Анализа примене технологије складиштења водоника у бродовима горивних ћелија

Са повећањем глобалне пажње на очување енергије и смањење емисије,горивне бродове, као важан смер за зелену трансформацију отпремне индустрије, добијају све више и више пажње. Као кључна веза у развоју горивних ћелија бродова, истраживања и статуса пријавескладиштење водоникаТехнологија је још више привлачна.

Постоје различити начини за чување водоника у бродовима горивних ћелија, који се тренутно углавном укључујегасовити водоник високог притиска водоника, Складиштење нискотемперате течно средство за складиштење водоника, органска течна меморија за водонико и складиштење металне хидриде. Ове методе складиштења водоника имају своје предности и недостатке и погодне су за различите врсте бродова и сценарија потражње.

1. Гасовити водоник високог притиска водоника

Складиштење водоника високог притиска рад водоника у гасовином облику високе густине у гасном цилиндру путем прераде компресије. Постао је најчишће коришћени метод складиштења водоника у области бродова због брзог пуњења, ниске трошкове и једноставног рада. Кључ ове технологије лежи у истраживању и развоју цилиндара за складиштење водоника. Цилиндри за складиштење водоника под високим притиском су подељени у четири врсте: чисто челични метални цилиндри (тип И), челичне линије у карбонским влакнима за омотавање (тип ИИ), алуминијумски облоге за карбон у потпуности омотане боце (тип ИИИ) и пластични облоге у карбону (тип ИИИ).

Међу њима, типа ИИИ и типа ИВ гасни цилиндри сачини су од облоге, слоја за намотавање угљеника и слоја сезоне на стакленим влакнима. Укупна тежина је релативно лагана, а масовна густина складиштења водоника је велика. Они су топли спотови загоривоАпликације. Тренутно су бродови за гориво и у иностранству опремљени боцама типа ИИИ са радном притиском 35МП. Због ограничења густине меморије водоника и јачине система гасног цилиндра, врсте бродова углавном су у унутрашњости и јахте са малим снагама електричне енергије.

У изазову неусклађености између складишта и издржљивости брода, 70МПА типа ИВ гасни цилиндри користе лагану пластику високог чврстоће да замене метале да би се побољшали квалитет, утицај на високу особу и отпорност на корозију, али суочавају се са техничким препрекама, укључујући:

1) материјални и структурни проблеми: интерфејс између пластичне облоге и метала је склони цури и технологији прерађивања и површински третман треба оптимизовати да би се побољшало заптивање и лепљење.

2) изазови топлотног управљања: велика количина топлотне енергије генерише се током брзог хидрогенирања, које треба да се контролише како би се избегле опасности по безбедност. Иако симулација показује да испуњава безбедносне стандарде, стварно окружење кабине високе температуре захтева више строжих мера за контролу температуре.

3) Утицај услова пуњења: Почетна температура и стопа пуњења водоника значајно утиче на пораст температуре и потребна је фина контрола да оптимизира процес пуњења.

Складиште водоника високог притиска тренутно је уобичајена метода складиштења водоника за бродове за горивне ћелије, која је прикладна и економична. Међутим, због притиска и запремине гасног цилиндра, цилиндри у типу ИИИ 35МПА тренутно се користе за бродове малог снаге. Да би се побољшала издржљивост, истражује се употреба 70МПА, упаљач типа ИВ цилиндри да прошири апликацију на веће бродове.

Јапанска компанија Ианмар Цорпоратион и Тоиота користили су посебно лиценцирану опрему високог притиска да би се постигао први брод на свету од 70МПА горива на гас.

Међутим, складиштење водоника високог притиска има проблема са безбедносним и управљањем, станице за пуњење водоника су оскудне, а замена хидрогенских цилиндара је непријатно и има скривене опасности. Истовремено, пораст притиска притиска притиска трошкове опреме и потрошњу енергије за хидрогење и укупни трошкови значајно се повећава.

2 Метална хидридна складиштење водоника

Принцип складиштења металне хидриде хидрогенике је употреба транзиционих метала или легура да реагују са водоником да би се створило метал хидратације да би се постигло складиштење водоника под одређеним температурама и условима притиска, истовремено ослобађање топлоте; Како температура расте, метални хидрид распада да ослободи водоник.

У поређењу са гасовитим складиштењем водоника, највећа предност овог метода складиштења водоника је да је притисак складиштења водоника низак и сигурност је висока, а затим велика густина складиштења водоника (1000 ~ 3000 пута под истим температурним условима и притиском). Легуре за складиштење водоника који се тренутно у развоју углавном укључују ретке легуре земље, легуре титанијума, легуре цирконијум-а, легуре магнезијума и легуре и легуре ванадијума.

Метално хидридно складиштење водоника има више предности од гаса и течности у погледу сигурности и волуметријске густине складиштења водоника, али постојећи материјали са високим хидрогенским ослобађањем реакционе температуре реакционе реакцију, а реакциони процес може имати проблеме као што су уништавање структуре легуре, а легура ће се проширити и умањити се у процесу ослобађања водоника, а легура ће се проширити и уговорити у процесу пуштања водоника.

У стварним апликацијама брода, кључна истраживања треба да се спроведе у следећим аспектима:

1) развити нове материјале за алоге за складиштење водоника за побољшање густине масовне мемогенске мемогенске мерине,

2) оптимизирајте апсорпцију водоника и десорпције материјала за складиштење водоника кроз површински третман, додајући катализаторе итд.,

3) оптимизујте дизајн резервоара за складиштење да бисте избегли деформацију контејнера због ширења узроковане реакцијом легура праха водоником;

4) Извршити колекцију топлоте, складиштење и примене система чврстог система за складиштење водоника и комбинују истраживање са целим бродом ради побољшања ефикасности коришћења енергије и смањење оптерећења запремине и масе уређаја.

Будући да је сама агенција за складиштење водоника тешка, његова масовна густина складиштења водоника је ниска, али је корисније за подводне бродове и може повећати баласт чамаца. Развијање висококвалитетних материјала за складиштење водоника и оптимизације услова рада су важна истраживачка правца у будућности.

Подморница у тиму за гориво Опремљено типом 212а Развијен од стране немачког ХДВ бродоградилишта има 38 резервоара за складиштење водоника титанијум-гвожђе који могу да смештају од 84 кг водоника. Извор: Интернет

Приликом бира методе складиштења водоника за гориво ћелијски брод, потребно је свеобухватно размотрити више фактора, као што су густина складиштења водоника, сигурност, трошкови, услуга, стабилност и потрошња енергије. Следећа табела упоређује различите методе складиштења водоника:

Метално складиштење водоника са металном хидридом има изванредне перформансе, чистоћу и сигурност и очекује се да ће у будућности постати главни ток.