МенюРубрики

Накопичувачі водню

Зберігання водню в побутових умовах – небезпечне завдання і хитрі рішення

При грамотній комплектації системи альтернативного енергозабезпечення, водень можна вважати ідеальним накопичувачем енергії. Виділити його з води дуже легко і просто можна знову отримати з його допомогою електроенергію. Але ось його зберігання приносить реальні незручності.

Водень та його властивості в практичному ключі

Говорити про водні має сенс тільки при вбудовуванні його в систему альтернативного енергопостачання на основі сонячних панелей або вітрогенераторів. Причиною тому служить циклічність генерації електрики такими джерелами. Вдень може бути занадто багато електроенергії від сонячних панелей, а вночі вона не виробляється взагалі. З вітром ще гірше, тут навіть немає заздалегідь відомої циклічності.

Так от для зберігання надлишку електроенергії, найбільш вигідно використовувати водень, в поєднанні з залізо-нікелевими акумуляторами. При цьому водень потрібен не для звичайних генераторів, а щоб живити їм паливні елементи. ККД сучасних паливних елементів, що випускаються серійно, знаходиться в районі 90%. Порівняно з ККД звичайних електрогенераторів на вуглеводневому сировину, в окремих випадках перевищують 30%, паливні елементи знаходяться поза конкуренцією.

При чому тут залізо-нікелеві акумулятори

У таких акумуляторів є два надзвичайно важливих властивості, які роблять їх ідеальним в домашній системі незалежного енергозабезпечення:

1.Вони практично неубиваемы!

Залізо-нікелеві акумулятори не бояться переохолодження або перегріву, їм не страшно коротке замикання, сильні струм зарядки або повна розрядка не заподіють їм шкоди. У Європі та США є об'єкти, де залізо-нікелеві батареї працюють ще з часів Другої Світової Війни! У них тільки змінюють електроліт з регулярністю один раз на 10 років, і підливають дистильовану воду раз на місяць.

2. При зарядці залізо-нікелевого АКБ, близько 30% енергії витрачається на електроліз.

Тобто в процесі зарядки, виділяється водень, який потрібно тільки зберегти і потім використовувати для живлення паливних елементів. Зрозуміло, що цього обсягу водню буде недостатньо, потрібно додатковий електролізер. Але залишати цей аспект роботи таких акумуляторів без уваги, може тільки Чубайсоголовый власник.

Енергоємність водню – несподіваний підступ

Щоб не занурюватися в складні фізичні коефіцієнти про теплотворної здатності і теплоємності, можна привести таке порівняння. Якщо ККД перетворення теплоносія буде 100%, то для того, щоб лампочка потужністю 100 Вт горіла цілу добу, потрібно:

  • Гасу – 197 гр./243 мл;
  • Метану – 172 гр./0,414 мл в зрідженому вигляді/ 239 літрів в газоподібному;
  • Водню – 71 гр./1 літр в зрідженому вигляді/ 780 літрів в газоподібному;

Складається цікава картина! За вагою, водню треба найменше, але із-за того що у нього найменша щільність серед усіх речовин, при перерахунку на об'ємні показники, водень програє!

До того ж, процес зрідження водню надзвичайно складний, з-за його унікально низьких критичних параметрів. При температурі -240C, тиск насиченого пара всього 13 атм. Навіть якщо заповнювати сталеві балони стисненим воднем, то утримувати вдома компресор видає «хоча б» 300 атмосфер, дорого, шумно і неефективно.

Водень як фізична речовина

Крім самої низької щільності, у водню є ще одна цікава особливість – надзвичайно маленький розмір молекули Н2.

ІНФОРМАЦІЯ: взагалі, атом водню(≈9 нм) менше атома гелію (≈11 нм). Але на Землі водень не може існувати в атомарному стані, тому завжди утворює молекулу Н2, а її радіус вже ≈18нм.

Такій унікально маленький розмір, дозволяє водню просочуватися навіть крізь метали! Якщо не контролювати цей процес, металеві ємності втрачають свою міцність і покриваються тріщинами, це явище називається «водневе охрупчивание металу». При цьому найбільше від цієї напасті страждають високоміцні стали.

Зі збільшенням тиску, швидкість дифузії водню в метал підвищується. Тому водень може розчинятися в деяких металах, причому у дуже великих кількостях.

Безпечне зберігання водню в домашніх умовах

Водень не більш і не менш небезпечний, ніж інші легкозаймисті види палива. Однак його унікальні характеристики слід розглядати як вигідні.

Водень легший за повітря і тому швидко розсіюється у разі витоку. Це зводить до мінімуму можливість накопичення і спалаху. У разі, якщо водень горить, його полум'я генерує менше тепла із-за відсутності вуглецю. Це робить водень істотно більш безпечним для споживача, ніж звичайні вуглеводневі палива (пропан-бутан або бензин).

Але в практичному застосуванні, балони під високим тиском самі є джерелом небезпеки.

Американська компанія Fuel Cell Store, майже 20 років використовує властивість розчинності водню в металах, для його зберігання в побутових умовах. Рішення настільки просте і фантастично вигідну, що здається просто неможливим. Однак, придбати їх продукцію може будь-який бажаючий. Називається такий спосіб – металогідридним.

