Hidrojenin Depolanması

Hidrojenin depolanması

Hidrojenin normal şartlarda gaz halinde bulunması depolama ve taşımayı oldukça zorlaştırmaktadır. Hidrojen depolamanın üç yöntemi vardır: yüksek basınçlı gaz depolama, düşük sıcaklıkta sıvı hidrojen depolama ve metal hidrit depolama.

1. Yüksek basınçlı gaz depolama

   Gaz halindeki hidrojen yer altı tesislerinde veya çelik silindirlerde depolanabilir. Depolama hacmini azaltmak için, önemli miktarda sıkıştırma enerjisi gerektiren hidrojen gazının sıkıştırılması gerekir. Tipik olarak, 20 MPa'da hidrojenle doldurulmuş yüksek basınçlı bir çelik silindir, toplam ağırlığın yalnızca %1,6'sını oluştururken, uzay uygulamaları için kullanılan titanyum silindirler, hidrojen ağırlığının yalnızca %5'ini depolar.

2. Düşük sıcaklıkta sıvı hidrojen depolama

   Hidrojen gazı -253°C'ye soğutularak sıvı hale getirilebiliyor ve daha sonra yüksek vakumlu yalıtımlı kaplarda saklanabiliyor. Sıvı hidrojen depolama teknolojisi başlangıçta havacılık uygulamalarında kullanıldı ve depolama maliyeti daha yüksek olmasına rağmen güvenlik teknolojisi daha karmaşıktır. Araştırma şu anda yüksek yalıtımlı hidrojen depolama kaplarına odaklanıyor. Ara gözenekli mikrokürelerle doldurulmuş yeni bir kap türü geliştirildi. Bu silika mikroküreler, 30 ila 150 mikrometre arasında değişen çaplara, içi boş merkezlere ve yaklaşık 1 ila 5 mikrometre kalınlığında duvarlara sahiptir. Isıl iletkenliği en aza indirmek ve parçacıklar arasındaki konvektif ısı transferini tamamen engellemek için bu mikrokürelerin bazılarının üzerine alüminyum kaplanmıştır. Bazı alüminyum kaplı mikrokürelerin (tipik olarak %3 ila %5 civarında) kaplanmamış mikrokürelerle karıştırılması, ışınımsal ısı transferini etkili bir şekilde engeller. Bu yeni tip ısı yalıtımlı konteyner, olağanüstü yalıtım özelliklerine sahip, standart yüksek vakumlu yalıtımlı kapları geride bırakıyor ve ideal bir sıvı hidrojen depolama tankı olarak kabul ediliyor. NASA, bu yeni tip hidrojen depolama konteynerini geniş çapta benimsedi.

3. Metal hidritlerin depolanması

   Hidrojen ve metal hidrürler arasında tersinir bir reaksiyon vardır. Metal hidrüre dışarıdan ısı uygulandığında hidrojenlenmiş metale ayrışır ve hidrojen gazı açığa çıkarır. Tersine, hidrojen ve metal birlikte bir hidrit oluşturduğunda, hidrojen bunun içinde katı halde depolanır. Hidrojen depolamak için kullanılan metal hidrürler çoğunlukla birden fazla elementten oluşan alaşımlardır. Dünya çapında çeşitli başarılı hidrojen depolama alaşımları araştırılmıştır ve bunlar genel olarak dört kategoriye ayrılabilir: birincisi, kilogram lantan-nikel alaşımı başına 153 L hidrojen depolayabilen nadir toprak lantan-nikel alaşımları; İkincisi, şu anda en yaygın olarak kullanılan hidrojen depolama malzemesi olan demir-titanyum serisi, öncekinden dört kat daha büyük bir depolama kapasitesine, düşük maliyetli, yüksek reaktiviteye ve hidrojeni oda sıcaklığı ve basıncında serbest bırakma yeteneğine sahip olup, kullanımda büyük kolaylık; üçüncüsü, metal elementler arasında en yüksek hidrojen emme kapasitesine sahip olan, ancak hidrojeni serbest bırakmak için 287°C'ye ihtiyaç duyan ve hidrojeni çok yavaş emen, pratik kullanımını sınırlayan magnezyum serisi; dördüncüsü, kendileri de değerli metaller olan ve bu nedenle yalnızca belirli özel durumlar için uygun olan vanadyum, niyobyum ve zirkonyum gibi çok elementli seriler. Metal hidrit depolamadaki ana sorunlar, düşük hidrojen depolama kapasitesi, yüksek maliyetler ve yüksek hidrojen salınım sıcaklıklarıdır. Daha iyi hidrojen depolama malzemeleri aramak için denge basınç-sıcaklık eğrileri, oluşum sırasındaki reaksiyon dönüşüm oranları ve kimyasal ve mekanik stabilite dahil olmak üzere metal hidritlerin kimyasal ve fiziksel özellikleri üzerine daha fazla araştırma, hidrojen enerjisinin geliştirilmesi ve kullanımında dikkate değer bir konudur. Metal hidrit depolama cihazları hem sabit hem de mobil formlarda mevcuttur. Hidrojen yakıtı ve malzemesi kaynağı olarak hizmet edebilir, atık ısıyı emebilir, güneş enerjisini depolayabilir ve hidrojen pompası veya kompresör olarak kullanılabilirler.