Меню Рубрики

Накопители водорода

Хранение водорода в бытовых условиях – опасная задача и хитрые решения

При грамотной комплектации системы альтернативного энергообеспечения, водород можно считать идеальным накопителем энергии. Выделить его из воды очень легко и также просто можно опять получить с его помощью электроэнергию. Но вот его хранение доставляет реальные неудобства.

Водород и его свойства в практическом ключе

Говорить о водороде имеет смысл только при встраивании его в систему альтернативного энергоснабжения на основе солнечных панелей или ветрогенераторов. Причиной тому служит цикличность генерации электричества такими источникам. Днём может быть слишком много электроэнергии от солнечных панелей, а ночью она не вырабатывается вообще. С ветром ещё хуже, тут даже нет заранее известной цикличности.

Так вот для хранения избытка электроэнергии, наиболее выгодно использовать водород, в сочетании с железо-никелевыми аккумуляторами. При этом водород нужен не для обычных генераторов, а чтобы питать им топливные элементы. КПД современных топливных элементов, выпускаемых серийно, находится в районе 90%. По сравнению с КПД обычных электрогенераторов на углеводородном сырье, в редких случаях превышающих 30%, топливные элементы находятся вне конкуренции.

При чём тут железо-никелевые аккумуляторы

У таких аккумуляторов есть два чрезвычайно важных свойства, которые делают их идеальным в домашней системе независимого энергообеспечения:

1.Они практически неубиваемы!

Железо-никелевые аккумуляторы не боятся переохлаждения или перегрева, им не страшно короткое замыкание, сильные ток зарядки или полная разрядка не причинят им вреда. В Европе и США есть объекты, где железо-никелевые батареи работают ещё со времён Второй Мировой Войны! В них только меняют электролит с регулярностью один раз в 10 лет, и подливают дистиллированную воду раз в месяц.

2. При зарядке железо-никелевого АКБ, около 30% энергии тратится на электролиз.

Т.е. в процессе зарядки, выделяется водород, который требуется только сохранить и потом использовать для питания топливных элементов. Разумеется, что этого объёма водорода будет недостаточно, потребуется дополнительный электролизёр. Но оставлять этот аспект работы таких аккумуляторов без внимания, может только Чубайсоголовый владелец.

Энергоёмкость водорода – неожиданный подвох

Чтобы не погружаться в сложные физические коэффициенты о теплотворной способности и теплоёмкости, можно привести такое сравнение. Если КПД превращения теплоносителя будет 100%, то для того, чтобы лампочка мощностью 100 Вт горела целые сутки, потребуется:

  • Керосина – 197 гр./243 мл;
  • Метана – 172 гр./0,414 мл. в сжиженном виде/ 239 литров в газообразном;
  • Водорода – 71 гр./1 литр в сжиженном виде/ 780 литров в газообразном;

Складывается двоякая картина! По весу, водорода надо меньше всего, но из-за того что у него самая маленькая плотность среди всех веществ, при пересчёте на объёмные показатели, водород проигрывает!

К тому же, процесс сжижения водорода чрезвычайно сложный, из-за его уникально низких критических параметров. При температуре -240˚C, давление насыщенного пара всего 13 атм. Даже если заполнять стальные баллоны сжатым водородом, то содержать дома компрессор выдающий «хотя бы» 300 атмосфер, дорого, шумно и неэффективно.

Водород как физическое вещество

Кроме самой низкой плотности, у водорода есть ещё одна любопытная особенность – чрезвычайно маленький размер молекулы Н2.

ИНФОРМАЦИЯ: вообще, атом водорода(≈9 нм) меньше атома гелия (≈11 нм). Но на Земле водород не может существовать в атомарном состоянии, поэтому всегда образует молекулу Н2, а её радиус уже ≈18нм.

Такой уникально маленький размер, позволяет водороду просачиваться даже сквозь металлы! Если не контролировать этот процесс, то металлические ёмкости теряют свою прочность и покрываются трещинами, это явление называется «водородное охрупчивание металла». При этом сильнее всего от этой напасти страдают высокопрочные стали.

С увеличением давления, скорость диффузии водорода в металл повышается. Поэтому водород может растворяться в некоторых металлах, причём в очень больших количествах.

