M4 Skladování a přeprava vodíku
Osnova témat
-
-
Vodík lze skladovat různými způsoby, například jako plyn, kapalinu nebo v pevné formě, například jako hydrid kovu nebo chemickou sloučeninu. Nejběžnějším způsobem skladování vodíku je skladování ve formě stlačeného plynu ve vysokotlakých nádržích. Výhodou této metody je, že je relativně jednoduchá a levná, ale hustota skladování je poměrně nízká, takže pro skladování použitelného množství vodíku jsou zapotřebí velké nádrže.
Vodík lze také skladovat jako kapalinu v kryogenních nádržích, což jsou nádrže určené ke skladování materiálů při extrémně nízkých teplotách. Kapalný vodík má mnohem vyšší skladovací hustotu než plynný vodík, takže jej lze skladovat v menších nádržích. Nádrže a zařízení potřebné pro skladování a manipulaci s kapalným vodíkem jsou však dražší a složitější než nádrže a zařízení pro skladování stlačeného plynu.
Další metodou skladování vodíku je jeho skladování v pevné formě, například v hydridu kovu nebo v chemické sloučenině. Výhodou této metody je možnost skladovat velké množství vodíku v malém prostoru, ale je obecně dražší a méně účinné než ostatní metody.
Existuje také několik způsobů přepravy vodíku, patří zde přeprava nákladními automobily, vlakem, lodí a potrubím. Nejběžnější metodou je přeprava nákladními automobily s použitím nádrží, které jsou podobné těm, které se používají pro skladování vodíku. Vodík lze také přepravovat vlakem nebo lodí v kryogenních nádržích nebo jej lze přepravovat potrubím podobně jako zemní plyn.
Celkově je vývoj účinných a efektivních metod skladování a přepravy vodíku důležitou oblastí výzkumu a vývoje, protože vodík má potenciál být cenným zpusobem ukládání energie.
-
-
ÚVOD
Vodík lze přepravovat několika způsoby, například nákladními auty, loděmi, po železnici a potrubím.
Jedním z běžných způsobů přepravy vodíku je přeprava nákladními automobily s využitím kryogenních cisternových návěsů. Tyto návěsy jsou určeny k přepravě zkapalněného vodíku při extrémně nízkých teplotách (-253 °C), což snižuje objem vodíku a umožňuje efektivnější přepravu.
Další možností je přeprava vodíku lodí, a to buď jako kryogenní kapaliny, nebo jako stlačeného plynu. Kryogenní kapalný vodík lze přepravovat ve specializovaných tankerech, podobných těm, které se používají pro přepravu zkapalněného zemního plynu (LNG). Stlačený plynný vodík lze rovněž přepravovat v kontejnerech, které jsou konstruovány tak, aby odolaly vysokým tlakům.
Vodík lze také přepravovat potrubím, stejně jako zemní plyn. Tento způsob je obecně praktický pouze na krátké vzdálenosti, protože vodík má tendenci z potrubí unikat snadněji než zemní plyn. Může však být účinnou možností pro přepravu vodíku z místa výroby do blízkého skladovacího nebo distribučního centra.
Klíčová slova
Zkapalněný vodík, stlačený vodík, potrubí, kontejner, doprava, cisterna, vlak, nákladní automobil, plyn, loď, membránová separace, LOHC
-
SHRNUTÍ
Vodík lze přepravovat v plynné nebo kapalné formě.
Plynný vodík: Plynný vodík lze přepravovat v tlakových nádržích. Tyto nádrže jsou navrženy pro skladování vodíku při vysokých tlacích a nízkých teplotách, aby se minimalizoval objem plynu.
Kapalný vodík: Kapalný vodík lze přepravovat v kryogenních nádržích. Tyto nádrže jsou určeny ke skladování vodíku při teplotách nižších než -253 °C a při vysokém tlaku, který udržuje vodík v kapalném stavu.
Dodávkou vodíku se rozumí přeprava a distribuce vodíku z místa výroby nebo skladování do místa použití nebo prodeje. Existuje několik způsobů dodávek vodíku, včetně dodávek potrubím, cisternami, po železnici a výroby na místě.
