小苏打显示有前途的清洁储氢性能

在不断的世界气候变暖,越来越多的人达成共识要求能源为零,或近乎零碳排放。这意味着增长超出了煤炭、石油和天然气通过更多的能源来自可再生能源。

最有前途的可再生能源的航空公司之一是干净的氢,生产没有化石燃料。

这是一个有前途的主意,因为宇宙中最丰富的元素是氢,存在于所有物质的75%。此外,氢分子有两个配对atoms-Gemini双胞胎,都是无毒和高度易燃。

氢的可燃烧的潜力使其能源世界各地的研究人员的一个有吸引力的话题。

在太平洋西北国家实验室(PNNL),一个团队正在调查氢作为存储和释放能量的介质,主要由其化学键断裂。他们的工作是有关氢Materials-Advanced研究联盟(HyMARC)在美国能源部(DOE)。

储氢没有优化

一个太平洋西北国家实验室的研究焦点与优化储氢,一个顽固的问题。到目前为止,没有完全安全的,具有成本效益,节能在大尺度上存储氢的方法。

太平洋西北国家实验室的研究人员最近合著一篇调查小苏打的解决方案作为一种储存氢气。这项研究已经被称为“热纸”的期刊本身,绿色化学英国皇家学会发表的化学。这意味着有很多点击表现出兴趣。

公共存储在太平洋西北国家实验室是由美国能源部资助的努力氢和燃料电池技术办公室能源效率和可再生能源办公室(EERE)。能源部的研究进展H2@Scale以及该机构的倡议氢拍摄。

新论文的两个主要作者化学家和太平洋西北国家实验室实验室研究员托马斯·奥崔和他的同事奥利弗·古铁雷斯专家,使化学反应快速和成本效益。

“你要有点创意,”奥崔说,谁是逗乐常见,如何便宜,和温和的小苏打是作为一个潜在的解决一个大问题。“并非每个化学是有效地储存氢气。你必须与大自然给你什么。”

清洁的氢为长期能源需求

奥崔、古铁雷斯和其他用电长时间的能量储存作为氢的未来的关键载体的可再生能源。

目前的电池技术设计了几个小时的存储。可再生能源电网,电池可以处理大约80%的存储需求。

但“最后20%将独特的方法,”欧特里说。“我们想要存储多余的精力去做好准备Dunkelflaute”。

这是德语词描述条件没有足够的太阳能和风能的潜力。在黑暗中,无风的一段Dunkelflaute、网格需要一种方法来储存能量的不仅仅是几个小时。

这样的季节存储功能是氢的景点之一。所以是储氢可以发生,这是“地理位置无关,”专家说。水电,例如,需要不同的高程存储多余的水分,使权力。储氢不需要特殊条件与地理位置有关。

此外,欧特里说,规模变大,氢会更经济。便宜买一些额外的氢存储坦克比购买大量的电池。

找到最好的储氢方式

清洁的氢作为能源的巨大希望。例如,这一过程被称为电解可以把水分解成氢和氧。在最好的世界,电解的电力来自可再生能源,包括太阳能、风能和地热能。

然而,有一个顽固的挑战:以更低的成本生产氢。

为解决这个问题,在2021年能源部宣布能源Earthshots倡议承担一系列的六个步骤,在清洁能源技术方面的突破。首先是介绍了氢,氢的寻求降低成本从每公斤5美元1年代减少80%。

超越清洁制氢成本下降,”你必须找出如何移动和存储它,”奥崔说,这些步骤可以发送价格回升。

但是找到理想的储氢介质一直难以捉摸。

氢可以被压缩成一个气,但要求很高的压力10000磅每平方英寸。一个安全贮存柜需要墙壁很厚钢或昂贵的space-grade碳纤维。

低温液体氢怎么样?这是一个可靠的存储介质,但需要获得并保持如此冷的东西(-471 F,或-279.4 C)周边能源成本意义重大。

似乎最希望分子液体、优化存储和释放氢。杰米Holladay可持续能源专家最近执导PNNL-led研究更简单和更有效的策略来液化氢。

使用这种液体作为存储介质的优势保持现有的能源基础设施,包括管道、卡车、火车、船舶和接受者,古铁雷斯说。

bicarbonate-formate周期

想烤点心吗?或储存氢能源?小苏打可以机票。这温和的,廉价的钠碳酸氢盐是无毒的,地球上充足。

没有小苏打完全。太平洋西北国家实验室团队正在调查此bicarbonate-formate氢储能性质的循环。(甲酸是一种安全、温和的液体有机分子。)

它是如何工作的:甲酸离子解决方案(氢气和二氧化碳)基于无腐蚀性的水携带氢碱金属甲酸。离子与水反应的催化剂。这种反应使氢和bicarbonates-the“小苏打”奥崔钦佩缺乏环境影响。

正确的温和调整压力,bicarbonate-formate周期可以逆转。提供一个开关来控制水溶液中可以交替存储或释放出氢。

小苏打之前,太平洋西北国家实验室储氢的团队研究了乙醇液体有机氢载体,该行业的毯子术语存储和传输媒体。他们开发了一种催化剂,配合,释放出氢。

催化剂是设计师添加剂加速过程用于制造和打破化学键节能方式。

2023年5月,太平洋西北国家实验室工作,为项目相关EERE理所当然OCOchem里奇兰,华盛顿,250万美元的资金在两年内开发一个电化学过程,从而使甲酸和甲酸二氧化碳。过程将绑定二氧化碳与氢位于水的标志性的化学键,H2O。

刚刚开始合作,用电将开发方式释放氢的OCOchem产品。

储氢,看起来就像水

在储氢研究bicarbonate-formate周期创造了buzz持续很长一段时间。毕竟,它是基于丰富的材料,不易燃的,无毒。

周期是建立在一个水存储解决方案如此温和的说:“看起来像水,欧特里。“你可以灭火。”

但对于formate-bicarbonate盐成为可行的氢能源存储方法,研究人员还必须开发经济上可行的场景。迄今为止,这项技术存储氢仅20千克每立方米,液氢相比70年的行业标准。

奥崔说,更重要的是,研究人员需要一个系统性的理解需要电化学和催化作用。在工程方面,到目前为止,一个可行的的想法bicarbonate-formate周期技术准备水平低。

“如果我们解决催化问题,”他补充说,“我们可以得到一些真正感兴趣的。”

“一个了不起的闪亮的东西”

从好的方面说,盐的解决方案正在考虑在太平洋西北国家实验室释放氢气与水反应。他们也在适当的温度和较低的压力。

至少在理论上,欧特里和古铁雷斯描述在他们一份2023年的论文,bicarbonate-formate周期代表“一个可行的绿色替代存储和运输能量”从氢。

小苏打的想法也在nexus 2023报纸所说的“几个紧急科学挑战。”

其中包括如何使一个氢存储介质从捕获的多余的二氧化碳。甚至使用相同的媒体存储电子,提供直接甲酸燃料电池的承诺。

此外,太平洋西北国家实验室工作可以提供见解的催化水(水)阶段。目前,太平洋西北国家实验室团队使用钯催化剂作为他们的候选人。他们的努力包括寻找稀有金属更稳定,可重复使用,寿命更长。

,小苏打的想法“这是神奇的闪亮的事”为储氢,欧特里说。“令人兴奋的可能性。”

参考:古铁雷斯OY, Grubel K, Kothandaraman J,等。利用地球丰富的长期储能材料:电化学和重碳酸盐的热化学循环/甲酸。绿色化学。2023;25 (11):4222 - 4233。doi:10.1039 / D3GC00219E

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