Безопасное хранение водорода в домашних условиях

Водород не более и не менее опасен, чем другие легковоспламеняющиеся виды топлива. Однако его уникальные характеристики следует рассматривать как выгодные.

Водород легче воздуха и поэтому быстро рассеивается в случае утечки. Это сводит к минимуму возможность накопления и возгорания. В случае, если водород воспламеняется, его пламя генерирует меньше тепла из-за отсутствия углерода. Это делает водород существенно более безопасным для потребителя, чем обычные углеводородные топлива (пропан-бутан или бензин).

Но в практическом применении, баллоны под высоким давлением сами являются источником опасности.

Американская компания Fuel Cell Store, почти 20 лет использует свойство растворимости водорода в металлах, для его хранения в бытовых условиях. Решение настолько простое и фантастически выгодное, что кажется просто невозможным. Однако, купить их продукцию может любой желающий. Называется такой способ – металлогидридным.

Как устроены и работают металлогидридные накопители водорода

Водород хранится под низким давлением внутри перезаправляемых картриджей, отвечающих самым передовым стандартам безопасности с точки зрения материалов и технологий. Емкости для хранения водорода SOLID-H заполнены калиброванными смесями металлов (металлическими порошками), которые поглощают водород с образованием гидрида, а при необходимости выделяют газ.

Самые популярные накопители SOLID-H обеспечивают избыточное давление водорода в несколько атмосфер при комнатной температуре. Это самый безопасный метод хранения легковоспламеняющихся газов. Если в водородной системе возникает утечка, например накопитель раздавят, то SOLID-H немедленно выделяет небольшую часть сохранённого газа. Остальной объём будет выпущен в течение нескольких часов.

Такая система хранения регулируется температурой: охлаждающее действие воды или воздуха способствует более быстрому и полному поглощению водорода в фазе зарядки, и наоборот, тепло способствует полному выходу газа.

За параметры объёма хранящегося газа и избыточного давления, отвечают разные смеси металлов.

Выбор сплава

Есть две базовые смеси, с разными техническими и ценовыми характеристиками:

  • Сплав А – железо, титан и добавка редкоземельного металла (давление 1-10 атм.);
  • Сплав L – никель и лантан (давление 2-3 атм.);
  • Сплав M – никель, магний и рений (давление 4-5 атм.);
  • Сплав Н – никель, ниобий и цирконий (давление 8-12 атм.).

Смесь А чуть дешевле, позволяет растворить в 1 л. наполнителя 530 литров водорода. Смеси L, M и H поглощают только 481 литр газа.

Скорость заряда и выхода водорода

Скорость разряда зависит от многих переменных. В общем случае не следует ожидать, что весь водород высвободится за считанные минуты. Требуется время, чтобы вывести 90% или более накопленного водорода из стандартного металлогидридного контейнера. Самые большие контейнеры SOLID-H ™ требуют 2-3 дней для полной разгрузки при нормальных условиях.

ИНФОРМАЦИЯ: Возможна разрядка картриджа за считанные секунды, но для этого требуется  серьёзно повысить температуру накопителя (до 110-115˚C) и обеспечить теплообмен внутри ёмкости.

Например, баллон «MyH2 3000» при собственном объёме 5,8 л, накапливает 3000 литров водорода. Но давление внутри варьируется от 5 до 12 атм. Если не охлаждать картридж, то полная зарядка занимает 2 суток. Обдув обычным вентилятором, на порядок ускоряет процесс.

С выходом газа из баллона темпы сохраняются. Но для ускорения можно чуть подогревать картридж. Однако есть оригинальное решение – соединение маленьких накопителей в каскадную систему.

Например, вот этот миниатюрный баллончик BL-18 хранит 18 л водорода, скорость выхода газа при стандартных условиях, около 0,2л/мин. Если их соединить к единый каскад, то вырастает и суммарная скорость поглощения газа, и его выход.

Оригинальные металлогидридные компрессоры

Эта же фирма реализовала чрезвычайно любопытный тип металлогидридного компрессора. Правда он дорого стоит, около 9500 долларов, но зато работает бесшумно, и создаёт давление на выходе 410 атм.