Plynovody: Vodík lze přepravovat plynovody stejně jako zemní plyn, ale infrastruktura pro vodíkové plynovody je v současné době omezená.
Cisterny: Vodík lze přepravovat cisternami, a to buď v plynné, nebo kapalné formě. Pokud je vodík přepravován v kapalné formě, musí být udržován při teplotě -253 °C a vysokém tlaku, aby zůstal kapalný. To vyžaduje specializované cisternové vozy a manipulační zařízení.
Železnice: Vodík lze přepravovat také po železnici, a to buď v plynné, nebo kapalné formě. Železniční doprava se však pro vodík běžně nepoužívá kvůli vysokým nákladům na specializované železniční vozy a manipulační zařízení.
Výroba v místě použití: V některých případech lze vodík vyrábět přímo na místě použití pomocí zemního plynu, elektrolýzy vody nebo jiných metod. Tato možnost může být výhodná pro uživatele, kteří potřebují pravidelně malé množství vodíku a nacházejí se v blízkosti dodávek zemního plynu.
Bez ohledu na způsob dodávky je třeba s vodíkem zacházet opatrně, protože je vysoce hořlavý a při nesprávném zacházení může být nebezpečný.
KONTROLNÍ OTÁZKY
1. Jaké známe základní metody přepravy vodíku?
2. Jaký je obvyklý tlak v zásobnících při přepravě stlačeného vodíku?
3. Jaká je teplota kapalného vodíku?
4. Jaká je obvyklá koncentrace vodíku při přepravě v plynovodech?
5. Co je to membránová separace?
6. Co víte o projektu The European Hydrogen Backbone?
7. Vysvětlete, co znamená zkratka LOHC.
-
-
-
ÚVOD
Vodík lze skladovat různými způsoby, například jako plyn, kapalinu nebo v pevné formě. Každý způsob má své výhody a nevýhody a nejvhodnější metoda pro konkrétní aplikaci závisí na konkrétních požadavcích a omezeních dané aplikace.
Jedním ze způsobů skladování vodíku je skladování v plynné formě, které lze provést stlačením vodíku v nádrži nebo lahvi. Jedná se o jednoduchou a relativně levnou metodu, ale hustota skladování je poměrně nízká, takže pro uskladnění významného množství vodíku je zapotřebí velký objem. Kromě toho mohou být vysokotlaké nádrže těžké a mohou vyžadovat zvláštní manipulaci a bezpečnostní opatření.
Dalším způsobem skladování vodíku je skladování v kapalném stavu, kterého lze dosáhnout jeho ochlazením na teplotu nižší než je bod varu. Kapalný vodík má velmi vysokou skladovací hustotu, takže je možné skladovat velké množství v relativně malém objemu. Kryogenní teplota kapalného vodíku (-253 °C) však vyžaduje použití specializované izolace a systémů tepelného řízení, které mohou být nákladné.
Vodík lze skladovat také v pevné formě, a to jeho adsorpcí na povrch porézního materiálu. Výhodou této metody je, že je relativně jednoduchá a bezpečná a lze při ní dosáhnout vysoké hustoty skladování. Rychlost adsorpce a desorpce vodíku ze skladovacího materiálu však může být pomalá, což může omezit praktickou využitelnost této metody v některých aplikacích.
Existují i další metody skladování vodíku, jako je chemické skladování a skladování v hydridech kovů. Tyto metody zahrnují použití chemických sloučenin nebo kovů, které mohou reverzibilně reagovat s vodíkem za vzniku stabilních sloučenin, které pak mohou být skladovány, dokud nejsou potřeba. Tyto metody mohou dosáhnout vysoké hustoty skladování a jsou relativně bezpečné, ale mohou být omezeny rychlostí, jakou lze vodík absorbovat a uvolňovat, a také cenou a dostupností skladovacích materiálů.
KLÍČOVÁ SLOVA
Stlačený vodík, tlaková nádrž, kapalný vodík, kryogenní skladovací nádrže, podzemní zásobníky, plynové konstrukce, hydridy vodíku, hydridy kovů
-
SHRNUTÍ
Skladováním stlačeného vodíku se rozumí skladování plynného vodíku pod vysokým tlakem, aby se zmenšil jeho objem. Toho lze dosáhnout různými způsoby, včetně použití vysokotlakých nádrží nebo lahví.
