Quelle méthode de stockage de l’hydrogène est la plus avantageuse ?

Quelle méthode de stockage de l’hydrogène est la plus avantageuse ?

La technologie de stockage de l’hydrogène s’étend de l’extrémité énergétique de l’hydrogène de la chaîne industrielle jusqu’à l’extrémité des piles à combustible et constitue un maillon important dans le contrôle du coût de l’hydrogène. Le mode de stockage de l’hydrogène est un sujet de grande préoccupation pour les populations. Actuellement, les technologies de stockage d’hydrogène couramment utilisées comprennent principalement le stockage physique de l’hydrogène, le stockage chimique de l’hydrogène et d’autres stockages d’hydrogène.

1. Stockage physique de l'hydrogène
La technologie de stockage physique de l'hydrogène fait référence à la technologie consistant à augmenter la densité de l'hydrogène en modifiant les conditions de stockage de l'hydrogène pour réaliser le stockage de l'hydrogène. Cette technologie est un processus purement physique, ne nécessite pas de support de stockage d’hydrogène, est peu coûteuse, libère facilement de l’hydrogène et présente une concentration élevée en hydrogène. Il est principalement divisé en stockage d’hydrogène gazeux à haute pression et stockage d’hydrogène liquéfié à basse température.
1) Stockage d’hydrogène gazeux à haute pression
La technologie de stockage de l’hydrogène gazeux à haute pression consiste à comprimer l’hydrogène sous haute pression et à le stocker sous forme gazeuse à haute densité. Il présente les caractéristiques d'un faible coût, d'une faible consommation d'énergie, d'une déshydrogénation facile et de conditions de travail étendues. Il s’agit de la technologie de stockage d’hydrogène la plus mature et la plus utilisée. Cependant, il dispose d'une petite réserve, d'une consommation d'énergie élevée, nécessite un conteneur résistant à la pression et présente des facteurs dangereux tels qu'une fuite d'hydrogène et une explosion du conteneur. La densité de stockage de l'hydrogène de cette technologie est fortement affectée par la pression, et la pression est limitée par le matériau du réservoir de stockage. Par conséquent, le point chaud actuel de la recherche est l’amélioration des matériaux des réservoirs de stockage. À 30-40 MPa, l'augmentation est plus rapide, et lorsque la pression est supérieure à 70 MPa, le changement est très faible. La pression de service du réservoir de stockage doit donc être comprise entre 35 et 70 MPa. Par conséquent, trouver un réservoir de stockage d’hydrogène léger et résistant aux hautes pressions est devenu la clé du stockage d’hydrogène gazeux à haute pression. À l'heure actuelle, les conteneurs de stockage d'hydrogène gazeux à haute pression sont principalement divisés en quatre types : bouteilles métalliques en acier pur (type I), bouteilles enroulées en fibre d'acier (type II), bouteilles entièrement enveloppées de fibre d'aluminium (type III) et plastique. bouteilles enveloppées de fibres de doublure (Type IV). Parmi elles, les bouteilles de type III et de type IV présentent les avantages d'un faible rapport poids/volume et d'une densité de stockage d'hydrogène élevée par unité de masse, et ont été largement utilisées dans les véhicules à pile à combustible à hydrogène. La pression de service des bouteilles de stockage d'hydrogène à haute pression est généralement de 35 à 70 MPa. Les systèmes nationaux de stockage d'hydrogène à haute pression embarqués utilisent principalement des bouteilles de 35 MPa de type III, tandis que les pays étrangers utilisent principalement des bouteilles de 70 MPa de type IV.
2) Stockage cryogénique d’hydrogène liquide
La technologie de stockage cryogénique de l'hydrogène liquide utilise les caractéristiques de liquéfaction de l'hydrogène dans des conditions de haute pression et de basse température, et sa densité volumique est 845 fois celle de l'état gazeux, pour obtenir un stockage efficace de l'hydrogène, et son efficacité de transport est supérieure à celle de l'hydrogène gazeux. Cependant, afin de garantir des conditions de basse température et de haute pression, il existe non seulement des exigences concernant le matériau du réservoir de stockage, mais également un schéma d'isolation strict et un équipement de refroidissement correspondant. Par conséquent, le volume du réservoir de stockage d’hydrogène liquide liquéfié cryogénique est généralement faible et la densité massique de l’hydrogène est d’environ 10 %. La technologie de stockage cryogénique de l’hydrogène liquide est principalement utilisée dans les domaines militaire et aérospatial, et la recherche et les applications commerciales viennent tout juste de commencer. Cependant, en raison de ses avantages en matière de stockage et de transport à grande échelle et sur de longues distances, avec la mise en œuvre formelle des trois normes nationales de mon pays pour l'hydrogène liquide et les progrès continus et la réduction des coûts de la technologie de stockage de l'hydrogène, le stockage cryogénique de l'hydrogène liquide peut coexister avec stockage d'hydrogène gazeux à haute pression dans le futur.