Принцип его простой:

  • Первый этап – при охлаждении заправляют картридж водородом;
  • Второй этап – нагревают ёмкость и выпускают газ в специально подключенный баллон.

А баллон водорода с таким давлением, уже можно поместить в автомобиль, и добавив к нему трёхкиловаттный генератор на топливных элементах, превратить его в энергонезависимый транспорт.

Один недостаток, перевешивает все преимущества

Да, этот недостаток есть, и он такой мощный, что перевешивает все выгоды альтернативной энергетики на водородном топливе – цена оборудования.

 

 

Сплав A Van’t Hoff Участок

Расчетная линия Вант-Хоффа для гидридного сплава Galt AB основана на средней точке нижнего десорбционного плато 25C и опубликованных данных других.

Alloy A van’t Hoff plot-2


Alloy A van’t Hoff plot

 

 

изотермы десорбции и диаграммы Вант-Хоффа для стандартных гидридных сплавов AB 5 H 5, L, M и H.

Сплав L, M или H Van’t Hoff Plots

Alloy LMH van’t Hoff plot-2

Alloy LMH van’t Hoff plot

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на наш канал, Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши КОМЕНТАРИИ   

(Ваши Комментарии очень помогают развитию проекта)

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:        

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!

 

 

Комментарии

  • После ВОСТОРГОВ Автора данной статьи двинем Открытия в ДЕЛО Далеко ЗА Пределы ДИССИПАЦИИ или Тех процессов, где К.П.Д. Всегда МЕНЬШЕ 1!

    1.Такой прорыв Готов в РОССИИ, ибо Только у НАС Вновь понят СЕКРЕТ Электромобиля Николы Теслы, см. с пункта 4 статью «Разум Солнца» — https://ethertech.ucoz.org/publ/razum_solnca/1-1-0-43 . В ней физически Обоснован ВЕЧНЫЙ Выход энергии в форме Электричества на Примере резких Пульсаций ПОРЦИЙ Электронов в МГц диапазоне ВБЛИЗИ 1-ой сетки Радиоламп типа тетрод или пентод. Этот ФАКТ и По СЕЙ День скрывает Академия НАУК От НАРОДА, что ВЫХОД Дополнительной МАССЫ от Сил ИНЕРЦИИ Из физического Вакуума в Образе ПУСТОГО Ничего, по Решению РАН, якобы, НЕВОЗМОЖЕН?!

    2.Но опытным инженерам Известно ЧИСЛО «Жэ» (Джи) или коэффициент Перегрузки, который Связан ВСЕГДА с Присоединением дополнительной ИНЕРЦИОННОЙ Массы к КАЖДОЙ Порции электронов Вечных ПУЛЬСАЦИЙ По закону Кулона или другим Закономерностям, например, по эффекту Ранка, открытию СССР №314 и Других, см. статью «Кокон Введение» на том же сайте. Автоколебания резонансов ломают ОТ Ничтожных усилий Мосты, на РАЗ, за пределом Расчетных величин Мгновенно сжигают намотки катушек и конденсаторов и т.д.. Это происходит в Нулевой ТОЧКЕ По ускорению в РАЗРЫВЕ Графика ускорений, подобно Ветвям графика ТАНГЕНСОВ, Устремленных в БЕСКОНЕЧНОСТЬ Энергий ЗАКОНОВ Природы!

    3.Это дало Тесле с ОДНОЙ Радиолампы, изготовленной грубо в 1931 году, снять Мощность БОЛЕЕ 30 КВт, а от 12 ламп в итоге — 360 КВт, но с Ограничением КРАТНОСТИ Выхода чуть Более 1434 раза для самых Несовершенных радиоламп!

    В законе Кулона расстояние до 1-ой сетки Уменьшается в КВАДРАТЕ — 0,1 мм дает силу притяжения электронов, летящих к центру зазора в 100 раз больше, при 0,01 мм – в 10 000 раз больше, при 0,001 – в 1 000 000 РАЗ, Далее устремляясь к Бесконечности!

    4.При ЗАМЕНЕ Сетки ТРУБКОЙ с Прорезями в размер Больше диаметра Электрона и ПРИ Герметизации ТОРЦЕВ Такой трубки-сетки ЭФФЕКТИВНОСТЬ Вечного выхода Энергии в ФОРМЕ Электричества стремится к БЕСКОНЕЧНОСТИ!

