Nowy roztwór wodorowęglanu sodu do przechowywania czystego wodoru

W świecie, w którym temperatury rosną, panuje coraz większa zgoda co do tego, że źródła energii powinny nie istnieć lub być bliskie zeru. Oznacza to odejście od węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego na rzecz pozyskiwania większej ilości energii ze źródeł odnawialnych.

Jednym z najbardziej obiecujących nośników energii odnawialnej jest zielony wodór, który jest produkowany bez paliw kopalnych.

To obiecujący pomysł, ponieważ wodór jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem we wszechświecie, obecnym w 75% całej materii. Potencjał paliwa wodorowego sprawia, że ​​jest on atrakcyjnym tematem dla badaczy energii na całym świecie.

W Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) zespół bada wodór jako sposób magazynowania i uwalniania energii, głównie poprzez zrywanie wiązań chemicznych. Wiele jego prac jest związanych z Zaawansowaną Grupą Badawczą ds. Materiałów Wodorowych (HyMARC) Departamentu Energii.

Magazynowanie wodoru nie jest jeszcze zoptymalizowane.

Jednym z głównych obszarów badań PNNL jest optymalizacja magazynowania wodoru, co stanowi ciągły problem. Do tej pory nie ma całkowicie bezpiecznego, opłacalnego i energooszczędnego sposobu magazynowania wodoru na dużą skalę.

Naukowcy z PNNL byli ostatnio współautorami artykułu na temat roztworu wodorowęglanu sodu jako nośnika magazynowania wodoru. Badanie zostało już oznaczone jako „Polecany artykuł” przez czasopismo Green Chemistry. Oznacza to, że wzbudził duże zainteresowanie i otrzymał wiele odsłon.

Głównymi autorami nowego artykułu są chemik i członek laboratorium PNNL Thomas Autrey oraz współpracownik Oliver Gutiérrez, ekspert w przyspieszaniu reakcji chemicznych i czynieniu ich bardziej ekonomicznymi.

Wymaga to odrobiny kreatywności i bawi go zwykła, tania i słodka soda oczyszczona jako potencjalna odpowiedź na duży problem. Nie wszystkie chemikalia będą skuteczne w przechowywaniu wodoru. Musisz pracować z tym, co daje ci matka natura.

Tomasz Autry

Czysty wodór dla długoterminowych potrzeb energetycznych.

Autry, Gutierrez i inni z PNNL postrzegają długoterminowe magazynowanie energii jako klucz do przyszłości wodoru jako nośnika energii odnawialnej.

Obecna technologia akumulatorów jest przeznaczona do magazynowania energii przez kilka godzin. W sieci energii odnawialnej akumulatory mogą obsłużyć około 80% zapotrzebowania na magazynowanie.

Jednak ostatnie 20% będzie wymagało unikalnego podejścia. Będziemy chcieli zaopatrzyć się w nadmiar energii, aby przygotować się na warunki „Dunkelflute”.

Tomasz Autry

To niemieckie słowo opisuje warunki bez wystarczającej ilości energii słonecznej i wiatru. Podczas ciemnych i wietrznych okresów w Dunkelflaute sieci energetyczne potrzebują sposobu na magazynowanie energii na dłużej niż kilka godzin.

Taka sezonowa pojemność magazynowa to jedna z zalet wodoru.

Prawdą jest również, że magazynowanie wodoru może mieć miejsce wszędzie – „nie jest to określone geograficznie” – mówią eksperci. Na przykład energia wodna wymaga różnic wysokości, aby magazynować dodatkową wodę i generować energię. Magazynowanie wodoru nie wymaga specjalnych warunków geograficznych.

Ponadto, zdaniem Autry, im większa skala, tym tańszy wodór. Taniej jest kupić kilka dodatkowych zbiorników na wodór niż kupić dużo akumulatorów.

Znajdź najlepszy sposób przechowywania wodoru.

Zielony wodór ma ogromny potencjał jako źródło energii. Na przykład proces zwany elektrolizą może rozdzielić wodę na wodór i tlen. W najlepszym razie energia do elektrolizy będzie pochodzić z odnawialnych źródeł energii, takich jak energia słoneczna, wiatrowa i geotermalna.

Istnieje jednak ciągłe wyzwanie: ekonomiczna produkcja wodoru.

Aby rozwiązać ten problem, w 2021 roku Departament Energii ogłosił inicjatywę Energy Earthshots, serię sześciu kroków wspierających postęp w technologii czystej energii. Pierwszym, który został wprowadzony, był zastrzyk wodoru, próba obniżenia kosztu wodoru z 5 do 1 dolara za kilogram w ciągu dekady, czyli o 80%.

Oprócz obniżenia kosztów produkcji czystego wodoru,Trzeba też wiedzieć, jak je transportować i przechowywaćTo może podnieść ceny, powiedział Autry.

Jednak znalezienie idealnego medium do przechowywania wodoru było problematyczne.

Wodór można skompresować do stanu gazowego, ale wymaga to bardzo wysokiego ciśnienia do 10 000 psi. Bezpieczny zbiornik magazynowy wymagałby bardzo grubych stalowych ścian lub bardzo drogiego włókna węglowego.

A co z kriogenicznym ciekłym wodorem? Jest to sprawdzony nośnik pamięci, ale wymaga przechowywania czegoś tak zimnego (-471 Fahrenheita, czyli -279,4 Celsjusza), że koszty energii peryferyjnej są znaczne.