2. Stockage chimique de l’hydrogène
La technologie de stockage chimique de l'hydrogène est une technologie qui utilise des supports de stockage d'hydrogène pour réagir avec l'hydrogène dans certaines conditions afin de générer des composés stables, puis libère de l'hydrogène en changeant les conditions. Il comprend principalement le stockage de l’hydrogène liquide organique, le stockage de l’hydrogène dans l’ammoniac liquide, le stockage coordonné de l’hydrogène par hydrure, le stockage de l’hydrogène inorganique et le stockage de l’hydrogène dans le méthanol.
1) Stockage d’hydrogène liquide organique
La technologie de stockage de l'hydrogène liquide organique est basée sur la réaction d'hydrogénation de matière organique liquide insaturée sous l'action d'un catalyseur pour générer des composés stables, puis sur une réaction de déshydrogénation lorsque l'hydrogène est nécessaire. La matière organique liquide insaturée couramment utilisée et ses propriétés sont présentées dans le tableau. .
2) Stockage d'hydrogène et d'ammoniac liquide
L'hydrogène et l'azote sont synthétisés en ammoniac liquide sous l'action d'un catalyseur et stockés et transportés sous forme d'ammoniac liquide. L'ammoniac liquide se décompose et libère de l'hydrogène à pression normale et à environ 400 ℃. Par rapport à la température de liquéfaction de l'hydrogène extrêmement basse de -253 ℃ requise par la technologie de stockage de l'hydrogène liquide à basse température, la température de liquéfaction de l'ammoniac dans une atmosphère est beaucoup plus élevée à -33 ℃, et la méthode « hydrogène-ammoniac-hydrogène » consomme moins l'énergie, est moins difficile à mettre en œuvre et à transporter, et est moins difficile. Dans le même temps, la densité volumétrique de stockage de l’hydrogène dans l’ammoniac liquide est 1,7 fois supérieure à celle de l’hydrogène liquide et est bien supérieure à celle de la technologie de stockage de l’hydrogène gazeux sur remorque à long tube. Cette technologie présente certains avantages en matière de stockage et de transport d’énergie hydrogène sur de longues distances. Cependant, le stockage de l’hydrogène et de l’ammoniac liquide présente également de nombreux inconvénients. L'ammoniac liquide est hautement corrosif et toxique, et il existe des risques potentiels de dommages aux équipements, au corps humain et à l'environnement pendant le stockage et le transport ; le procédé à l'ammoniac synthétique est relativement mature dans mon pays, mais il y a une certaine proportion de pertes dans la conversion du procédé ; les équipements pour l'ammoniac synthétique et la décomposition de l'ammoniac ainsi que les équipements de l'industrie terminale doivent encore être intégrés.
3) Stockage de l'hydrogène au méthanol
Le méthanol vert a une densité énergétique élevée et constitue une méthode idéale de stockage et de transport d’énergie liquide. Utiliser des énergies renouvelables pour générer de l’hydrogène vert, puis la combiner avec du dioxyde de carbone pour générer du méthanol vert facile à stocker et à transporter est une voie importante vers zéro émission de carbone.
3) Coordination du stockage de l’hydrogène hydrure
Le stockage d’hydrogène par hydrure de coordination utilise des métaux alcalins pour réagir avec l’hydrogène afin de générer des hydrures ioniques, qui se décomposent en hydrogène dans certaines conditions. Le tableau suivant montre les propriétés de stockage de l'hydrogène des hydrures de coordination courants.
4) Stockage de l'hydrogène par des composés inorganiques
Les matériaux inorganiques de stockage de l'hydrogène sont basés sur la conversion mutuelle entre le bicarbonate et le formiate pour réaliser le stockage et la libération de l'hydrogène.

Résumé : Actuellement, le stockage d'hydrogène gazeux à haute pression est la norme, mais son développement a été limité pour des raisons de sécurité et la densité de stockage d'hydrogène est faible, ce qui ne convient pas au transport longue distance à grande échelle ; le stockage de l'hydrogène liquide à basse température est confronté à de nombreuses difficultés dans son développement en Chine en raison de son coût élevé et des difficultés de stockage et de transport ; La technologie de stockage de l’hydrogène organique liquide présente de grands avantages en termes de sécurité, de densité de stockage de l’hydrogène et d’efficacité du stockage et du transport. En partant du principe que le stockage d'hydrogène à haute pression de 70 MPa et le stockage d'hydrogène liquide à basse température dans mon pays sont à la traîne, il devrait devenir l'un des principaux moyens de stockage et de transport de l'hydrogène dans mon pays à l'avenir. En tant que matériau de stockage de l'hydrogène, l'hydrure présente l'avantage de stocker l'hydrogène à une densité élevée sous basse pression par rapport à l'hydrogène à haute pression.