การเก็บรักษาไฮโดรเจน

การเก็บรักษาไฮโดรเจน (อังกฤษ: Hydrogen Storage) มีหลายวิธีในการเก็บไฮโดรเจนไว้ใช้ เช่นเก็บในสารประกอบเคมีความดันสูง มีความเย็นยิ่งยวด ที่สามารถปลดปล่อย H₂เมื่อได้รับความร้อนได้ ถังเก็บใต้ดินก็สามารถใช้เก็บไฮโดรเจนในยามคลาดแคลนพลังงานอื่น เช่นพลังงานลมที่อาจขาดหายเป็นช่วงๆ หรือเก็บไว้เป็นเชื้อเพลิงในการขนส่ง เข่นเรือหรือเครื่องบิน

ตัวเก็บไฮโดรเจนมีหลายแบบแล้วแต่ขนาดของผู้นำไปใช้

การค้นคว้าด้านการเก็บรักษาไฮโดรเจนส่วนใหญ่ เน้นไปทางด้านถังขนาดกระทัดรัด และเบา เพื่อเก็บพลังงานสำหรับงานที่ต้องเคลื่อนที่

สำหรับไฮโดรเจนเหลว ถังเก็บต้องเย็นยิ่งยวดที่ราว 20.268 K (−252.882 °C or −423.188 °F) การแปรสภาพให้เป็นของเหลว ทำให้สูญเสียพลังงานอย่างมาก เพราะต้องใช้พลังงานเพื่อลดอุณหภูมิให้ต่ำลงมากชนาดนั้น ถังเหล็กต้องเป็นฉนวนอย่างดีเพื่อป้องกันการเดือด งานนี้ต้องเสียค่าใช้จ่ายที่สุงมาก ไฮโดรเจนเหลวมีความหนาแน่นของพลังงานต่อหน่วยปริมาตร น้อยกว่าเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนเช่นแก๊สโซลืนประมาณ 4 เท่า จุดสำคัญของปัญหาความเข้มข้นของไฮโดรเจนบริสุทธ์ก็คือมีไฮโดรเจนใน 1 ลิตรของแก๊สโซลีน(116 กรัมไฮโดรเจน) มากกว่า1 ลิตรของไฮโดรเจนเหลวบริสุทธ์(71 กรัมไฮโดรเจน) ถึง 64% คาร์บอนในแก๊สโซลีนยังช่วยในการเผาใหม้อีกด้วย

สำหรับไฮโดรเจนอัดความดันมีการเก็บรักษาต่างกันไป แก๊สไฮโดรเจนมีความเข้มข้นของพลังงานต่อหน่วยน้ำหนักดี แต่ความเข้มข้นของพลังงานต่อหน่วยปริมาตรไม่ดีเมื่อเทียบกับสารไฮโดรคาร์บอน นี่เองที่มันต้องการถังเหล็กที่ใหญ่กว่าเพื่อการเก็บ ด้วยปริมาณของพลังงานเท่าๆกัน ถังเก็บไฮโดรเจนจะใหญ่กว่าและหนักกว่าถังเก็บไฮโดรคาร์บอน การเพิ่มความดันแก๊สจะทำให้ความเข้มข้นมีมากขึ้นแต่ไม่ทำให้ถังเบาลง

การเก็บรักษาไฮโดรเจนแบบเคลื่อนที่

 

การพัฒนาถังเก็บเคลื่อนที่ในแต่ละช่วงเวลา

มีการตั้งเป้าว่า ในปี 2005 จะสามารถผลิตถังเก็บ H₂ ขนาด 5 กก.ได้สำเร๊จ แต่ก็ทำไม่สำเร็จ ในปี 2009 ได้มีการปรับเปลี่ยนแผนตามข้อมูลใหม่เกียวกับประสิทธิภาพจากการทดสอบรถยนต์หลายคัน เป้าหมายสุดขั้วสำหรับตัวเก็บแบบปริมาตรยังคงเหนือกว่าความเข้มข้นทางทฤษฏีของไฮโดรเจนเหลว

โปรดสังเกตว่า เป้าหมายเหล่านี้สำหรับระบบการเก็บรักษาไฮโดรเจนไม่ใช่วัสดุที่ใช้ทำที่เก็บไฮโดรเจน ความเข้มข้นของระบบปกติจะอยู่ราวๆครึ่งหนึ่งของวัสดุใช้งาน นั่นคือ ในขณะที่วัสดุอาจจะเก็บ H₂ได้ 6 wt% ระบบที่ใช้วัสดุอาจทำได้แค่ 3 wt% เมื่อนำน้ำหนักของถัง อุณหภูมิและอุปกรณ์ควบคุมความกดดันมาพิจารณา

