Skladování vodíku

Kanadská společnost Canadian Nuclear Laboratories (CNL) prohlásila v říjnu 2021, že dosáhla průlomového řešení technologie skladování vodíku s použitím nové slitiny hořčíku. Skladování vodíku ve formě plynu obvykle vyžaduje vysokotlaké nádrže o tlaku 35 MPa – 70 MPa. Skladování ve formě kapaliny zase vyžaduje kryogenní teploty, protože bod varu vodíku při tlaku 1 atm je mínus 252,8 stupňů Celsia. Žádná z těchto možností není ideální pro široké používání vodíku. Vodík může být ale také skladován jako pevná látka ve formě kovového hydridu (metal hydride) – jako vodíková baterie. Tato metoda je bezpečnější a ekonomičtější pro skladování vodíku, protože odstraňuje jak potřebu udržovat velmi nízkou teplotu vodíku, tak bezpečnostní problémy související s vysokotlakovými nádržemi.

Koncepce skladování vodíku v kovu (formou hydridu) se zkoumá celá desetiletí. Ne všechny kovy jsou pro tento účel vhodné. Zaprvé, vodík musí být schopen „nabít“ se do kovu relativně rychle. Zadruhé, „vybíjení“ musí probíhat rychlostí, která je potřeba v reálných aplikacích. Zatřetí, vodíkový nosič musí vydržet vysoký počet cyklů nabíjení a vybíjení a konečně musí být praktický – nepříliš těžký na jednotku energie. 

Slitina na bázi hořčíku 

Po desetiletých zkušenostech z výzkumu vodíku a vodíkových izotopů, jakož i z vývoje katalyzátorů, dosáhl tým pracovníků CNL v oddělení Hydrogen Technology Branch průlomového řešení, které se zdá plnit všechna kritéria. Tímto řešením je slitina na bázi hořčíku. Ke spojení vodíku a slitiny se používá katalyzátor, který po zahřátí uvolňuje vodík. Výzkumný pracovník Brian Ellis prohlásil: „Specifická chemie stále není odtajněna, ale mohu říci, že jsme vyvinuli kompozit na bázi hořčíku, který při zkouškách prokázal, že to bude velmi nadějný materiál pro účely skladování vodíku. Po dobu několika let jsme experimentovali s celou řadou slitin a spolupracovali na výzkumu se skupinou zabývající se rozptylem neutronů, než jsme dospěli k současnému materiálu.“  

Je to těžké, ale odolné 

Nově vyvinutá slitina může skladovat jen o něco více než 6 % vodíku vzhledem ke své hmotnosti. To sice představuje určitý problém pro některé aplikace, ale zase otevírá příležitosti pro jiné. Například osobní automobil poháněný vodíkem veze dnes přibližně 10 kg vodíku ve formě stlačeného plynu, aby ujel daný počet kilometrů a byl plně funkční. Uvedených 10 kg vodíku skladovaného v hydridu kovu by však vážilo více než 150 kg, což je pro osobní automobily moc. Bylo by to ale výhodné pro některá těžká průmyslová zařízení, například vidlicová zvedací zařízení pro manipulaci s těžkými náklady, u nichž se vyžaduje protizávaží k udržení rovnováhy. Pokud by tato protizávaží byla z kovových hydridů, mohla by současně poskytovat i zdroj energie pro případné použití palivových článků. Pro stacionární energetický zdroj, například generátor nebo průmyslové baterie, by váha nehrála roli. Hořčíková slitina se může vyrábět v různých formách, například jako desky, pelety nebo prášek, a to podle toho, jakou formu vyžaduje konečné použití. 

Americké ministerstvo energetiky (US DOE) vypracovalo soubor standardů pro skladování vodíku ve třech odlišných aplikacích: pro stacionární systémy, pro lehké automobily a pro zařízení pro manipulaci s materiály. Podle standardu pro manipulaci s materiály je třeba úspěšně prokázat 1 000 cyklů nabíjení a vybíjení za rok. Zatím se prokázalo dokončení 1 000 cyklů za 6 měsíců při minimální ztrátě výkonu 5 %, což je vynikající výsledek. 

CNL se nyní zaměřuje na zvyšování rozsahu testování a na zvýšení výroby vodíku. Cílem je výroba a uskladnění 1 kubického metru vodíku, což se rovná 1 kWh elektřiny. I když je tato koncepce teprve na začátku vývoje, ukazuje již některé nové možnosti a aplikace. Tento bezpečný a jednoduchý způsob skladování umožňuje výrobu vodíku i jeho používání. Dnes jsou k dispozici jak znalosti, tak potřebná zařízení a také přání dovést tento nadějný projekt do úspěšné realizace.   

Zdroj: https//www.neimagazine.com/news/newscnl-reports-breakthrough-in-hydrogen-storage-9138570