Skladování stlačeného vodíku spočívá v tom, že umožňuje skladovat relativně velké množství vodíku v relativně malém prostoru. To z něj činí atraktivní možnost pro použití ve vozidlech a dalších aplikacích, kde je potřeba málo místa. Je však důležité si uvědomit, že vysoké tlaky potřebné pro skladování stlačeného vodíku mohou představovat bezpečnostní rizika a nádrže a lahve používané ke skladování plynu musí být pečlivě navrženy a udržovány, aby se tato rizika minimalizovala.
Skladováním kapalného vodíku se rozumí skladování vodíku v kapalné formě, nikoliv v plynné nebo pevné. Pro skladování vodíku v kapalné formě je nutné jej ochladit na teplotu přibližně -253 °C, což je výrazně pod bodem varu.
Skladování kapalného vodíku umožňuje skladovat velmi velké množství vodíku v relativně malém objemu. To z něj činí atraktivní možnost pro použití v různých aplikacích, včetně cestování do vesmíru, kde jsou hmotnost a objem rozhodujícími faktory.
Nízká teplota potřebná pro skladování kapalného vodíku ztěžuje manipulaci s ním a jeho přepravu a vyžaduje specializované vybavení a izolaci, aby se zabránilo přenosu tepla a odpařování. Nízká teplota kapalného vodíku navíc může způsobit, že je náchylný ke křehnutí některých materiálů, což může způsobit problémy s nádržemi a jinými skladovacími nádobami.
Vodík je možné skladovat v podzemních zásobnících ve směsi s metanem nebo čpavkem, což je proces známý jako "směšování vodíku". Tento přístup lze potenciálně využít ke skladování přebytečného vodíku, který se vyrábí z obnovitelných zdrojů energie, jako je větrná nebo solární energie, a následně jej smíchat se zemním plynem a použít jako palivo.
Směšování vodíku spočívá v tom, že umožňuje skladování a přepravu vodíku s využitím stávající infrastruktury, například plynovodů. To může být nákladově efektivnější a logisticky jednodušší než budování nové infrastruktury speciálně pro skladování a přepravu vodíku.
Jedním z hlavních problémů je, že vodík a metan nebo čpavek mají odlišné fyzikální a chemické vlastnosti, což může ztěžovat jejich bezpečné a účinné smíchání. Kromě toho je výroba vodíku dražší než výroba metanu, takže ekonomická výhodnost míchání vodíku nemusí být vždy příznivá.
Skladování vodíku v hydridech označuje použití materiálů, které mohou absorbovat a uvolňovat velké množství vodíku, známých jako "hydridy", jako způsob skladování vodíku. Existuje několik typů hydridů, které lze použít pro skladování vodíku, včetně hydridů kovů, chemických hydridů a komplexních hydridů.
Hlavní výhodou skladování vodíku v hydridech je, že umožňují skladovat vodík v relativně kompaktní a lehké formě. To z něj činí atraktivní možnost pro použití v různých aplikacích, jako jsou přenosná elektronická zařízení a vozidla s palivovými články.
Hydridy mají relativně nízkou kapacitu pro skladování vodíku, což znamená, že k uskladnění praktického množství vodíku je zapotřebí velký objem materiálu. Kromě toho je proces absorpce a uvolňování vodíku z hydridů často pomalý a vyžaduje použití tepla, což může být energeticky náročné a neefektivní.
Skladování vodíku v zásobnících na bázi uhlíku znamená použití materiálů vyrobených z uhlíku, jako jsou uhlíkové nanotrubičky nebo grafen, jako způsob skladování vodíku. Tyto materiály jsou známé svým velkým povrchem a silnými chemickými vazbami, díky nimž jsou schopny adsorbovat a uchovávat velké množství vodíku.
Jednou z hlavních výhod skladování vodíku v zásobnících na bázi uhlíku je, že mají vysokou kapacitu pro skladování vodíku, což znamená, že k uskladnění praktického množství vodíku je zapotřebí relativně malý objem materiálu. Kromě toho jsou materiály na bázi uhlíku relativně lehké a pevné, což je předurčuje k použití v různých aplikacích.