ในปี 2010 มีเทคโนโลยีการเก็บ 2 ชนิดเท่านั้นที่ถูกชี้ว่ามีความอ่อนไหวที่จะบรรลุเป้าหมาย นั่นคือ MOF-177 ที่ทำความจุเชิงปริมาตรได้เกินเป้า 2010 ในขณะที่การบีบอัด H₂ ที่ทำความจุทั้งน้ำหนักและปริมาตรได้เกินเป้าหมายของปี 2015

เทคโนโลยีที่ทำได้แล้ว

ไฮโดรเจนบีบอัด

เป็นไฮโดรเจนในสภาวะที่เป็นแก๊สซึ่งถูกเก็บไว้ภายใต้ความดัน ถ้าเก็บในถัง จะเก็บที่ความดัน 350 bar (5,000 psi) ถ้าเก็บในรถยนต์ จะเก็บที่ความดัน 700 bar (10,000 psi) บริษัทรถยนต์ที่นำวิธีนี้ไปพัฒนาได้แก่ ฮอนดา และ นิสสัน

ไฮโดรเจนเหลว

BMW ใช้ถังเชื้อเพลิงเหลวกับรถยนต์รุ่น BMW Hydrogen 7 โดยใช้ไฮไดรด์ที่ซับซ้อน รวมทั้งแอมโมเนีย โบเรน เพื่อผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ทำตัวเหมือนกับเป็นของเหลวที่อุณหภูมิและความดันบรรยากาศ

สิ่งที่กำลังค้นคว้าพัฒนา

ตัวเก็บแบบเคมี

• • เมทัลไฮไดรด์
  • คาร์โบไฮเดรต
  • ไฮโดรคาร์บอนสังเคราะห์
  • Liquid organic hydrogen carriers (LOHC)
  • แอมโมเนีย
  • สารประกอบเอไมน์ โบเรน
  • Formic acid
  • Imidazolium ionic liquids
  • Phosphonium borate
  • Carbonite substances

ตัวเก็บกายภาพ

• • Cryo-compressed
  • คาร์บอนนาโนทูบ
  • Metal-organic frameworks
  • Clathrate hydrates
  • Glass capillary arrays
  • Glass microspheres

ตัวเก็บไฮโดรเจนอยู่กับที่

ไม่เหมือนกับตัวเก็บเคลื่อนที่ ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไม่ใช่ปัญหาใหญ่สำหรับตัวเก็บแบบอยู่กับที่ ปัจจุบันใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่แล้ว ได้แก่

• ไฮโดรเจนบีบอัดเก็บในถังไฮโดรเจน
• ไฮโดรเจนเหลวเก็บในถังไฮโดรเจนเย็นยิ่งยวด

ถังไฮโดรเจนใต้ดิน

ถังจะถูกเก็บไว้ในถ้ำหรือเหมืองเกลือร้างหรือบ่อน้ำมันหรือแก๊สที่หมดสภาพแล้ว บริษัท ICI เก็บแก๊สไฮโดรเจนจำนวนมหาศาลไว้ในถ้ำใต้ดินมาหลายปีโดยไม่มีปัญหา ไฮโดรเจนเหลวก็สามารถเก็บไว้ใต้ดินเพื่อใช้เป็นพลังงานสำรอง

เก็บในท่อ

บริษัทเยอรมันใช้เครือข่ายท่อแก๊สธรรมชาติสำหรับเก็บทาวน์แก๊ส ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยไฮโดรเจน ความจุของท่อแก๊สมีมากกว่า 200,000 GWh ซึ่งเพียงพอใช้ได้ไปหลายเดือน ความสามารถของโรงไฟฟ้าของเยอรมันแบบดูดจากที่เก็บมีประมาณ 40 GWh การขนส่งพลังงานผ่านท่อแก๊สมีความสูญเสียน้อยกว่า 0.1% เมื่อเทียบกับส่งกระแสไฟฟ้าที่ 8%

ดูเพิ่ม

• Sustainable development portal
• Lithium borohydride
• Converting hydrogen to methane using the Sabatier-process
• Cascade storage system
• Complex metal hydride
• Cryo-adsorption
• Hydrogenography
• Hydrogen tank
• Hydrogen energy plant in Denmark
• Tunable nanoporous carbon

อ้างอิง

1. [1], การเก็บแก๊สไฮโดรเจนและภาชนะที่ใช้บรรจุ สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชน