การจัดเก็บไฮโดรเจน

การจัดเก็บไฮโดรเจน

ไฮโดรเจนมีอยู่ในรูปของก๊าซภายใต้สภาวะปกติ ซึ่งทำให้การจัดเก็บและการขนส่งค่อนข้างท้าทาย มีสามวิธีในการจัดเก็บไฮโดรเจน: การจัดเก็บก๊าซแรงดันสูง การจัดเก็บไฮโดรเจนเหลวที่อุณหภูมิต่ำ และการจัดเก็บโลหะไฮไดรด์

1. การจัดเก็บก๊าซแรงดันสูง

   ก๊าซไฮโดรเจนสามารถเก็บไว้ในโรงงานใต้ดินหรือในถังเหล็กได้ เพื่อลดปริมาณการจัดเก็บ จะต้องบีบอัดก๊าซไฮโดรเจนซึ่งต้องใช้พลังงานอัดจำนวนมาก โดยทั่วไปแล้ว กระบอกเหล็กแรงดันสูงที่เติมไฮโดรเจนที่ 20 MPa คิดเป็น 1.6% ของน้ำหนักทั้งหมดเท่านั้น ในขณะที่กระบอกไทเทเนียมที่ใช้สำหรับการใช้งานในอวกาศจะเก็บน้ำหนักไฮโดรเจนได้เพียง 5% เท่านั้น

2. การจัดเก็บไฮโดรเจนเหลวที่อุณหภูมิต่ำ

   ก๊าซไฮโดรเจนสามารถทำให้เย็นลงถึง -253°C เพื่อให้กลายเป็นของเหลว จากนั้นจึงเก็บไว้ในภาชนะที่มีฉนวนสุญญากาศสูง เทคโนโลยีการจัดเก็บไฮโดรเจนเหลวถูกนำมาใช้ครั้งแรกในการใช้งานด้านการบินและอวกาศ และถึงแม้ว่าต้นทุนการจัดเก็บจะสูงกว่า แต่เทคโนโลยีด้านความปลอดภัยก็มีความซับซ้อนมากขึ้น ขณะนี้การวิจัยกำลังมุ่งเน้นไปที่ภาชนะเก็บไฮโดรเจนที่มีฉนวนสูง คอนเทนเนอร์ชนิดใหม่ที่เต็มไปด้วยไมโครสเฟียร์ที่มีรูพรุนคั่นระหว่างหน้าได้รับการพัฒนา ซิลิกาไมโครสเฟียร์เหล่านี้มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 30 ถึง 150 ไมโครเมตร โดยมีจุดศูนย์กลางและผนังกลวงที่มีความหนาประมาณ 1 ถึง 5 ไมโครเมตร อะลูมิเนียมเคลือบบนไมโครสเฟียร์บางส่วนเพื่อลดการนำความร้อนและยับยั้งการถ่ายเทความร้อนระหว่างอนุภาคได้อย่างสมบูรณ์ การผสมไมโครสเฟียร์ที่เคลือบอะลูมิเนียม (โดยทั่วไปประมาณ 3% ถึง 5%) กับไมโครสเฟียร์ที่ไม่เคลือบจะบล็อกการถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสีได้อย่างมีประสิทธิภาพ ภาชนะฉนวนความร้อนชนิดใหม่นี้มีคุณสมบัติเป็นฉนวนที่ยอดเยี่ยม เหนือกว่าภาชนะฉนวนสุญญากาศสูงมาตรฐาน และถือเป็นถังเก็บไฮโดรเจนเหลวในอุดมคติ NASA ได้นำภาชนะเก็บไฮโดรเจนชนิดใหม่นี้มาใช้กันอย่างแพร่หลาย

3. การจัดเก็บโลหะไฮไดรด์

   มีปฏิกิริยาย้อนกลับได้ระหว่างไฮโดรเจนกับไฮไดรด์ของโลหะ เมื่อความร้อนถูกนำไปใช้กับโลหะไฮไดรด์จากภายนอก โลหะจะสลายตัวเป็นโลหะที่เติมไฮโดรเจน และปล่อยก๊าซไฮโดรเจนออกมา ในทางกลับกัน เมื่อไฮโดรเจนและโลหะรวมกันเกิดเป็นไฮไดรด์ ไฮโดรเจนจะถูกกักเก็บในรูปของแข็งไว้ข้างใน โลหะไฮไดรด์ที่ใช้สำหรับกักเก็บไฮโดรเจนส่วนใหญ่เป็นโลหะผสมที่ประกอบด้วยองค์ประกอบหลายชนิด โลหะผสมที่กักเก็บไฮโดรเจนที่ประสบความสำเร็จหลายตัวได้รับการวิจัยทั่วโลก ซึ่งสามารถจำแนกกว้าง ๆ ได้เป็น 4 ประเภท ได้แก่ โลหะผสมแลนทานัม-นิกเกิลดินหายาก ซึ่งสามารถกักเก็บไฮโดรเจนได้ 153 ลิตรต่อกิโลกรัมของโลหะผสมแลนทานัม-นิกเกิล; ประการที่สอง ซีรีส์เหล็ก-ไทเทเนียม ซึ่งปัจจุบันเป็นวัสดุกักเก็บไฮโดรเจนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด โดยมีความจุขนาดใหญ่ถึงสี่เท่าของรุ่นก่อน ต้นทุนต่ำ มีปฏิกิริยาสูง และความสามารถในการปล่อยไฮโดรเจนที่อุณหภูมิและความดันห้อง ทำให้ สะดวกสบายในการใช้งาน ประการที่สาม ซีรีส์แมกนีเซียมซึ่งมีความสามารถในการดูดซับไฮโดรเจนสูงสุดในบรรดาองค์ประกอบโลหะ แต่ต้องใช้อุณหภูมิ 287°C เพื่อปล่อยไฮโดรเจนและดูดซับไฮโดรเจนได้ช้ามาก ซึ่งจำกัดการใช้งานจริง ประการที่สี่ ซีรีส์ที่มีหลายองค์ประกอบ เช่น วาเนเดียม ไนโอเบียม และเซอร์โคเนียม ซึ่งเป็นโลหะมีค่าในตัว ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับโอกาสพิเศษบางโอกาสเท่านั้น ปัญหาหลักในการจัดเก็บโลหะไฮไดรด์คือความสามารถในการกักเก็บไฮโดรเจนต่ำ ต้นทุนสูง และอุณหภูมิที่ปล่อยไฮโดรเจนสูง การวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพของโลหะไฮไดรด์ รวมถึงเส้นโค้งอุณหภูมิความดันสมดุล อัตราการแปลงปฏิกิริยาระหว่างการก่อตัว และความเสถียรทางเคมีและทางกล เพื่อค้นหาวัสดุกักเก็บไฮโดรเจนที่ดีขึ้นเป็นหัวข้อสำคัญในการพัฒนาและการใช้พลังงานไฮโดรเจน อุปกรณ์จัดเก็บโลหะไฮไดรด์มีจำหน่ายทั้งแบบอยู่กับที่และแบบเคลื่อนที่ พวกมันสามารถใช้เป็นแหล่งเชื้อเพลิงและวัสดุไฮโดรเจน ดูดซับความร้อนเหลือทิ้ง เก็บพลังงานแสงอาทิตย์ และใช้เป็นปั๊มหรือเครื่องอัดไฮโดรเจน