В центре внимания — водород. Политики и промышленность вкладывают огромные средства в «зеленый водород» как устойчивое топливо и энергоноситель. Во всем мире создается инфраструктура, позволяющая широкомасштабное распространение этого перспективного газа.
Однако, чтобы использовать водород во всем мире, необходима масштабная транспортировка. В этом блоге объясняется, почему этот транспорт так важен, а также плюсы и минусы трех энергоносителей: аммиака, LOHC(жидкий органический водородный носитель) и сжиженного водорода.
Зачем нужны международные водородные перевозки?
Хотя в отдельных регионах мира спрос на водород исключительно высок, эти регионы не всегда могут обеспечить необходимое крупномасштабное производство. Для производства экологически чистого водорода требуется большое количество возобновляемой энергии и современная инфраструктура электролиза, а для этого необходимы особые условия и достаточно места.
Отличным примером региона с высоким спросом на «зеленый» водород, но где крупномасштабное производство является сложным, является Европа. На самом деле, согласно отчету Roland Berger, спрос на «зеленый» водород в Европе вырастет достаточно резко, и в 2050 году потребуется гораздо больше «зеленого» водорода, чем можно ожидать от местного производства. В Европе просто не существует достаточных возможностей для производства возобновляемой энергии.
Примерами очень подходящих районов для производства возобновляемой энергии являются Чили, Австралия и Ближний Восток. В некоторых из этих областей также проводятся крупномасштабные эксперименты по преобразованию электроэнергии в экологически чистый водород с помощью электролиза.
Неравномерное распределение возобновляемых источников энергии и электролизеров по всему миру делает международную транспортировку водорода неизбежной для реализации глобальной зеленой водородной экономики.
Водородные трубопроводы и грузовые автомобили — лучшие решения для транспортировки на небольшие расстояния. Однако, когда количество или расстояние становятся больше, требуются другие методы. Три энергоносителя, которые могут сделать этот транспорт возможным, — это аммиак, LOHCs и жидкий водород. Все три этих метода в настоящее время активно исследуются, и все три метода имеют как плюсы, так и минусы.
Транспортировка водорода с использованием аммиака
Первый вариант обеспечения крупномасштабной транспортировки водорода — это аммиак. Аммиак — это химическое вещество, которое не только используется в качестве сырья для удобрений, но и может применяться для хранения и транспортировки водорода.
Как это работает.
Аммиак как энергоноситель для водорода производится путем синтеза аммиака. Этот химический процесс позволяет водороду и азоту вступать в реакцию, образуя жидкий аммиак. Эта жидкость хранится в резервуарах, что облегчает ее транспортировку.
Когда аммиак достигает места назначения, он расщепляется («крекируется») на составляющие, выделяя водород и азот. После того как водород очищен, он готов к использованию.
Плюсы и минусы
Транспортировка водорода с использованием аммиака имеет ряд преимуществ. Например, аммиак уже давно используется в различных отраслях промышленности, и инфраструктура для синтеза аммиака имеется в изобилии. Также аммиак можно хранить в слегка охлажденных резервуарах при температуре -33 °C или при температуре окружающей среды под давлением 8-10 бар. Это делает хранение и транспортировку аммиака относительно простым и доступным.
К сожалению, аммиак также имеет недостатки. Хотя инфраструктура для производства аммиака уже создана, процесс его крекинга все еще относительно новый и не энергоэффективный. Кроме того, после крекинга требуются дополнительные этапы очистки водорода для использования.
Наконец, аммиак является токсичным веществом, которое в случае утечки может оказать негативное влияние на качество воздуха, почвы и воды, а также на здоровье людей, живущих поблизости. В связи с потенциально тяжелыми последствиями вызывает сомнение, насколько оправданным является хранение и транспортировка аммиака.
Транспортировка водорода с использованием LOHC
Жидкий органический носитель водорода (LOHC) — это жидкость, способная поглощать и выделять водород в результате химической реакции.
Как это работает.
LOHC приводится в контакт с водородом в результате реакции гидрирования для поглощения водорода. Эта химическая реакция происходит при повышенном давлении и температуре и при наличии катализатора. LOHC, даже при слиянии с водородом, можно просто хранить или транспортировать в атмосферных условиях.
Если через некоторое время водород снова понадобится или он уже прибыл в пункт назначения, то происходит дегидрирование LOHC. Этот процесс также требует повышенной температуры и катализатора.
В качестве LOHC можно использовать несколько агентов. Хорошим примером является дибензилтолуол. Этот «носитель» может поглощать большое количество водорода с помощью описанной выше техники. В 1 м3 LOHC можно хранить до 56 кг водорода.
Плюсы и минусы
Перевозка водорода с помощью LOHC также имеет свои плюсы и минусы. Известным преимуществом является то, что этот процесс относительно недорогой и безопасный. Кроме того, LOHC представляет собой вещество, подобное дизельному топливу, которое можно транспортировать при атмосферном давлении и температуре с помощью обычных транспортных средств на бензине или дизельном топливе.
К сожалению, этот метод также имеет недостатки. Во-первых, для дегидрирования требуется много тепла и, следовательно, энергии. Поэтому при крупномасштабном использовании затраты могут значительно возрасти. Кроме того, производство LOHC приводит к дополнительным выбросам CO2. Точное количество зависит от того, как долго прослужит LOHC и как часто его можно использовать повторно.
Транспортировка водорода в виде жидкого водорода
Последний вариант эффективной транспортировки водорода — превращение его в жидкий водород. Как было описано ранее в нашем блоге о плотности энергии водорода, плотность жидкого водорода значительно выше плотности газообразного водорода. Это означает, что в одном и том же объеме хранилища можно перевозить гораздо больше жидкого водорода, чем газообразного.
Как это работает.
Для превращения газообразного водорода в жидкий водород газ охлаждается до температуры -252,9 °C. Затем его можно транспортировать и хранить в жидком виде при условии хорошей изоляции. При нагревании он теряет свою жидкую форму и снова становится газообразным.
После транспортировки или временного хранения жидкий водород снова переводится в газообразное состояние с помощью испарителя.
Плюсы и минусы
Существенным преимуществом жидкого водорода как вида транспорта перед аммиаком или ЛОХК является то, что водород не сливается ни с каким другим веществом. Водород в жидком состоянии остается водородом; он просто меняет свой внешний вид. Следовательно, нет необходимости в химических реакциях и дополнительных этапах очистки; таким образом, водород сохраняет свое оптимальное качество.
К сожалению, жидкий водород также имеет некоторые недостатки в качестве энергоносителя. Например, экстремальное охлаждение требует много энергии, и для поддержания экстремально низкой температуры необходима высококачественная изоляция. Кроме того, невозможно предотвратить образование небольшого количества газа, выкипающего со временем.
Хочешь узнать больше?
Компания Demaco уже имеет 30-летний опыт проектирования и производства инфраструктур с вакуумной изоляцией жидкого водорода. Если у вас есть вопросы о нашей продукции и услугах, не стесняйтесь связаться с нами или просмотрите наши продукты и проекты для получения дополнительной информации.