В настоящее время все большую актуальность приобретает поиск и изучение альтернативных источников энергии. Привлекательным энергоносителем является водород. Он экологичен и эффективен в процессах преобразования энергии с его участием. Водородное топливо было изобретено и применено достаточно давно. Однако, до сих пор одной из ключевых проблем является вопрос о хранении данного источника энергии. В статье представлены существующие и перспективные методы хранения водорода.
Хранение водорода обходится гораздо дороже его производства. Себестоимость хранения связана с физическими свойствами водорода и с высокими требованиями к системам хранения. Система хранения должна выдерживать криогенные температуры, высокие давления, а также содержать активные элементы, которые бы взаимодействовали с водой или воздухом [1].
Департамент энергетики США классифицирует методы хранения водородного топлива по двум группам.
Первая группа сформирована на основе физических процессах: ожижение и компрессирование водорода. Вторая группа отражает химические процессы сильного взаимодействия водорода с некоторыми элементами среды хранения.
Хранение газообразного водорода под давлением является одним из самых простых способов. Его принцип аналогичен процессу сжатия природного газа. К примеру, 1 кг водорода при стандартных условия занимает достаточно большой объем, около 11,2 м3 [2]. Согласно уравнению состояния идеального газа, чтобы он занимал меньший объем, нам нужно увеличить его давление. Сжимая водородный газ, мы увеличиваем его плотность. То есть при хранении в обычных стальных баллонах под давлением до 200 атм, 1 кг водорода будет занимать около 56,3 литра (0,0563 м3) объема при давлении в 20 МПа. Однако, энергетическая плотность такого вида топлива, значительно уступает аналогичному показателю бензина. На 1 литр водорода приходится всего 4,4 МДж энергии, тогда как на 1 литр бензина 31,6 МДж.
Хранение водорода в жидком состоянии основано на процессе сжижения водородного газа. Его энергетическая плотность на 1 литр около 8 МДж. Однако, на сам процесс сжижения расходуется от 25% до 45% энергии. Для сжижения 1 кг водорода потребуется затратить от 10 до 14 кВт*ч электроэнергии [2]. То есть данный метод хранения требует большое количество энергии. Жидкий водород хранится исключительно в криогенных контейнерах, которые изготавливаются из высококачественных сталей, способные выдерживать требуемые температурные диапазоны. Несмотря на достаточно эффективную теплоизоляцию, наблюдаются существенные утечки водородного газа, особенно при маломасштабном хранении. Для решения этой проблемы было предложено хранить водород в независимо от условий заполнения контейнера. Тогда, водород будет не полностью в жидком состоянии, но еще и частично в газообразном. Снизить утечки водородного топлива также помогают сорбенты с большой удельной плотностью поверхности [3].
Метода второй группы основаны на физико-химических процессах и характеризуются сильным взаимодействием молекулярного или атомного водорода с материалами среды хранения.