    НО Нужно Охлаждение и Снижение мощности Не БОЛЕЕ Требуемой. Физический вакуум или ЭФИР — ТОЖЕ Материя, так как Каждое ускорение Навешивает на электроны массу 544 протонов при 0,001 мм до 1-ой сетки и БОЛЕЕ, где Скорость в ИМПУЛЬСЕ Максимальна!

    5.Даю консультации Специалистам для дальнейшего Изготовления на мощностях предприятий ВЕЧНЫХ блоков питания Электричеством БЕЗ Оплаты. Желаю ВСЕМ Удачи!

    Дегтярев Владимир Иванович, г. Каменск-Уральский, 25.06.2020.

  • Металлогидридный накопители водорода разработаны почти 50 лет назад, но использование водорода так и не стало повсеместным.

    Причина — дороговизна получения водорода.

    Применение «зелёной энергетики» (ВИЭ — возобновляемого источника энергии) для наработки водорода тоже лишено смысла: плотность энергии, объёмы выработки и накопления смехотворно малЫ для питания БОЛЬШОЙ энергетики (городА, производства, эл.транспорт), да и стоимость киловатта установленной мощности в разы выше традиционной генерации.

    Остаётся малая энергетика — частные домовладения.

    Но и тут «минусы» перевешивают ожидаемые «плюсы».

    Во-первых, где взять электроэнергию для генерации водорода? Если мощность ВИЭ для частного дома рассчитана на покрытие потребностей во время сияния солнца и/или эффективной скорости ветра, то на генерацию водорода не останется «лишних» мощностей ВИЭ.

    Значит, нужно вдобавок к номинальным мощностям ВИЭ добавить ещё ВИЭ, превосходящие номинальные в 3-5 раз!!!

    Даже страшно представить себе стоимость такой ВИЭ и площади солнечных батарей (или шум от десятка ветрогенераторов).

    Но и это ещё далеко не всё.

    Далее идёт топливный элемент (ТЭ).

    В статье случайно ли, намеренно ли в информации о КПД ТЭ пропущено одно слово.

    Написано <<>>

    А должно было быть написано <<>>

    Да, ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ КПД ТЭ может быть даже 100%, но РЕАЛЬНЫЙ КПД ТЭ не превышает 30-35%.

    И тут ничего сделать НЕВОЗМОЖНО: ТЭ был изобретён Гроувом в 1839-м году, но за прошедшие 180 лет он так и не перестал быть лабораторным устройством или дорогой игрушкой в реальной жизни. Один только платиновый катализатор и невероятно высокие требования к чистоте водорода и кислорода чего стОят!

    Все рассказы о КПД ТЭ, выпускаемых СЕРИЙНО, в районе 90% базируются на манипуляции данными.

    Кстати, если во время «зарядки» металлогидридного аккумулятора его можно омывать водой, получая тёплую воду для домашнего хозяйства (очевидная польза), то где взять тепло, потребное для «разрядки»такого накопителя?.. 😁 Будем сжигать часть накопленного водорода?..😁

    Добавьте затраты электроэнергии на работу насосов, отводящих и подводящих тепло, и тогда КПД всей системы упадёт до 20% 😁

  • Однако действительно очень даже оригинальный способ хранения водорода! Просто фантастика! Но также фантастически дорогой! Ну не может смесь металлических порошков никеля и титана стоить 1000 долларов за килограмм (ну или где-то примерно так).

    А с другой стороны, если с таким компрессором, то вообще получится энергонезависимый стиль жизни…. ну мечта! ни тебе роста цен на топливо, ни тебе повышения цен на электроэнергию.

    Но дорого!

    Вот ведь оказия, те, кто может себе это позволить, ну у кого есть такие деньги, в подобном оборудовании не нуждаются.

    Кстати, а было бы интересно вообще узнать стоимость полной комплектации дома, ну чтобы работало всё от альтернативной энергии. Ведь на фоне топливных элементов и железо-никелевого аккумулятора, как-то обычные свинцово-кислотные потеряли свою привлекательность.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector