Wodór jest jedną z najbardziej obiecujących ekologicznych energii przyszłości. Jako najobficiej występujący pierwiastek we wszechświecie, zapewnia niewyczerpane źródło czystej energii, którą można przekształcić w energię elektryczną za pomocą ogniw paliwowych bez toksycznych odpadów i emisji gazów cieplarnianych. Kluczem do powszechnego zastosowania wodoru są jednak skuteczne strategie magazynowania i dostarczania, zwłaszcza w zastosowaniach stacjonarnych i motoryzacyjnych.
Wodór może być magazynowany w postaci płynnej lub gazowej, albo do długoterminowego przechowywania w naturalnych formacjach geologicznych (takich jak jaskinie solne, jaskinie w twardej skale oraz wyeksploatowane pola naftowe i gazowe), albo krótkoterminowo jako sprężony wodór gazowy do transportu i na -zastosowania płyt w pojazdach elektrycznych zasilanych ogniwami paliwowymi. Preferowane jest przechowywanie w płynie, ponieważ wymaga mniej miejsca dla danego poziomu gęstości energii.
Aby osiągnąć gęstość energii wystarczającą do praktycznego zastosowania, wodór musi być sprężany do wysokiego ciśnienia. Można to osiągnąć za pomocą konwencjonalnych technologii kompresji mechanicznej takie jak sprężarki tłokowe, membranowe i liniowe lub innowacyjne technologie niemechaniczne opracowane specjalnie dla wodoru, takie jak sprężarki kriogeniczne, z wodorkami metali i sprężarki elektrochemiczne.
W przypadku magazynowania gazu prawdopodobne jest, że wodór będzie mieszany z gazem ziemnym na potrzeby transportu w istniejącej infrastrukturze rurociągowej. Gęstość energii tego rozwiązania jest ograniczona przepustowością rurociągu i jego integralnością materiałową, a także możliwościami użytkowników końcowych do obsługi dużych ilości wodoru. Trwają prace badawcze mające na celu określenie wydajności tego typu systemu (zob. Kurz i in., 2020a i b).
W przypadku przechowywania cieczy najlepszą obecnie dostępną opcją jest przechowywanie wodoru w postaci borku metalu alkalicznego, takiego jak borowodorek niklu (NbH), który może wytrzymać działanie do 1000 ° C przy utracie wydajności Carnota wynoszącej zaledwie 40%. Niemniej jednak tego typu materiał jest podatny na zatrucie śladowymi ilościami tlenu i wody, które znajdują się w otaczającym powietrzu w tak wysokich temperaturach. Ponadto wytwarzanie NbH jest drogie i czasochłonne.
Szybszym i bardziej ekonomicznym podejściem jest sprężanie wodoru za pomocą pomp odśrodkowych, techniki, która jest już szeroko stosowana w zastosowaniach przemysłowych. Jednak warunki pracy takich pomp są bardzo wymagające i mogą prowadzić do dużego zużycia elementów pompy. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku wirników, które podlegają dużym przyspieszeniom obrotowym i drganiom. Wynikające z tego uszkodzenia łopatek wirnika i uszczelnień zwiększają koszty konserwacji i napraw oraz mogą negatywnie wpłynąć na wydajność pompy, aw konsekwencji na ogólną niezawodność systemu.
Aby rozwiązać ten problem, Southwest Research Institute (SwRI) opracował sprężarkę tłokową napędzaną silnikiem liniowym, zwaną LMRC, która została specjalnie zaprojektowana do sprężania wodoru w pojazdach elektrycznych napędzanych ogniwami paliwowymi (FCEV). Ta szczelna, hermetycznie zamknięta maszyna wykorzystuje kombinację rozwiązań opracowanych przez SwRI w celu ochrony przed kruchością i niszczeniem, w tym powłok, konstrukcji zaworów i hermetycznych tłoków. Posiada również silnik liniowy, który zmniejsza zużycie energii i liczbę ruchomych części, zwiększając w ten sposób wydajność, niezawodność i żywotność produktu.
Producenci magnesów AlNiCo
