hydrogenlagring

Artikkelstart

Hydrogenlagring er lagring av hydrogen på en måte som gjør at den lett kan omsettes og tas i bruk som energibærer.

Under alminnelig trykk og temperatur opptrer hydrogen i form av gass. Gass er lite egnet for transport og lagring, og derfor blir mesteparten av hydrogenet som produseres i dag brukt på stedet, for eksempel til produksjon av ammoniakk. I noen grad blir hydrogen lagret som komprimert gass eller i flytende form, og omsatt i trykksatte flasker eller kryogeniske tanker (kryotanker).

Hydrogen har lenge vært foreslått som en energibærer som kan erstatte petroleumsbaserte energibærere, etter hvert som forbruket av olje i verden fases ut. Dette blir omtalt som «overgang til en hydrogenøkonomi». Bruk av hydrogen er gunstig for miljøet, og det fører ikke til utslipp av klimagasser, siden sluttproduktet er vann.

I første omgang kan hydrogen brukes som drivstoff for kjøretøyer og båter, og det kan brukes til å lagre overskuddsenergi som produseres i kraftverk med begrenset regulerbarhet, som solkraftverk og vindkraftverk. Overgangsproblemene er imidlertid betydelige, ettersom hydrogen ikke alltid uten videre kan erstatte et petroleumsprodukt, og håndteringen av hydrogengass er mye vanskeligere enn for oljerelaterte energiprodukter, som er flytende i normale omgivelser. Dette gjelder særlig for lagring og transport av hydrogen.

Som energibærer har hydrogen en svært høy spesifikk energi (119,9 MJ/kg), men energitettheten er lav, spesielt når den opptrer i gassform (10 MJ/Sm³). For at hydrogenet skal kunne lagres og transporteres på en volummessig hensiktsmessig måte, må det med andre ord fortettes. De viktigste prinsippene for hvordan dette kan gjøres, og hvordan man kan tilrettelegge for lagring av hydrogen, er beskrevet nedenfor.

Komprimert hydrogengass

Hydrogengass fortettes når den utsettes for trykk. I dag omsettes komprimert hydrogen i tanker som er trykksatt til 35 MPa (350 bar) eller 70 MPa (700 bar). Disse er mye brukt i kjøretøy drevet med hydrogen, og kan sammenlignes med trykksatt naturgass (CNG). Med et trykk på 70 MPa blir energitettheten om lag 4,5 MJ/liter, mot 36,2 MJ/liter for diesel. Trykksatt hydrogengass er ofte merket med CGH2 eller CGH₂.

Flytende hydrogen

For at hydrogenet skal kunne gjøres flytende ved atmosfærisk trykk, må den kjøles ned til 20,28 kelvin (K) (−252,87 °C). Dette gir den mest konsentrerte form for hydrogen, men nedkjølingen er svært energikrevende. Når det er gjort flytende, må det straks forvares i godt isolerte kryotanker. Under bruk vil fordampningen bidra til å holde temperaturen nede, alternativt må beholderen ventileres.

En mindre energikrevende løsning er å lagre hydrogenet i kryo-komprimerte tanker (trykksatte kryotanker) der hydrogenet kan holdes flytende opp til 33 K, som er hydrogenets kritiske punkt (se fasediagram).

Flytende hydrogen er merket LH2 eller LH₂, og energitettheten er 8,5 MJ/liter.

Lagring i faste stoffer

Metallhydrider

Hydrogen kan lagres i et fast stoff og danne et metallhydrid. Disse stoffene har den egenskapen at den under et moderat trykk reagerer med hydrogengass, som dermed blir opptatt i hydridet. Prosessen er reversibel, og ved oppvarming frigjøres hydrogenet. Det er mulig å oppnå en lagringstetthet på linje med flytende hydrogen, men vekten av metallet gjør likevel at spesifikk energi blir lav. Det er anslått at hydrogenet bare vil utgjøre rundt to prosent av den totale vekten til lageret.

Adsorpsjon

Noen faste stoffer har den egenskapen at molekylært hydrogen kan adsorberes på overflaten. Til forskjell fra i hydridene inngår ikke hydrogenet noen kjemisk forbindelse med stoffet. Med gunstige, adsorberende materialer kan en hydrogentetthet opp mot flytende hydrogen oppnås.

Eksempler på stoffer som egner seg for hydrogenadsorpsjon er mikroporøse materialer som zeolitter og aktivt karbon .

Kjemiske forbindelser

Ammoniakk

Ammoniakk har et høyt innhold av hydrogen, og kan derfor brukes til å danne hydrogen i kjemisk bundet form. I likhet med rent hydrogen opptrer ammoniakk i gassform under normale betingelser, men siden kokepunktet er vesentlig høyere (–33,4 °C), kan den forholdsvis enkelt gjøres flytende. Flytende hydrogen omsettes i tanker under et trykk på rundt 1 MPa (10 bar). Energitettheten blir da rundt 12,7 MJ/liter.

Siden ammoniakk (NH₃) er uten karbon, kan den brukes direkte som et karbonnøytralt brensel, eventuelt kan rent hydrogen benyttes ved å separere det fra ammoniakken på stedet.

Organiske forbindelser (LOHC)

Hydrogen kan også lagres i flytende form ved å la det reagere kjemisk med en organisk forbindelse i en hydrogenering. Disse organiske forbindelsene kalles for LOHC, som står for Liquid organic hydrogen carriers.

På en slik form kan hydrogenet enkelt lagres og håndteres som et ordinært oljeprodukt. Før hydrogenet kan tas i bruk, må det først separeres fra oljen gjennom en dehydrogenering. Teknikken er noe plasskrevende, men siden håndteringen av hydrogenet blir svært enkel, vurderes den som aktuell der plassmangel ikke er et avgjørende problem, som for eksempel i større skip.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg