður í -253°C breytist það í vökva. Þetta gerir þér kleift að geyma miklu meira vetni í sama rými. Hins vegar tekur það mikla orku að halda því kalt. Þetta geymsla á vökva er mest notað fyrir geimeldflaugar eða sérhæfða flutninga.

Þriðja, og framúrstefnulegasta, er geymsla í föstu formi. Þetta notar efni til geymslu vetnis að gleypa gasið eins og svampur. Þetta er mjög öruggt, en tankarnir geta verið þungir. Eins og við könnum vetnisgeymslutækni, við verðum að halda jafnvægi á þyngd, kostnaði og öryggi. Til iðnaðarnota, eins og það sem Mark kaupir, þjappað vetni í sterku vetnistankur er staðallinn. Það er það þroskaðasta vetnisgeymslutækni við höfum núna.

Hvernig virka þjappað vetnisgeymslutankar í raun og veru?

Við skulum kafa dýpra í þjappað vetni. Ímyndaðu þér að reyna að koma svefnpoka í lítinn poka. Þú verður að ýta hart. Það er það sem við gerum með geymsla á þjappuðu vetni. Við notum þjöppur til að þvinga gasið í a vetnistankur. Þetta eru ekki bara venjulegir skriðdrekar; þeir eru þrýstihylki hannað til að standast gífurlegt afl.

Við mælum þennan þrýsting í "bar." Venjulegt bíldekk er um 2 bör. Þjappað vetni tankar ganga oft á 350 börum eða jafnvel 700 börum! Það er 700 sinnum meiri þrýstingur andrúmsloftsins. Við þessa þrýsting, vetnisgasi verður nógu þétt til að það nýtist. Þetta háþrýsti vetnisgeymsla leyfir a rafknúin ökutæki fyrir eldsneyti (FCEV) til að keyra hundruð kílómetra.

The vetnisgeymslukerfi í farartæki eða verksmiðju verður að vera öflugt. Þjappað vetnisgeymslukerfi nota háþróaða loka og þrýstijafnara til að stjórna flæðinu. Þegar þú opnar lokann, þjappað vetni hleypur út, tilbúinn til notkunar. Þetta er einfalt hugtak, en verkfræðin á bak við þetta háþrýsti vetnisgeymar er ótrúlega nákvæm. Við þurfum að tryggja að hver vetnistankur er öruggt og áreiðanlegt.

Hvað er geymsla á fljótandi vetni og hvenær er hún notuð?

Geymsla fljótandi vetnis er þungavigtarmeistari orkuþéttleika. Með því að breyta gasinu í vökva aukum við þéttleika þess verulega. Þetta þýðir að við getum passað meiri orku í smærri geymslutankar. Þetta er mikilvægt fyrir forrit þar sem plássið er takmarkað en þú þarft mikið afl, eins og í geimferðum eða þungum flutningum.

Hins vegar, geymsla fljótandi vetnis er erfiður. Þú þarft sérstaka "kryogenic" vetnistankur. Þessi tankur virkar eins og ofurhitatæki. Það hefur lag af einangrun til að halda hitanum úti. Ef vetnið hitnar jafnvel aðeins sýður það aftur í gas og þenst út. Þetta er kallað „suðu“. Að stjórna þessari uppsveiflu er mikil áskorun í geymslutankar fyrir fljótandi vetni.

Þrátt fyrir áskoranir, geymsla fljótandi vetnis er mikilvægt fyrir alheiminn vetnisbirgðir. Skip sem flytja mikið magn af vetni yfir höf munu líklega nota vökva geymsla. Það er skilvirkasta leiðin til að flytja mikið magn yfir langar vegalengdir. Fyrir a vetnishagkerfi til að fara á heimsvísu þurfum við að ná tökum á geymsla fljótandi vetnis. Það bætir við geymsla fyrir þjappað gas með því að annast langferðina.

Geta efni í föstu formi gjörbylt geymslu vetnis?

Hvað ef við þyrftum ekki háþrýsting eða mikinn kulda? Það er loforð um geymsla í föstu formi. Í þessari aðferð notum við sérstök efni, eins og málmhýdríð, til að geyma vetni. The vetnissameindir tengist í raun og veru málmfrumeindunum. Það er eins og málmurinn „dreyti í sig“ vetnið. Þetta málmhýdríð geymsla er ótrúlega öruggt vegna þess að vetnið er læst í föstu byggingunni.

Til að ná vetninu út hitarðu einfaldlega efnið upp. Þetta losar gasið. Þetta vetnisgeymsluaðferð býður hátt rúmmálsorkuþéttleiki, sem þýðir að þú getur pakkað miklu vetni í lítið rými án háþrýstings. Málmhýdríð vetnisgeymsla er frábært fyrir kyrrstæð forrit, eins og varaafl fyrir byggingu.

Hins vegar eru efnin þung. A vetnistankur fyllt með málmdufti vegur miklu meira en einfaldur bensíntankur. Þetta gerir geymsla í föstu formi minna tilvalið fyrir bíla. En vísindamenn eru að vinna að nýju efni til vetnisgeymslu sem eru léttari og fljótari að fylla. Þetta svæði af vetnisgeymslutækni er spennandi vegna þess að það leysir mörg öryggisvandamál sem tengjast háþrýstingi.

Hvaða efni eru notuð til að smíða háþrýstivetnisgeyma?

Ef þú ætlar að geyma gas á 700 börum geturðu ekki bara notað ryðgaða gamla dós. Háþrýsti vetnisgeymsla krefst háþróaðra efna. Það eru fjórar megingerðir af vetnistankur hönnun, flokkuð sem Tegund I til Tegund IV.

Tegund I er úr öllu stáli. Hann er þungur en ódýr. Þetta er það sem við notum oft fyrir kyrrstöðu gasgeymsla í verksmiðjum. Tegund II er með stálfóðri vafin í trefjaplasti. Það er aðeins léttara. Tegund III er með álfóðri vafin inn í koltrefjum. Nú erum við að komast inn á hátæknisvæði.

Það fullkomnasta er gerð IV vetnistankur. Þessi tankur er með plastfóðri vafinn inn í koltrefjum. Það er mjög sterkt og mjög létt. Þetta er vetnistankur notað í nútíma ökutæki fyrir vetniseldsneyti. Koltrefjarnar veita styrk til að halda á þjappað vetni, á meðan plastið heldur gasinu inni. Þessar tanka tækni eru dýr, en þau eru nauðsynleg fyrir vetnisorku byltingu. Sem framleiðandi sé ég eftirspurn eftir þessum samsettum þrýstihylki vaxandi á hverju ári.

Hvernig bregðumst við við öryggi og vetnisbrot í tönkum?

Öryggi er númer eitt áhyggjuefni allra sem kaupa iðnaðargas. Mark veit þetta vel. Ein af einstökum hættum vetnis er eitthvað sem kallast vetnisbrot. Vetnisfrumeindir eru svo litlar að þær geta sveiflast inn í málmveggi a vetnistankur. Þegar þeir eru komnir inn geta þeir gert málminn brothættan og hætt við að sprunga. A sprunginn háþrýsti vetnisgeymsla tankur er hörmung sem bíður eftir að gerast.

Til að koma í veg fyrir vetnisbrot, við verðum að vera mjög varkár með efnin okkar. Við notum sérstakar stálblendi sem eru þola vetnisbrot. Í tönkum af gerð IV virkar plastfóðrið sem hindrun og verndar ytri uppbyggingu. Við höfum einnig strangt eftirlit með þrýstingur og hitastig við áfyllingu til að lágmarka álag á vetnistankur.

The öryggi vetnisgeymslu felur einnig í sér strangar prófanir. Hvert vetnisgeymslukerfi gangast undir sprengjupróf, fallpróf og brunapróf. Við meðhöndlum vetnisorku með virðingu. Þegar rétt er meðhöndlað með hægri vetnisgeymslutækni, það er eins öruggt og bensín eða jarðgas. Við þurfum að tryggja örugg geymslu vetnis að byggja upp traust á markaðnum.

