Přeprava a skladování vodíku

Fosilní paliva pohánějí většinu současné infrastruktury, ale při spalování uvolňují znečišťující látky, zejména oxid uhličitý. Jedná se o skleníkový plyn (GHG), který je spojován s globálním oteplováním a změnou klimatu.

Naopak, spalování vodíku produkuje neškodnou vodní páru a určité množství oxidu dusnatého (NOx), aniž by uvolňovalo oxid uhličitý nebo jiné znečišťující látky, jako je oxid siřičitý (SOx). Vodík je navíc kompatibilní v mnoha stávajících turbínách na zemní plyn se spalovacími motory, které mohou pracovat na vodík, zemní plyn nebo směs obou. Vodík je však při nesprávné manipulaci nebezpečná látka.

Za prvé, jeho molekuly jsou nejmenší ze všech prvků, takže únik – který představuje nebezpečí požáru a výbuchu – z nádrží a potrubí je vážným problémem. Zvláštní pozornost je třeba věnovat materiálům a technikám používaným k utěsnění těchto systémů, jako jsou armatury, těsnění, ventily a další těsnicí zařízení. Zařízení pro monitorování prostředí, jako jsou detektory plamene a detektory hořlavých plynů - nebo inline zařízení, jako jsou snímače tlaku a teploty - musí být použity k detekci abnormálních událostí, jako je ztráta kontejnmentu. Vzhledem k tomu, že vodík je dvouatomový, nelze k detekci plynného vodíku použít novější technologie, jako jsou infračervené detektory plynů často používané v aplikacích zemního plynu.

Úniky jsou primárně důsledkem křehnutí, které se nejčastěji tvoří, když ocel a další kovy absorbují atomy vodíku. Tyto atomy se mohou rekombinovat za vzniku molekul vodíku, které difundují celým kovem a tvoří bubliny, které oslabují materiál, což způsobuje křehnutí a praskání, a to i při okolní teplotě. Je proto zásadní tyto problémy zmírnit specifikací vhodných materiálů na základě aplikace.

Bezpečné skladování vodíku je klíčovým faktorem pro rozvoj technologií vodíku a palivových článků.

Vodík lze fyzicky skladovat jako stlačený plyn nebo kryogenní kapalinu. Stlačený plynný vodík se obvykle udržuje v nádržích při tlaku 350 až 700 barů (5 000 až 10 000 psi). Plně kapalný vodík lze skladovat při přibližně -253 °C (-423 °F), zatímco kryo-stlačený vodík lze skladovat při přibližně -233 °C (-387 °F). Skladování plynu má nižší nároky na vybavení a je výrazně ekonomičtější, ale skladování kapalin má své výhody, především mnohem vyšší hustotu ukládání energie

Kapalný vodík se již dlouho používá jako raketové palivo pro starty do vesmíru. Ve vesmíru byl skladován jako stlačený plyn nebo kryogenní kapalina v lahvích, trubkách a kulových nádržích. V plynné formě je vodík obvykle skladován v lahvích. Pro skladování kapalného vodíku jsou však preferovány kulovité nádrže, aby se minimalizovala povrchová plocha, která přímo koreluje s přenosem tepla z prostředí.

Vodík lze také ukládat v materiálových systémech na površích pevných látek (adsorpce) nebo v nich (absorpce). Tyto postupy jsou vyvíjeny za účelem splnění požadavků na hustotu paliva a zvýšení bezpečnosti procesu, protože snižují možnost netěsností a nekontrolovaného spalování.

Bezpečnostní opatření pro všechny systémy skladování vodíku zahrnují:

• Umístěte sklad v dobře větraných, nekuřáckých venkovních prostorách daleko od konstrukcí, vozidel, tepla, jisker a otevřeného ohně.
• Skladovací kontejnery nikdy netahejte, nerolujte, neposouvejte ani nepouštějte.
• Pro manipulaci s vodíkem používejte pouze nejiskřící nástroje a zařízení v nevýbušném provedení.
• Uzemněte veškeré zařízení a potrubí.
• Pravidelně kontrolujte těsnost vodíkových systémů pomocí mýdlové vody, nikdy ne plamenem.

Požadavky na skladování vodíku s vysokou hustotou představují významné výzvy pro dopravní systémy. Hustota energie vodíku je mnohem nižší než u benzínu, takže k uložení stejného množství energie jsou zapotřebí větší nádrže. Obecně lze říci, že automobilové nádrže na vodík jsou větší než varianty na zemní plyn a jsou schopny odolat vyššímu tlaku.

Tyto dodatečné požadavky na prostor snižují funkčnost vozidla pro pohodlnou přepravu lidí a předmětů prostorově efektivním způsobem a extra hmotnost nepříznivě ovlivňuje vzdálenost, kterou může vozidlo ujet s nastaveným množstvím energie. Kromě toho vodíkové palivové články zabírají více místa než spalovací motory, zvyšují hmotnost a představují další potenciální zdroj netěsností.

K dispozici jsou auta a nákladní auta na vodíkový pohon, ale počet vodíkových čerpacích stanic na celém světě je omezený. To je činí nepraktickými pro většinu lidí, zejména každodenních spotřebitelů. Vzhledem k tomu, že se vodíková infrastruktura neustále vyvíjí, může se tato realita postupně změnit.

Navzdory těmto nevýhodám mají automobily na vodíkový pohon a nákladní vozy pro dálkovou přepravu významné výhody ve srovnání s elektrickými vozidly. Lze je natankovat během několika minut, nikoli hodin a uložená energie se časem neznehodnocuje. Hustota akumulace energie je mnohem vyšší než u baterií, a to faktorem více než 100, díky čemuž jsou paliva mnohem lehčí a kompaktnější než baterie. A konečně, materiálů potřebných k výrobě moderních baterií, zejména lithia, je nedostatek, zatímco materiálů potřebných k výrobě vodíkových palivových článků je dostatek.

Jak se vyrábí plynný vodík, lze jej spotřebovávat lokálně, stlačovat a odvádět potrubím do blízkých skladovacích nádrží, stlačovat a plnit do lahví pro přepravu nebo zkapalňovat pro zlepšení hustoty skladování nebo přepravu na dlouhé vzdálenosti. Přeprava vodíku obvykle probíhá potrubím, nákladním automobilem, železnicí nebo lodí. Potrubí se nejčastěji používá mezi blízkými výrobními zařízeními a spotřebiteli a v širších zeměpisných oblastech, kde se očekává stabilní dlouhodobá poptávka.

Na krátké vzdálenosti je nejběžnější přeprava kamionů, buď v podlouhlých vysokotlakých lahvích naskládaných na trubkovém přívěsu, nebo v tankerech na kapalný vodík při kryogenních teplotách. Železniční vozy se používají k přepravě kapalného vodíku na střední vzdálenosti, zatímco lodě přebírají těžký náklad pro přepravu na dlouhé vzdálenosti.

Výzkum pokračuje ve snaze vyvinout životaschopné kompaktní systémy pro skladování vodíku, které jsou bezpečné pro použití ve vozidlech i pevných instalacích. Ve spojení s životaschopnou výrobou vodíku, pomůže vývoj v oblasti přepravy a skladování vodíkové ekonomiky.

Protože průmyslová odvětví usilují o snížení emisí uhlíku zaváděním vodíku a dalších alternativních paliv do své infrastruktury, má řádné školení prvořadý význam pro zajištění bezpečného inženýrství, instalace, provozu a údržby těchto systémů.