KONTROLNÍ OTÁZKY
1. Vysvětlete Jouleův-Thomsonův jev.
2. Jaký je typický tlak ve vysokotlakých zásobnících vodíku?
3. Jakým mechanismem musí být vybaveny nádrže pro skladování kapalného vodíku?
4. Popište výhody skladování vodíku v podzemních zásobnících ve směsi s metanem nebo čpavkem.
5. Jaké typy hydridů jsou vhodné pro skladování vodíku.
6. Které uhlíkové materiály jsou vhodné pro skladování vodíku?
-
-
-
ÚVOD
Existuje několik způsobů skladování vodíku v závislosti na typu a požadovaných tlakových a teplotních podmínkách. Mezi běžné komponenty pro skladování vodíku patří:
· Stlačené vodíkové lahve: Jedná se o vysokotlaké nádoby vyrobené z oceli, hliníku nebo kompozitních materiálů. Používají se ke skladování vodíku, který je ve stlačeném kapalném nebo plynném stavu.
· Kryogenní nádrže: Tyto nádrže se používají ke skladování plynů v kryogenním (velmi nízkoteplotním) stavu, jako je kapalný vodík nebo kapalný kyslík.
· Vysokotlaké skladovací nádrže: Jedná se o velké nádrže, které se používají ke skladování plynů pod vysokým tlakem. Mohou být vyrobeny z oceli, hliníku nebo jiných materiálů a obvykle se používají ke skladování vodíku v plynném stavu.
· Skladování v potrubí: Vodík lze také skladovat v potrubí, které se používá k přepravě plynu z jednoho místa na druhé. Tato potrubí jsou obvykle uložena pod zemí a lze je použít k dlouhodobému skladování plynů.
Při skladování vodíku je důležité dodržovat správné bezpečnostní postupy a předpisy, aby se minimalizovalo riziko nehod nebo úniků.
KLÍČOVÁ SLOVA
Stlačené lahve, kryogenní nádrže, vysokotlaké skladovací nádrže, tlakové nádoby
-
SHRNUTÍ
Stlačené vodíkové lahve jsou vysokotlaké zásobníky používané k uskladnění plynného vodíku pod tlakem 350 až 700 barů. Tyto lahve jsou vyrobeny z vysoce pevných materiálů, jako je ocel nebo kompozitní materiály, a jsou navrženy tak, aby byly pevné a zároveň lehké. Běžně se používají jako palivové nádrže pro vodíková vozidla, jako chemická surovina a pro další průmyslové a komerční aplikace.
Kryogenní vodíkové nádrže jsou skladovací nádoby, které se používají ke skladování plynného vodíku při extrémně nízkých teplotách, obvykle v rozmezí -253 °C nebo nižších. Tyto nádrže jsou vyrobeny z materiálů, které odolávají extrémnímu chladu a tlaku skladovaného vodíku, jako je nerezová ocel nebo vysokopevnostní kompozity.
Vysokotlaké zásobníky vodíku jsou tlakové nádoby, které se používají ke skladování plynného vodíku při vysokých tlacích. Tyto nádrže jsou vyrobeny z vysoce pevných materiálů, jako je ocel nebo kompozitní materiály, a jsou navrženy tak, aby byly pevné a zároveň lehké.
Vysokotlaké nádrže na vodík mají oproti jiným typům skladování paliva několik výhod. Jsou relativně lehké, takže se dobře hodí pro použití ve vozidlech. Snadno se také plní a lze je používat v širokém rozsahu teplot. Vodík je však vysoce hořlavý plyn, proto je důležité při manipulaci s vysokotlakými zásobníky vodíku a jejich skladování dodržovat správné bezpečnostní postupy. To zahrnuje zajištění toho, aby byly nádrže skladovány na bezpečném místě mimo dosah zdrojů vznícení.
KONTROLNÍ OTÁZKY
1. Jaké komponenty znáte pro skladování vodíku?
2. Jaký je rozdíl mezi tlakovou nádobou a kryogenní nádrží?
3. Kde se nejčastěji používá vysokotlaké úložiště pro skladování vodíku?
-