Wodór w paście, powłoce czy pod ziemią?

Badacze z niemieckiego Instytutu Fraunhofera opracowali metodę magazynowania energii z wodoru w postaci hydratu magnezu, który ma postać … pasty. Produkcja Powerpaste, bo tak nazywa się substancja, jest jednak kosztowna, ponieważ wymaga wysokiego ciśnienia i temperatury.

Na razie najczęstszym sposobem magazynowania wodoru jest jego sprężanie i przechowywanie w zbiornikach ciśnieniowych. Im wyższe ciśnienie i mniejsza masa tym większa „pojemność” zbiornika. Dlatego na całym świecie trwa technologiczny wyścig zbrojeń, który pozwoli opracować bezpieczne, tanie i trwałe zbiorniki. Czarnym koniem w tej konkurencji może być metoda stworzona przez naukowców z Politechniki Wrocławskiej, którzy opracowali powłokę poprawiającą szczelność zbiorników kompozytowych na wodór.

– Możemy już pochwalić się pewnymi wynikami ograniczenia przenikalności tego gazu – mówi cytowana w komunikacie dr inż. Justyna Krzak z Zespołu Badawczego Materiałów Zol-Żelowych w Katedrze Mechaniki, Inżynierii Materiałowej i Biomedycznej. Opracowane we Wrocławiu powłoki tlenkowe poprawiają barierowość polietylenu HDPE o 36 proc. – To duży potencjał, który wzbudza spore zainteresowanie zagranicznych firm produkujących tzw. linery do zbiorników wysokociśnieniowych, czyli tę część, która bezpośrednio odpowiada za zatrzymanie gazu w środku – dodaje dr Krzak.

Naukowcy z Wrocławia kontynuują badania nad uszczelnieniem polimerów, badając szczegóły mechanizmu blokowania, oddziaływania pomiędzy cząsteczkami gazu a materiałem powłoki a także wpływ pola mechanicznego na te oddziaływania. Potrzebne jest również opracowanie metody produkcji zbiorników.

– W przypadku małych powierzchni do naniesienia powłoki stosuje się technikę zanurzeniową – tłumaczy dr Krzak. – Tutaj mamy jednak do czynienia z dużymi próbkami, a w zasadzie zbiornikami. Musimy więc opracować metodę do zastosowania w skali przemysłowej. W tym celu zbudujemy głowicę umożliwiającą nanoszenie warstwy, jej stabilizację oraz detekcję ewentualnych nieciągłości w powłoce.

Oprócz postaci sprężonego gazu wodór magazynowany jest również w postaci płynnej kriogenicznej. Stosowane są również metody hybrydowe – wodór w postaci półpłynnej (slush) lub schłodzonej i sprężonej (30 MPa, -235° C). Wodór może być również łączony z nośnikami organicznymi i amoniakiem lub mieszany z gazem ziemnym.

Podobnie jak w przypadku gazu ziemnego koszt budowy i utrzymania zbiorników naziemnych są wysokie. Dlatego do magazynowania gazu wykorzystywane są zbiorniki podziemne, które pozwalają zaoszczędzić miejsce, a także zapewniają dodatkową izolację i brak ekspozycji na warunki atmosferyczne. Wodór może być przechowywany w wyeksploatowanych złożach gazu ziemnego i ropy naftowej, w głębokich warstwach wodonośnych oraz w kawernach solnych, które już od kilkudziesięciu lat wykorzystywane są w Wielkiej Brytanii oraz Stanach Zjednoczonych.

Prace nad magazynowaniem wodoru prowadzą również polskie koncerny paliwowe. Zrealizowany przez Grupę Lotos projekt Hestor potwierdził możliwość magazynowania energii z OZE w postaci wodoru w kawernach solnych oraz jego wykorzystanie w procesach rafineryjnych oraz do zasilania ogniw paliwowych. Inwestycje w podziemne zbiorniki gazu prowadzi również PGNiG, które w październiku uruchomiło Klaster B w Kawernowym Podziemnym Magazynie Gazu Kosakowo. Dzięki pięciu nowym komorom magazynowym łączna pojemność KPMG Kosakowo wzrosła do 300 mln m3 gazu ziemnego. Czy w kawernach będzie można składować również wodór? Tak wynika z zapowiedzi operatora, który w Odolanowie prowadzi testy instalacji pod kątem mieszania i transportowania wodoru z gazem ziemnym. Na magazynowanie wodoru pod ziemią w Polsce przyjdzie jeszcze poczekać.

Czy magazynowanie wodoru jest bezpieczne?

Wodór jest porównywalny, jeśli chodzi o bezpieczeństwo użytkowania, z innymi gazami, z którymi mamy styczność na co dzień – propanem, butanem, gazem ziemnym czy oparami benzyny. Różnica polega w dużej mierze na tym, że stosowane do jego przechowywania i transportu urządzenia muszą być bardzo szczelne, ponieważ cząsteczki wodoru są bardzo małe. Temperatura samozapłonu wodoru wynosi jednak aż 585 °C, ponadto gaz ten rozprasza się kilka razy szybciej niż inne paliwa, dlatego ewentualne zagrożenie jest niższe niż np. w przypadku oparów benzyny. Oczywiście, podobnie jak w przypadku innych gazów palnych konieczne jest zachowanie bezpieczeństwa. Przede wszystkim należy zapobiegać kontaktowi ze źródłami ognia, a jeśli wodór jest wykorzystywany w pomieszczeniach lub przestrzeniach zamkniętych – stosować specjalne detektory.

Niezależnie od tego jaka metoda magazynowania wodoru – w paście, żelu czy pod ziemią zostanie zastosowana, potrzebna jest otwarta komunikacja na temat technologii wodorowych. Australijscy badacze zaproponowali wykorzystanie dotychczasowych doświadczeń dot. komunikacji projektów energetycznych, w tym podziemnego magazynowania dwutlenku węgla. Jak każda nowa technologia – wykorzystanie wodoru może wywoływać społeczne obawy, dlatego – zdaniem naukowców potrzebne jest przygotowanie otwartej komunikacji, a także angażowanie do komunikacji partnerów społecznych. Badacze zwracają uwagę na to, że ewentualne wycieki wodoru są stosunkowo łatwe do monitorowania, co może ułatwić społeczną gotowość do przyjęcia technologii wodorowych.