تشمل أكثر تقنيات تخزين الهيدروجين شيوعًا حاليًا التخزين الغازي عالي الضغط، والتخزين المبرد للسوائل، والتخزين في الحالة الصلبة. من بين هذه التقنيات، برز التخزين الغازي عالي الضغط كأكثرها نضجًا نظرًا لانخفاض تكلفته، وسرعة إعادة تزويده بالهيدروجين، وانخفاض استهلاكه للطاقة، وبنيته البسيطة، مما يجعله تقنية تخزين الهيدروجين المفضلة.
أربعة أنواع من خزانات تخزين الهيدروجين:
بالإضافة إلى خزانات النوع الخامس الكاملة المركبة بدون بطانات داخلية، دخلت أربعة أنواع من خزانات تخزين الهيدروجين السوق:
١. خزانات معدنية كاملة من النوع الأول: تتميز هذه الخزانات بسعة أكبر عند ضغوط تشغيل تتراوح بين ١٧.٥ و٢٠ ميجا باسكال، وبتكاليف أقل. تُستخدم بكميات محدودة في شاحنات وحافلات الغاز الطبيعي المضغوط (CNG).
٢. خزانات مركبة مبطنة بالمعادن من النوع الثاني: تجمع هذه الخزانات بين بطانات معدنية (عادةً ما تكون فولاذية) ومواد مركبة ملفوفة بشكل حلقي. توفر سعة كبيرة نسبيًا عند ضغوط تشغيل تتراوح بين ٢٦ و٣٠ ميجا باسكال، وبتكاليف معتدلة. تُستخدم على نطاق واسع في تطبيقات مركبات الغاز الطبيعي المضغوط.
٣. خزانات النوع الثالث المركبة بالكامل: تتميز هذه الخزانات بسعة أقل عند ضغوط تشغيل تتراوح بين ٣٠ و٧٠ ميجا باسكال، وببطانات معدنية (فولاذ/ألومنيوم) وتكاليف أعلى. تُستخدم هذه الخزانات في مركبات خلايا وقود الهيدروجين خفيفة الوزن.
4. خزانات مركبة مبطنة بالبلاستيك من النوع الرابع: توفر هذه الخزانات سعة أصغر عند ضغوط عمل تتراوح بين 30 و70 ميجا باسكال، مع بطانات مصنوعة من مواد مثل البولي أميد (PA6)، والبولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)، والبلاستيك البوليستر (PET).
مزايا خزانات تخزين الهيدروجين من النوع الرابع:
في الوقت الحالي، تُستخدم خزانات النوع الرابع على نطاق واسع في الأسواق العالمية، في حين لا تزال خزانات النوع الثالث تهيمن على سوق تخزين الهيدروجين التجاري.
من المعروف أنه عند تجاوز ضغط الهيدروجين 30 ميجا باسكال، قد يحدث هشاشة هيدروجينية لا رجعة فيها، مما يؤدي إلى تآكل بطانة المعدن وحدوث تشققات وكسور. وقد يؤدي هذا الوضع إلى تسرب الهيدروجين وانفجاره لاحقًا.
بالإضافة إلى ذلك، يوجد فرق جهد بين معدن الألومنيوم وألياف الكربون في طبقة اللف، مما يجعل التلامس المباشر بين بطانة الألومنيوم ولفائف ألياف الكربون عرضةً للتآكل. ولمنع ذلك، أضاف الباحثون طبقة تآكل تفريغ بين البطانة وطبقة اللف. ومع ذلك، يزيد هذا من الوزن الإجمالي لخزانات تخزين الهيدروجين، مما يزيد من الصعوبات اللوجستية والتكاليف.
نقل الهيدروجين الآمن: أولوية
بالمقارنة مع خزانات النوع الثالث، تتميز خزانات تخزين الهيدروجين من النوع الرابع بمزايا أمان كبيرة. أولًا، تستخدم خزانات النوع الرابع بطانات غير معدنية مكونة من مواد مركبة مثل البولي أميد (PA6)، والبولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)، والبلاستيك البوليستر (PET). يتميز البولي أميد (PA6) بقوة شد ممتازة، ومقاومة للصدمات، ودرجة حرارة انصهار عالية (تصل إلى 220 درجة مئوية). يتميز البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) بمقاومة ممتازة للحرارة، ومقاومة للتشققات الناتجة عن الإجهاد البيئي، ومتانة، ومقاومة للصدمات. بفضل تعزيز هذه المواد البلاستيكية المركبة، تُظهر خزانات النوع الرابع مقاومة فائقة لهشاشة الهيدروجين والتآكل، مما يُطيل عمر الخدمة ويُعزز السلامة. ثانيًا، يُقلل وزن المواد البلاستيكية المركبة بفضل خفة وزنها، مما يُخفض التكاليف اللوجستية.
خاتمة:
يُمثل دمج المواد المركبة في خزانات تخزين الهيدروجين من النوع الرابع تقدمًا ملحوظًا في تعزيز السلامة والأداء. ويُحسّن استخدام بطانات غير معدنية، مثل البولي أميد (PA6)، والبولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)، والبلاستيك البوليستر (PET)، من مقاومة هشاشة الهيدروجين والتآكل. علاوة على ذلك، تُسهم خصائص خفة وزن هذه المواد البلاستيكية المركبة في تقليل الوزن وخفض التكاليف اللوجستية. ومع ازدياد استخدام خزانات النوع الرابع في الأسواق، واستمرار هيمنة خزانات النوع الثالث، يُعدّ التطوير المستمر لتقنيات تخزين الهيدروجين أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق الإمكانات الكاملة للهيدروجين كمصدر للطاقة النظيفة.
وقت النشر: ١٧ نوفمبر ٢٠٢٣