Hvaða hlutverki gegnir vetnisorkugeymsla í endurnýjanlegum orkukerfum?

Geymsla vetnisorku er sá hluti sem vantar í endurnýjanlega orkuþrautina. Sólin skín ekki alltaf og vindurinn blæs ekki alltaf. Við þurfum leið til að geyma þá orku til síðari tíma. Rafhlöður eru góðar í stuttan tíma, en geymsla vetnisorku er best fyrir langan tíma.

Við getum notað umfram vindorku til að keyra rafgreiningartæki, skapa vetnisorku. Við geymum þetta vetni í stórum tönkum eða jafnvel í vetnisgeymsla neðanjarðar hellum. Síðan, vikum eða mánuðum síðar, þegar við þurfum orku, keyrum við vetnið í gegnum a efnarafal eða hverfla til að búa til rafmagn. Þetta snýst vetnisorku í risastóra rafhlöðu fyrir rafmagnsnetið.

Þetta forrit gerir vetnisorku lykilmaður í orkuskipti. Það gerir okkur kleift að nota meira endurnýjanlega orku án þess að hafa áhyggjur af rafmagnsleysi. Fyrir iðnaðarsvæði, með a geymsla vetnisorku kerfið þýðir að þú hefur varaafl sem er hreint og áreiðanlegt. Það minnkar orkunotkun frá ristinni og lækkar kolefnisfótspor.

Hver er framtíð vetnishagkerfisins og innviða?

Framtíðin er björt fyrir vetnisorku. Við erum að sjá alþjóðlegt ýta til að byggja upp vetnismannvirki. Þetta þýðir fleiri leiðslur, fleiri eldsneytisstöðvar og betra geymsla og flutningur vetnis netkerfi. The Orkumálaráðuneytið og ríkisstjórnir um allan heim eru að fjárfesta milljarða til að gera það vetnishagkerfi veruleiki.

Við munum sjá framfarir í vetnisgeymslutækni. Skriðdrekar verða léttari og ódýrari. Fljótandi lífræn vetnisburðarefni (LOHC) gæti gert okkur kleift að flytja vetni sem olíulíkan vökva við venjulegt hitastig. Vetni eldsneyti klefi rafmagn farartæki verða algengari á okkar vegum.

Fyrir eigendur fyrirtækja er þetta tækifæri. Krafan um vetnisorku tæki, frá geymslutankar til Sérlofttegundir með mikla hreinleika, mun rokka upp. Þeir sem fjárfesta í vetnisorku nú mun leiða markaðinn. Við erum að færast í átt að heimi þar sem vetnisorku knýr verksmiðjur okkar, vörubíla okkar og heimili okkar. Það er spennandi tími til að vera í gasbransanum.

Helstu veitingar

• Vetnisorka er orkuberi: Það geymir orku sem framleidd er frá öðrum aðilum og virkar eins og hrein rafhlaða með mikilli þéttleika fyrir heiminn.
• Þrjár helstu geymslutækni: Við geymum vetni sem a þjappað gas, a cryogenic vökvi, eða inn efni í föstu formi.
• Þjappað vetni er staðall: Fyrir flest núverandi forrit, háþrýsti vetnisgeymsla í koltrefjageymum (gerð III og IV) er áhrifaríkasta lausnin.
• Öryggi er í fyrirrúmi: Við verðum að nota efni sem þola vetnisbrot og fylgdu ströngum samskiptareglum til að tryggja öryggi vetnis kerfi.
• Virkja endurnýjanlega: Geymsla vetnisorku gerir okkur kleift að geyma gríðarlegt magn af endurnýjanlegri orku í langan tíma og koma því jafnvægi á rafmagnskerfið.
• Innviðavöxtur: The vetnishagkerfi er að stækka, með stórfelldum fjárfestingum í vetnisframleiðslu, geymslutankar, og flutningakerfi á heimsvísu.