Transport og lagring av hydrogen

Fossilt brensel driver det meste av dagens infrastruktur, men når det forbrennes, slipper det ut forurensende stoffer, særlig karbondioksid. Dette er en drivhusgass som har blitt knyttet til global oppvarming og klimaendringer.

Forbrenning av hydrogen produserer derimot uskadelig vanndamp og noe nitrogenoksid (NOx), uten å slippe ut karbondioksid eller andre forurensende stoffer, som svoveldioksid (SOx). I tillegg er hydrogen kompatibelt med mange eksisterende naturgassturbiner med forbrenningsmotorer som kan drives på hydrogen, naturgass eller en blanding av begge. Hydrogen er imidlertid et farlig stoff når det håndteres på feil måte.

For det første er molekylene de minste av alle grunnstoffer, så lekkasje - som utgjør en brann- og eksplosjonsfare - fra tanker og rørledninger er et alvorlig problem. Det må tas spesielt hensyn til materialene og teknikkene som brukes til å tette disse systemene, for eksempel beslag, pakninger, ventiler og andre tetningsanordninger. For å oppdage unormale hendelser, som for eksempel tap av inneslutning, må det brukes miljøovervåkingsutstyr som flammedetektorer og detektorer for brennbare gasser - eller inline-utstyr som trykk- og temperaturtransmittere. Fordi hydrogen er toatomig, kan ikke nyere teknologier, som infrarødbaserte gassdetektorer som ofte brukes i naturgassapplikasjoner, brukes til deteksjon av hydrogengass.

Lekkasjer skyldes først og fremst sprøhet, som oftest oppstår når stål og andre metaller absorberer hydrogenatomer. Disse atomene kan rekombinere og danne hydrogenmolekyler som diffunderer gjennom metallet og danner bobler som svekker materialet og forårsaker sprøhet og sprekkdannelser, selv ved omgivelsestemperatur. Det er derfor avgjørende å redusere disse problemene ved å spesifisere riktige materialer basert på bruksområdet.

Sikker lagring av hydrogen er en viktig forutsetning for videreutvikling av hydrogen- og brenselcelleteknologi.

Hydrogen kan fysisk lagres som komprimert gass eller kryogen væske. Komprimert hydrogen i gassform lagres vanligvis i tanker ved 350-700 bar (5 000-10 000 psi). Fullt flytende hydrogen i gassform kan lagres ved ca. -253 °C mens kryokomprimert hydrogen kan lagres ved ca. -233 °C (-387° F). Lagring i gassform krever mindre utstyr og er betydelig mer økonomisk, men lagring i væskeform har også sine fordeler, først og fremst en mye høyere energilagringstetthet.

Flytende hydrogen har lenge vært brukt som rakettdrivstoff for oppskytninger i verdensrommet. I verdensrommet har det blitt lagret som komprimert gass eller kryogen væske i sylindere, rør og sfæriske tanker. I gassform lagres hydrogen vanligvis i sylindere. Sfæriske tanker foretrekkes imidlertid til lagring av flytende hydrogen for å minimere overflatearealet, noe som har direkte sammenheng med varmeoverføringen fra omgivelsene.

Hydrogen kan også lagres i materialbaserte systemer på overflaten av faste stoffer (adsorpsjon) eller inne i dem (absorpsjon). Disse prosedyrene utvikles for å oppfylle kravene til drivstofftetthet og øke prosessikkerheten fordi de reduserer risikoen for lekkasjer og ukontrollert forbrenning.

Sikkerhetstiltak for alle lagringssystemer for hydrogen inkluderer:

• Lagring i godt ventilerte, røykfrie områder utendørs, borte fra bygninger, kjøretøy, varme, gnister og åpen ild
• Lagringsbeholdere må aldri dras, rulles, skyves eller slippes
• Bruk kun gnistsikkert verktøy og eksplosjonssikkert utstyr til håndtering av hydrogen
• Jord alt utstyr og alle rørledninger
• Sjekk regelmessig for lekkasjer i hydrogensystemer ved hjelp av såpevann, og aldri med en flamme

Kravene til lagring av hydrogen med høy tetthet utgjør en betydelig utfordring for transportsystemer. Energitettheten til hydrogen er mye lavere enn for bensin, så det kreves større tanker for å lagre den samme energimengden. Generelt sett er hydrogentanker i kjøretøy større enn naturgassvarianter, og de tåler høyere trykk.

Disse ekstra plassbehovene går ut over kjøretøyets evne til å transportere personer og gjenstander på en plassbesparende måte, og den ekstra vekten har en negativ innvirkning på hvor langt et kjøretøy kan kjøre med en bestemt mengde energi. I tillegg tar hydrogenbrenselceller mer plass enn forbrenningsmotorer, øker vekten og introduserer en annen potensiell lekkasjekilde.

Hydrogendrevne biler og lastebiler er tilgjengelige, men antallet hydrogenfyllestasjoner på verdensbasis er begrenset. Dette gjør dem upraktiske for folk flest, spesielt for vanlige forbrukere. Etter hvert som hydrogeninfrastrukturen fortsetter å utvikle seg, kan dette imidlertid endre seg.

Til tross for disse ulempene har hydrogendrevne biler og langtransportlastebiler betydelige fordeler sammenlignet med elektriske kjøretøy. De kan tankes på minutter i stedet for timer, og den lagrede energien forringes ikke over tid. Energilagringstettheten er mye høyere enn i batterier, med en faktor på over 100, noe som gjør drivstoffet mye lettere og mer kompakt enn batterier. Til slutt er materialene som trengs for å produsere moderne batterier, spesielt litium, en mangelvare, mens materialene som trengs for å produsere hydrogenbrenselceller, finnes i overflod.

Når hydrogen produseres i gassform, kan det forbrukes lokalt, komprimeres og transporteres i rørledning til nærliggende lagertanker, komprimeres og fylles i sylindere for transport, eller gjøres flytende for økt lagringstetthet eller langdistansetransport. Hydrogen transporteres vanligvis via rørledning, lastebil, jernbane eller skip. Rørledninger brukes oftest mellom nærliggende produksjonsanlegg og forbrukere, og over større geografiske områder der det forventes stabil langsiktig etterspørsel.

Over korte avstander er lastebiltransport vanligst, enten i avlange høytrykksflasker stablet på en rørhenger, eller i tankbiler med flytende hydrogen ved kryogene temperaturer. Jernbanevogner brukes til å frakte flytende hydrogen over mellomlange avstander, mens skip tar på seg tung nyttelast for langdistansetransport.

Forskningen fortsetter i jakten på å utvikle levedyktige, kompakte hydrogenlagringssystemer som er trygge for bruk i både kjøretøy og faste installasjoner. Sammen med en levedyktig hydrogenproduksjon vil utviklingen innen transport og lagring bidra til å drive hydrogenøkonomien fremover.

Etter hvert som industrien forsøker å redusere karbonutslippene ved å ta i bruk hydrogen og andre alternative drivstoff i infrastrukturen, er det svært viktig med riktig opplæring for å sikre trygg prosjektering, installasjon, drift og vedlikehold av disse systemene