Hydrogentransport og hydrogenlagring

Fossile brændstoffer driver størstedelen af nuværende infrastruktur, men deres forbrænding frigiver forurenende stoffer, som mest bemærkelsesværdigt er kuldioxid. Dette er en drivhusgas (GHG), som er blevet kædet sammen med global opvarmning og klimaforandring.

Omvendt producerer hydrogenforbrænding uskadelig vanddamp og en mængde nitrogenoxid (NOx) uden frigivelse af kuldioxid eller andre forurenende stoffer såsom svovldioxid (SOx). Hydrogen er ligeledes kompatibel i mange eksisterende naturgasturbiner med interne forbrændingsmotorer, som kan drives på hydrogen, naturgas eller en blanding af disse. Hydrogen er dog en farlig substans, hvis det ikke håndteres korrekt.

For det første er hydrogenmolekyler de mindste molekyler af alle elementer, og lækage - som medfører brand- og eksplosionsrisiko - fra tanke og rørledninger er en alvorlig bekymring. Der skal tages særlig hensyn til de materialer og teknikker, der anvendes til at forsegle disse systemer, såsom beslag, pakninger, ventiler og andre forseglingsenheder. Miljømæssige monitoreringsenheder såsom flammedetektorer og forbrændingsgasdetektorer - eller inline-enheder såsom tryk- og temperaturtransmittere - skal anvendes til at detektere abnorme begivenheder såsom manglende indeslutning. Da hydrogen er diatomisk, kan nyere teknologier såsom infrarødebaserede gasdetektorer, der ofte bruges i naturgasanvendelser, ikke anvendes til hydrogengasdetektering.

Lækager et primært et resultat af skørhed, der som oftest dannes, når stål og andre metaller absorberer hydrogenatomer. Disse atomer kan rekombineres til at danne hydrogenmolekyler, der diffunderer gennem metallet og danner bobler, som svækker materialet, hvilket skaber skørhed og krakelering, selv ved omgivelsestemperatur. Det er derfor særdeles vigtigt at afbøde disse udfordringer ved at specificere de rette materialer baseret på anvendelsen.

Sikker hydrogenlagring spiller en central rolle i forbindelse med fremskridtet for hydrogen og brændstofcelleteknologier.

Hydrogen kan lagres fysisk som en komprimeret gas eller en kryogenisk væske. Komprimeret hydrogen i gasform lagres typisk i tanke ved 350-700 bar (5.000-10.000 psi). Fuldt flydende hydrogen kan lagres ved cirka -253°C (-423°F), hvorimod kryokomprimeret hydrogen lan lagres ved cirka -233°C (-387°F). Gaslagring har færre udstyrskrav og er betydeligt mere økonomisk, men flydende lagring har sine fordele, primært meget større energilagringsdensitet

Flydende hydrogen har længe været anvendt som raketbrændstof til rumopsendelser. I rummet er det blevet lagret som en komprimeret gas elle kryogenisk væske i cylindere, rør eller sfæriske tanke. I gasform lagres hydrogen typisk i cylindere. Sfæriske tanke foretrækkes dog til lagring af flydende hydrogen til minimering af overfladearealet, som direkte korrelerer til varmeoverførsel fra miljøet.

Hydrogen kan også lagres i materialebaserede systemer på overfladen af solide materialer (adsorption) eller i disse materialer (absorption). Disse procedurer udvikles for at opfylde brændstofsdensitetskrav og forøge processikkerheden, da de reducerer potentialet for lækager og ukontrolleret forbrænding.

Sikkerhedsmetoder til alle hydrogenlagringssystemer inkluderer:

• Lokaliser lagring i godt ventilerede, ikke-ryger udendørsområder væk fra strukturer, køretøjer, varme, gnister og åben ild
• Træk, tril eller tab aldrig lagringscontainere
• Brug kun gnistsikre værktøjer og eksplosionssikkert udstyr til håndtering af hydrogen
• Jord alt udstyr og rørledninger
• Kontroller løbende efter lækager i hydrogensystemer ved hjælp af sæbevand og aldrig med en flamme

Højdensitive hydrogenlagringskrav stiller betydelige udfordringer til transportsystemer. Hydrogens energidensitet er meget lavere end gasdensitet, så der kræves større tanke til lagring af samme mængde energi. Generelt set er køretøjers hydrogentanke større end naturgasvarianter og i stand til at modstå højere tryk.

Disse yderligere pladskrav trækker fra et køretøjs egenskab som et komfortabelt transportmiddel til mennesker og objekter på en pladseffektiv måde,og ekstra vægt påvirker et køretøjs køreafstand med en fast mængde energi. Hydrogenbrændstofceller optager også mere plads end forbrændingsmotorer, og de bidrager med ekstra vægt og risiko for andre potentielle lækager.

Hydrogendrevne biler og lastbiler er tilgængelige, men antallet af hydrogentankningsstationer er begrænset. Dette gør dem upraktiske for de fleste personer, særligt hverdagsforbrugere. Denne realitet kan dog ændres i fremtiden, da hydrogenindustrien forsat udvikles.

På trods af disse forhindringer har hydrogendrevne biler og langdistance lastbiler betydelige fordele sammenlignet med elektriske køretøjer. De kan oplades på minutter i stedet for timer, og den lagrede energi degraderer ikke over tid. Energilagringsdensiteten er meget højere end i batterier med en faktor på over 100, hvilket før brændstofferne meget lettere og mere kompakt end batterier. Sidst men ikke mindst er de nødvendige materialer til producering af moderne batterier en mangelvare, mens materialerne til produktion af hydrogenbrændstofceller er i overflod.

Når hydrogen i gasform produceres, kan det forbruges lokalt, komprimeres og føres via rørledninger til nærliggende lagringstanke, komprimeret og fyldt i cylindere til transit eller flydendegøres til forbedret opbevaringsdensitet eller langdistancetransport. Hydrogentransport sker typisk via rørledninger, lastbil, tog eller skib. Rørledninger anvendes ofte mellem nærliggende produktionsanlæg og forbrugere og på tværs af et bredere område, hvor der forventes et stabilt, langsigtet behov.

Lastbiltransport er mest almindelig over korte afstande, enten i forlængede højtrykscylindere lagrer på en rørtrailer, eller i flydende hydrogentanke ved kryogene temperaturer. Jernbanevogne anvendes til transport af flydende hydrogen over medium afstande, mens skibe står for tung nyttelast til langdistancetransport.

Forskningen fortsætter sin rejse mod at udvikle levedygtige, kompakte hydrogenlagringssystemer, som er sikre i brug i både køretøjer og faste installationer. Sammen med levedygtig hydrogenproduktion vil udvikling indenfor transport og lagring være med til at drive hydrogenøkonomien.

Som industrier sigter mod at reducere kulstofemissioner ved at implementere hydrogen og andre alternative brændstoffer i deres infrastruktur, er grundig træning af afgørende betydning for at opnå sikker teknik, betjening og vedligeholdelse af disse systemer.