Quelles sont les technologies de stockage de l’hydrogène ? (I) - Stockage physique (gaz ou liquide)

Quelles sont les technologies de stockage de l’hydrogène ? (I) - Stockage physique (gaz ou liquide)

Les méthodes de stockage de l’hydrogène utilisées par l’industrie et le monde universitaire peuvent être divisées en deux types :
Stockage basé sur la physique (gazeux ou liquide)
Stockage basé sur les matériaux (l’hydrogène interagissant avec les matériaux de stockage)

Dans le stockage basé sur la physique, deux méthodes de stockage principales sont couramment utilisées : il s’agit de stockage d’hydrogène gazeux et liquide.

1.1 Stockage de l'hydrogène gazeux

Le stockage gazeux consiste à mettre sous pression l’hydrogène et à le stocker sous forme gazeuse dans des conteneurs spécifiques. En fonction de la pression, le stockage gazeux peut être divisé en stockage basse pression et stockage haute pression. L’hydrogène peut être stocké à basse pression comme le gaz naturel, à l’aide de réservoirs étanches. Cette méthode convient au stockage de gaz à grande échelle. La densité de l’hydrogène étant faible, ses applications sont limitées. Le stockage gazeux à haute pression est une méthode de stockage courante et directe. L'hydrogène peut être libéré directement grâce au réglage d'une vanne haute pression. Le stockage d’hydrogène gazeux à haute pression nominale est une méthode de stockage d’hydrogène simple et facile, largement utilisée. La vitesse de charge et de libération est rapide et peut être effectuée à température nominale. Cependant, ses inconvénients sont qu'il nécessite un conteneur lourd résistant à la pression, consomme une grande quantité de travail de compression d'hydrogène et présente des facteurs dangereux tels qu'une fuite facile d'hydrogène et une explosion du conteneur.

Le stockage gazeux impose des exigences élevées aux réservoirs de gaz. Actuellement, les réservoirs de stockage d'hydrogène (350 bar et 700 bar) composés de fibre de carbone de type IV sont largement utilisés dans les véhicules. Afin de résister à des pressions aussi élevées, le matériau du réservoir doit être très résistant, et la compression de l'hydrogène à des pressions aussi élevées nécessite un travail de compression compliqué, le coût est très élevé.

Cette méthode de stockage de gaz comprimé n'est pas seulement utilisée pour les véhicules transportés par route, mais également pour les applications stationnaires dans les stations-service pour la distribution d'hydrogène et la production d'électricité stationnaire..

1.2 Stockage de l'hydrogène liquide

À une certaine température basse, l’hydrogène existera sous forme liquide. Par conséquent, une technologie de stockage d’hydrogène liquide cryogénique peut être utilisée : le stockage d’hydrogène liquide cryogénique. Semblable à la liquéfaction de l'air, le stockage d'hydrogène liquide à basse température est d'abord de l'hydrogène comprimé, avant de passer par le papillon des gaz pour refroidir, puis de subir une expansion enthalpique isotherme Joule-Thomson pour produire du liquide. Une fois le liquide séparé, il est stocké dans un récipient isolé sous vide poussé et le gaz continue le cycle ci-dessus.

Le stockage de l’hydrogène liquide a une densité énergétique volumétrique élevée, la densité de l'hydrogène liquide à température et pression normales est 845 fois celle de l'hydrogène gazeux, et la densité énergétique volumétrique est plusieurs fois supérieure à celle du stockage comprimé. Par rapport aux conteneurs de stockage d'hydrogène du même volume, la qualité du stockage d'hydrogène est grandement améliorée. La technologie de stockage de l'hydrogène liquide est particulièrement adaptée aux situations de transport avec un espace de stockage limité, telles que les moteurs de fusée des navettes spatiales, les moteurs d'automobiles et les véhicules de transport aérien intercontinental. Si l’on considère uniquement en termes de masse et de volume, le stockage de l’hydrogène liquide est un moyen extrêmement idéal pour stocker l’hydrogène. Cependant, étant donné que la liquéfaction de l’hydrogène nécessite une grande quantité d’énergie de refroidissement, la liquéfaction de 1 kg d’hydrogène nécessite 4 à 10 kWh d’électricité, ce qui augmente le coût de stockage et d’utilisation de l’hydrogène. De plus, les conteneurs de stockage d'hydrogène liquide doivent utiliser des conteneurs spéciaux à très basse température. température. Étant donné que le remplissage et l’isolation du stockage d’hydrogène liquide peuvent facilement entraîner des pertes par évaporation plus élevées, le coût du stockage est plus élevé et la technologie de sécurité est plus compliquée. Les conteneurs de stockage d’hydrogène hautement isolés font l’objet de recherches actuelles.

1.3 Stockage par congélation et compression

Le stockage par congélation et compression utilise les propriétés des méthodes d’hydrogène liquide et gazeux comprimé pour le stockage de l’hydrogène. Cette technologie peut réduire le taux d’évaporation de l’hydrogène et maintenir complètement une densité énergétique élevée. Les réservoirs de compression stockent généralement l'hydrogène à une température de -253°C et à une pression élevée d'environ 300 bars.