Хотя высокая энергия водорода на единицу массы делает его отличным топливом, его очень сложно и дорого хранить в течение длительного времени. Это может измениться благодаря работе исследователей из швейцарской Высшей технической школы Цюриха. Они разработали способ хранения водорода в обычных стальных контейнерах в течение месяцев без его потери в атмосферу — с помощью железа.
Содержание
Открытие решений в прошлом
Исследовательская группа под руководством Венделина Штарка, профессора функциональных материалов в Швейцарской высшей технической школе Цюриха, пришла к этому методу, взяв за основу процесс получения водорода с помощью парового утюга, впервые изобретенный в 1784 году.
Исследователи Самуэль Хайнигер (слева, держит банку с железной рудой) и профессор Венделин Штарк (справа) перед тремя железными реакторами, содержащими водород
Швейцарская высшая техническая школа Цюриха
Решение группы по хранению особенно подходит для таких мест, как Швейцария, где летом солнечной энергии много, а зимой ее мало.
Излишки солнечной энергии используются для расщепления воды для производства водорода летом; затем она подается в реакторы из нержавеющей стали, заполненные железной рудой при температуре 752 °F (400 °C). Водород извлекает кислород из оксида железа, так что в реакторе остаются железо и вода, готовые к хранению без больших затрат энергии.
Простая технология исследователей ETH для хранения железа на основе процесса парового железа
ETH Zurich
Пар подается в реактор для извлечения хранящегося водорода при необходимости; затем его можно достаточно легко преобразовать в электричество или тепло.
Есть также несколько других преимуществ использования этого метода:
- Железная руда, используемая в реакторах, дешева, широко распространена и не требует обработки.
- Сами реакторы просто сделаны из нержавеющей стали.
- Процесс зарядки происходит при давлении окружающей среды, что исключает необходимость в резервуарах высокого давления (350-700 бар), обычно необходимых для хранения газообразного водорода.
Проверка идеи, которой уже много веков
Исследовательская группа опробовала свою технологию в кампусе ETH в Хёнггерберге, используя три реактора из нержавеющей стали. Каждый из них имеет емкость 1,4 кубических метра и заполнен 2-3 тоннами железной руды. Тестовая установка может хранить около 10 мегаватт-часов водорода в течение длительного времени, и это даст от 4 до 6 мегаватт-часов электроэнергии. Этого достаточно, чтобы обеспечить три-пять швейцарских домов зимой. Пилотный проект должен вырасти к 2026 году, и команда планирует покрыть одну пятую зимних потребностей кампуса в электроэнергии, используя солнечную энергию летних месяцев.
Реактор из нержавеющей стали, содержащий железную руду, для хранения водорода в кампусе ETH Honnenburg
ETH Zurich
Согласно исследовательской работе группы, опубликованной в ноябре прошлого года, использование этой системы для одного дома в настоящее время обходится дороже, чем питание его электричеством из сети. Масштабирование до 100 домов приближает стоимость энергии к стоимости сети, и предполагается, что она будет только дешеветь по мере расширения системы.
Электроснабжение Швейцарии и не только
Исследователи отмечают, что расширение емкости хранилища означает просто добавление большего количества реакторов, при этом обрабатываемый материал будет выполнять свои циклические функции зарядки-разрядки в течение многих лет, прежде чем его потребуется заменить.
По оценкам команды, для того чтобы обеспечить всю Швейцарию электроэнергией в зимние месяцы, вам понадобится около 15–20 ТВт·ч зеленого водорода в год и примерно 10 000 000 кубических метров железной руды (или 2% от того, что добывают железные рудники Австралии).
Вам также понадобится около 10 000 реакторных систем, каждая из которых способна хранить 1 ГВт·ч. Это соответствует площади земли, эквивалентной примерно 1 квадратному метру на одного жителя Швейцарии.
Трудно получить четкую нормированную стоимость хранения на основе этого небольшого пилотного проекта. И хотя Швейцария планирует перейти на солнечную энергию для покрытия более 40% своих потребностей в электроэнергии к 2050 году, мы не знаем, будет ли она инвестировать в хранение водорода в национальном масштабе. Тем не менее, эта умная технология, созданная сотни лет назад, кажется многообещающей для удовлетворения наших сезонных потребностей в энергии в будущем.