Najbardziej obiecująco wyglądają molekuły cieczy zoptymalizowane pod kątem magazynowania i uwalniania wodoru. Jamie Holladay, ekspert ds. zrównoważonej energii, niedawno prowadził badania prowadzone przez PNNL nad prostszymi, bardziej wydajnymi strategiami skraplania wodoru.

Gutierrez powiedział, że używanie cieczy jako nośnika ma tę zaletę, że chroni istniejącą infrastrukturę energetyczną, w tym rurociągi, ciężarówki, pociągi i cysterny.

Kurs sody oczyszczonej i mrówczanu Chcesz upiec ciasteczka? Lub wodorowe magazynowanie energii? Rozwiązaniem może być soda oczyszczona. Ta sól sodowa jest lekka, niedroga, nietoksyczna i występuje w obfitości na Ziemi.

Niezupełnie soda oczyszczona.

Zespół PNNL bada właściwości magazynowania energii wodoru w cyklu wodorowęglanowo-mrówczanowym, które badano od dawna. (Mrówczan jest łagodną i bezpieczną organiczną cząsteczką cieczy).

Czy tak to działa: Roztwory jonów mrówczanowych (wodór i dwutlenek węgla) w wodorowym transporcie wodnym na bazie niekorozyjnego mrówczanu metalu alkalicznego. Jony reagują z wodą w obecności katalizatora. Ta reakcja wytwarza wodór i wodorowęglan, „wodorowęglan sodu”, który Autry podziwia za brak wpływu na środowisko.

Przy odpowiednich ustawieniach ciśnienia cykl mrówczanowy wodorowęglanu można odwrócić. Zapewnia to włączanie i wyłączanie roztworu wodnego, który może naprzemiennie magazynować lub uwalniać wodór.

Przed wprowadzeniem wodorowęglanu sodu zespół magazynowania wodoru w PNNL uważał etanol za ciekły organiczny nośnik wodoru, ogólny termin branżowy określający środki do przechowywania i transportu. W tym samym czasie opracowali katalizator uwalniający wodór.

Katalizatory to opracowane dodatki, które przyspieszają procesy tworzenia i rozbijania wiązań chemicznych w energooszczędny sposób.

W maju 2023 roku, w ramach wysiłków PNNL, przyznał EERE OCOchem w Richland w stanie Waszyngton 2,5 miliona dolarów dofinansowania w ciągu dwóch lat na opracowanie procesu elektrochemicznego, który wytwarza kwas mrówkowy i mrówkowy z dwutlenku węgla. Proces połączy dwutlenek węgla z wodorem w charakterystycznym wiązaniu chemicznym wody, H.₂Również.

W ramach dopiero rozpoczynającej się współpracy PNNL opracuje metody uwalniania wodoru z produktów OCOchem.

Magazyn wodoru, który wygląda jak woda.

W świecie badań nad magazynowaniem wodoru cykl mrówczanowy wodorowęglanów od pewnego czasu budzi duże zainteresowanie. W końcu opiera się na obfitych, niepalnych i nietoksycznych materiałach.

Cykl opiera się na ultralekkim wodnym roztworze do przechowywania.wygląda jak woda— powiedział Autry. «Można nim ugasić pożar«.

Jednak aby sole mrówczanowe wodorowęglanów stały się skutecznym sposobem magazynowania energii wodorowej, naukowcy muszą jeszcze opracować ekonomicznie opłacalne scenariusze. Do tej pory technologia ta przechowuje wodór tylko w ilości 20 kg na metr³w porównaniu do standardu branżowego ciekłego wodoru wynoszącego 70.

Ponadto, zdaniem Autry’ego, badacze potrzebują zrozumienia na poziomie systemów niezbędnej elektrochemii i katalizy. Z inżynieryjnego punktu widzenia, jak dotąd, pomysł sfunkcjonalizowanego cyklu wodorowęglanowego ma niski poziom przygotowania technicznego.

Jeśli rozwiążemy problemy z motywacją, możemy wzbudzić duże zainteresowanie.

Tomasz Autry

Z drugiej strony solanki badane w PNNL uwalniają wodór w reakcji z wodą. Działa również w umiarkowanych temperaturach i niskich ciśnieniach.

Przynajmniej w teorii, jak opisują Autry i Gutierrez w swoim artykule z 2023 r., cykl mrówczanowy wodorowęglanów „jestPraktyczna, zielona alternatywa dla magazynowania i przesyłu energiiwodorowy.

Pomysł na sodę oczyszczoną leży również u podstaw tego, co artykuł z 2023 r. nazywa „wiele pilnych wyzwań naukowych«.

Wśród nich, jak stworzyć magazyn wodoru z wychwytywania nadmiaru dwutlenku węgla. Nawet użycie tego samego medium do przechowywania elektronów obiecuje bezpośrednie mrówczanowe ogniwa paliwowe.

Ponadto prace PNNL mogą zapewnić wgląd w katalizę w fazie wodnej. Obecnie zespół PNNL używa palladu jako kandydata na katalizator. Jego wysiłki obejmują znalezienie sposobów na uczynienie rzadkiego metalu bardziej stabilnym, nadającym się do wielokrotnego użytku i trwałym.

Krótko mówiąc, idea sody oczyszczonej to „niesamowicie fajna rzecz” do przechowywania wodoru, powiedział Autry. „Ekscytujące są możliwości”.

przez www.pnnl.gov