WikiDer > Жидкие органические носители водорода - Википедия

Liquid organic hydrogen carriers - Wikipedia
Схема процесса LOHC для хранения электрической энергии

Жидкие носители органического водорода (LOHC) находятся органические соединения который может впитывать и высвобождать водород через химические реакции. Поэтому LOHC можно использовать как носители для хранения водорода. В принципе, каждое ненасыщенное соединение (органические молекулы с C-C двойной или же тройные облигации) может поглощать водород во время гидрирование. Последовательность эндотермический дегидрирование за которым следует водород очищение считается основным недостатком, ограничивающим общую эффективность цикла хранения.[1]

Недавно был предложен альтернативный, инновационный и многообещающий подход к преобразованию водорода, связанного с LOHC, в электричество.[1] Новая последовательность разгрузки состоит из почти термонейтрального катализатора. перенос гидрирования ступенчатое преобразование кетон (ацетон) к вторичный спирт (2-пропанол) путем контакта с носителем, богатым водородом (H18-DBT), а вторичный алкоголь затем напрямую потребляется в PEMFC (прямой изопропанольный топливный элемент; DIPAFC).[2] Это СО2 без выбросов, без подвода внешней энергии и безопасная последовательность без молекулярного водорода в любой момент во время выделения водорода. «Топливный элемент прямого действия LOHC», основанный на концепции соединения LOHC-DIPAFC, является очень привлекательным решением для бортовой генерации электроэнергии в мобильных приложениях.[1] и это побуждает исследователей сосредоточиться на этой теме.[3]

В 2020 г. Япония построили первую в мире международную цепочку поставок водорода между Бруней и Кавасаки Сити использование толуол-на основе технологии LOHC.[4] Hyundai Motor инвестирует в разработку стационарных и бортовых LOHC-систем.[5]

Принцип хранения водорода на основе LOHC

Для поглощения водорода дегидратированная форма LOHC (ненасыщенное, в основном ароматическое соединение) реагирует с водородом в гидрирование реакция. Гидрирование - это экзотермическая реакция и проводится при повышенных давлениях (около 30-50 бар) и температурах ок. 150-200 ° С при наличии катализатор. При этом образуется соответствующее насыщенное соединение, которое можно хранить или транспортировать в условиях окружающей среды. Если водород понадобится снова, теперь гидрогенизированная, богатая водородом форма LOHC будет дегидрированный, причем водород снова выделяется из LOHC. Эта реакция эндотермический и происходит при повышенных температурах (250-320 ° C) снова в присутствии катализатора. Перед использованием водорода его, возможно, придется очистить от пара LOHC. Для повышения эффективности тепло, содержащееся в потоке горячего материала, выходящего из модуля выпуска, должно передаваться потоку холодного материала, состоящему из обогащенного водородом LOHC, поступающего в модуль выпуска, чтобы сохранить потребность в энергии для его предварительного нагрева перед реакцией на низком уровне. в частности, тепло, выделяемое в результате реакции гидрирования при абсорбции водорода, в принципе может быть использовано для целей нагрева или в качестве технологического тепла.[6]

Требования к материалам LOHC

Определение степени гидрирования

Примеры материалов LOHC

Толуол / метилциклогексан

Еще в 80-е годы были попытки толуол, который преобразуется в метилциклогексан путем гидрирования.[7] Основная идея этого варианта пришла из США в 1975 г. и получила дальнейшее развитие в 1979 г. Институт Пауля Шеррера в Швейцарии вместе с ETH Цюрих. Уже тогда был построен прототип грузовика, работающего на водороде дегидрирования метилциклогексана.[8][9] Вся схема выглядит как Mэтилциклогексан-Толуол-ЧАС2 система (MTH).[10]

N-этил карбазол

Дибензилтолуол

Чтобы избежать высокой температуры плавления N-этилкарбазол и высокое давление паров толуола, дибензилтолуол может быть использован. Это вещество в настоящее время используется как масло-теплоноситель. Температура прибл. 300 ° C необходимы для обезвоживания. Однако дибензилтолуол превосходит другие вещества-носители по многим физико-химическим свойствам.[11][12]

Другие потенциальные LOHC

Выполнение

Рекомендации

  1. ^ а б c Г. Сиеви, Д. Гебуртиг, Т. Скеледжич, А. Бёсманн, П. Преустер, О. Бруммель, ... и Й. Либуда (2019). К концепции эффективного топливного элемента на жидком органическом водороде. В: Энергетика и экология, 12(7), 2305-2314.
  2. ^ 2-пропанольные топливные элементы, Привет ERN.
  3. ^ Новые системы химического хранения водорода без молекулярного водорода.
  4. ^ «Первая в мире международная цепочка поставок водорода» реализована между Брунеем и Японией., ПЕРЕЗАРЯДКА, 2020-04-27.
  5. ^ Hyundai Motor инвестирует в водородные технологии LOHC, Bioenergy International, 2020-06-04.
  6. ^ Д. Тейхманн, К. Старк, К. Мюллер, Г. Цёттль, П. Вассершайд, W. Arlt: Хранение энергии в жилых и коммерческих зданиях с помощью жидких органических водородов (LOHC). Энергетика и экология, 2012, 5, 5, 9044–9054, DOI: 10.1039 / C2EE22070A.
  7. ^ М. Таубе, П. Таубе, "Жидкий органический носитель водорода в качестве автомобильного топлива", В: Прогресс водородной энергетики; Труды Третьей Всемирной конференции по водородной энергетике, Токио, Япония, 23–26 июня 1980 г. Том 2. (A81-42851 20–44) Oxford and New York, Pergamon Press, 1981, S. 1077–1085.
  8. ^ М. Таубе, Д. Риппин, Д.Л. Крессвелл, В. Кнехт, Н. Грюненфельдер, «Система транспортных средств, работающих на водороде с жидкими органическими гидридами», Международный журнал водородной энергии, 1983, 8, 3, 213-225, DOI: 10.1016 / 0360-3199 (83) 90067-8.
  9. ^ М. Таубе, Д. Риппин, В. Кнехт, Д. Хакимифард, Б. Милисавлевич, Н. Грюненфельдер, «Прототип грузовика, работающий на водороде из органических жидких гидридов», International Journal of Hydrogen Energy, 1985, 10, 9, 595 -599, DOI: 10.1016 / 0360-3199 (85) 90035-7.
  10. ^ Übersichtsbeitrag Energiespeicherung als Element einer sicheren Energieversorgung. В: Chemie Ingenieur Technik. 87, 2015, с. 17, Дои:10.1002 / cite.201400183, дорт С. 49. - Совместные симпозиумы GCC-JAPAN по окружающей среде в 2013 г..
  11. ^ Н. Брюкнер, К. Обессер, А. Бёсманн, Д. Тайхманн, В. Арльт, Дж. Дунгс, П. Вассершайд, Оценка применяемых в промышленности жидкостей-теплоносителей в качестве систем жидкого органического носителя водорода, В: ChemSusChem, 2014, 7, 229–235, DOI: 10.1002 / cssc.201300426.
  12. ^ К. Кригер, К. Мюллер, В. Арльт: Energetische Analyze von LOHC-Systemen als thermochemische Wärmespeicher. В: Chemie Ingenieur Technik. 86, 2014, с. 1441, Дои:10.1002 / cite.201450058.