Як влаштовані і працюють металогідридні накопичувачі водню

Водень зберігається під низьким тиском всередині перезаправних картриджів, що відповідають самим передовим стандартам безпеки з точки зору матеріалів і технологій. Ємності для зберігання водню SOLID-H заповнені каліброваними сумішами металів (металевими порошками), які поглинають водень з утворенням гідриду, а при необхідності виділяють газ.

Найпопулярніші накопичувачі SOLID-H забезпечують надлишковий тиск водню в декілька атмосфер при кімнатній температурі. Це найбільш безпечний метод зберігання легкозаймистих газів. Якщо у водневій системі виникає витік, наприклад, накопичувач розчавлять, то SOLID-H негайно виділяє невелику частину збереженого газу. Інший обсяг буде випущений протягом кількох годин.

Така система зберігання регулюється температурою: охолоджуючу дію води або повітря сприяє більш швидкому і повному поглинання водню у фазі зарядки, і навпаки, тепло сприяє повного виходу газу.

За параметри обсягу зберігається газу та надлишкового тиску, відповідають різні суміші металів.

Вибір сплаву

Є дві базові суміші, з різними технічними і ціновими характеристиками:

  • Сплав А – залізо, титан і добавка рідкоземельного металу (тиск 1-10 атм.);
  • Сплав L – нікель і лантан (тиск 2-3 атм.);
  • Сплав M – нікель, магній і реній (тиск 4-5 атм.);
  • Сплав Н – нікель, ніобій і цирконій (при тиску 8-12 атм.).

Суміш А трохи дешевше, дозволяє розчинити в 1 л. наповнювача 530 літрів водню. Суміші L, M і H поглинають тільки 481 літр газу.

Швидкість заряду і виходу водню

Швидкість розряду залежить від багатьох змінних. В загальному випадку не слід очікувати, що весь водень вивільниться за лічені хвилини. Потрібен час, щоб вивести 90% або більше накопиченого водню із стандартного металлогидридного контейнера. Найбільші контейнери SOLID-H ™ вимагають 2-3 днів для повного розвантаження при нормальних умовах.

ІНФОРМАЦІЯ: Можлива ліквідація картриджа за лічені секунди, але для цього потрібно серйозно підвищити температуру накопичувача (до 110-115C) і забезпечити теплообмін усередині ємності.

Наприклад, балон «MyH2 3000» при власному обсязі 5,8 л, накопичує 3000 літрів водню. Але тиск всередині варіюється від 5 до 12 атм. Якщо не прохолоджувати картридж, то повна зарядка займає 2 доби. Обдув звичайним вентилятором, на порядок прискорює процес.

З виходом газу з балона темпи зберігаються. Але для прискорення можна трохи підігрівати картридж. Однак є оригінальне рішення – з'єднання маленьких накопичувачів в каскадну систему.

Наприклад, ось цей мініатюрний балончик BL-18 зберігає 18 л водню, швидкість виходу газу при стандартних умовах, близько 0,2 л/хв. Якщо їх з'єднати єдиний каскад, то виростає і сумарна швидкість поглинання газу, і його вихід.

Оригінальні металогідридні компресори

Ця ж фірма реалізувала надзвичайно цікавий тип металлогидридного компресора. Правда він дорого коштує, близько 9500 доларів, але зате працює безшумно, і створює тиск на виході 410 атм.

Принцип її простий:

  • Перший етап – при охолодженні заправляють картридж воднем;
  • Другий етап – нагрівають ємність і випускають газ в спеціально підключений балон.

А балон водню з таким тиском, вже можна помістити в автомобіль, і додавши до нього трикіловаттний генератор на паливних елементах, перетворити його в енергонезалежний транспорт.

Один недолік, переважує всі переваги

Так, цей недолік є, і він такий потужний, що переважує всі вигоди альтернативної енергетики на водневому паливі – ціна устаткування.

 

 

Сплав A Van’t Hoff Ділянку

Розрахункова лінія Вант-Хоффа для гидридного сплаву Galt AB заснована на середній точці нижнього десорбционного плато 25C і опублікованих даних інших.

Alloy A van’t Hoff plot-2


Alloy A van’t Hoff plot

 

 

ізотерми десорбції і діаграми Вант-Хоффа для стандартних гидридних сплавів AB 5 H 5, L, M і H.

Сплав L, M або H Van’t Hoff Plots

Alloy LMH van’t Hoff plot-2

Alloy LMH van’t Hoff plot

 

 

Додати коментар

Вашу адресу email не буде опубліковано. Обов'язкові поля позначені *

\n\n<\/ins>\n","html_block":"\n\n<\/ins>\n","group":"0","resolution_from":"\u221e","resolution_to":"\u221e"}]});\n\n<\/ins>\n","html_block":"\n\n<\/ins>\n","group":"0","resolution_from":"\u221e","resolution_to":"\u221e"}]});","html_block":"","group":"0","resolution_from":"\u221e","resolution_to":"\u221e"}]});\n<\/ins>\n\n<\/center>","html_block":"