Lưu trữ hydro

Lưu trữ hydro

Hydro tồn tại ở dạng khí trong điều kiện bình thường nên việc lưu trữ và vận chuyển khá khó khăn. Có ba phương pháp lưu trữ hydro: lưu trữ khí áp suất cao, lưu trữ hydro lỏng ở nhiệt độ thấp và lưu trữ hydrua kim loại.

1. Lưu trữ khí áp suất cao

   Khí hydro có thể được lưu trữ trong các cơ sở dưới lòng đất hoặc trong các bình thép. Để giảm thể tích lưu trữ, khí hydro phải được nén, đòi hỏi một lượng năng lượng nén đáng kể. Thông thường, xi lanh thép áp suất cao chứa đầy hydro ở áp suất 20 MPa chỉ chiếm 1,6% tổng trọng lượng, trong khi xi lanh titan dùng cho các ứng dụng không gian chỉ lưu trữ 5% trọng lượng hydro.

2. Lưu trữ hydro lỏng ở nhiệt độ thấp

   Khí hydro có thể được làm lạnh đến -253°C để trở thành chất lỏng, sau đó được bảo quản trong các thùng chứa cách nhiệt chân không cao. Công nghệ lưu trữ hydro lỏng ban đầu được sử dụng trong các ứng dụng hàng không vũ trụ và mặc dù chi phí lưu trữ cao hơn nhưng công nghệ an toàn phức tạp hơn. Nghiên cứu hiện đang tập trung vào các thùng chứa hydro cách nhiệt cao. Một loại vật chứa mới chứa đầy các vi cầu xốp xen kẽ đã được phát triển. Những hạt silica này có đường kính từ 30 đến 150 micromet, với tâm và thành rỗng dày khoảng 1 đến 5 micromet. Nhôm được phủ lên một số vi cầu này để giảm thiểu độ dẫn nhiệt và ức chế hoàn toàn sự truyền nhiệt đối lưu giữa các hạt. Trộn một số vi cầu được phủ nhôm (thường khoảng 3% đến 5%) với các vi cầu không được phủ sẽ ngăn chặn sự truyền nhiệt bức xạ một cách hiệu quả. Loại thùng cách nhiệt mới này, với đặc tính cách nhiệt vượt trội, vượt trội so với thùng cách nhiệt chân không cao tiêu chuẩn và được coi là bể chứa hydro lỏng lý tưởng. NASA đã áp dụng rộng rãi loại thùng chứa hydro mới này.

3. Lưu trữ hydrua kim loại

   Có một phản ứng thuận nghịch giữa hydro và hydrua kim loại. Khi nhiệt tác dụng vào hydrua kim loại từ bên ngoài, nó sẽ phân hủy thành kim loại bị hydro hóa và giải phóng khí hydro. Ngược lại, khi hydro và kim loại cùng nhau tạo thành hydrua, hydro được lưu trữ ở dạng rắn bên trong nó. Các hiđrua kim loại được sử dụng để lưu trữ hydro hầu hết là hợp kim gồm nhiều nguyên tố. Nhiều hợp kim lưu trữ hydro thành công khác nhau đã được nghiên cứu trên toàn thế giới, có thể được phân loại thành bốn loại: thứ nhất, hợp kim lanthanum-niken đất hiếm, có thể lưu trữ 153 L hydro trên mỗi kg hợp kim lanthanum-niken; thứ hai, dòng sắt-titan, hiện là vật liệu lưu trữ hydro được sử dụng rộng rãi nhất, với dung lượng lưu trữ lớn gấp bốn lần so với trước đây, chi phí thấp, độ phản ứng cao và khả năng giải phóng hydro ở nhiệt độ và áp suất phòng, cung cấp sự tiện lợi lớn khi sử dụng; thứ ba, dãy magie, có khả năng hấp thụ hydro cao nhất trong số các nguyên tố kim loại, nhưng cần 287°C để giải phóng hydro và hấp thụ hydro rất chậm, hạn chế ứng dụng thực tế của nó; thứ tư, chuỗi đa nguyên tố như vanadi, niobium và zirconium, bản thân chúng là những kim loại quý và do đó chỉ thích hợp cho một số dịp đặc biệt nhất định. Các vấn đề chính trong việc lưu trữ hydrua kim loại là khả năng lưu trữ hydro thấp, chi phí cao và nhiệt độ giải phóng hydro cao. Nghiên cứu sâu hơn về tính chất hóa học và vật lý của hydrua kim loại, bao gồm đường cong nhiệt độ áp suất cân bằng, tốc độ chuyển đổi phản ứng trong quá trình hình thành và độ ổn định hóa học và cơ học, để tìm kiếm vật liệu lưu trữ hydro tốt hơn là chủ đề đáng chú ý trong phát triển và sử dụng năng lượng hydro. Thiết bị lưu trữ hyđrua kim loại có sẵn ở cả dạng cố định và di động. Chúng có thể đóng vai trò là nguồn nhiên liệu và vật liệu hydro, hấp thụ nhiệt thải, lưu trữ năng lượng mặt trời và được sử dụng làm máy bơm hoặc máy nén hydro.