LOHC: szerves megoldás hidrogénszállításra

Egy mindenhol és mindenki számára elérhető H₂ infrastruktúra kiépüléséig az egyik legnagyobb kihívást a hidrogén szállítása és tárolása jelenti. A kis sűrűség és molekulaméret miatt nehéz elegendő mennyiségű gázt raktározni, és mivel a hidrogén képes átdiffundálni akár az acél fémrácsán is, nyomásvesztség, valamint – nem megfelelő anyagkompatibilitás esetén – ridegedés jelentkezhet. Az LOHC technológia erre kínál megoldást: ahogy a neve (Liquid organic hydrogen carrier) is mutatja, a megtermelt hidrogént szerves anyagban nyeletik el, melyet aztán a felhasználás előtt visszanyernek belőle.

Hogyan működik és mit ígér az LOHC módszer?

A hidrogén szerves anyagban való tárolása két fázisra osztható.

• Hidrogenizáció: ennek során szaturálatlan (tehát olyan molekula, melynek dupla, vagy tripla C-C kötései fel tudnak még venni hidrogén atomokat) szerves anyagba vezetik a gázt, mely azt megköti. Az így keletkező új vegyületben magas a H₂ koncentráció, s ez gazdaságosan szállítható, vagy tárolható.
• Dehidrogenizáció: az LOHC folyamat második fázisa, melynek során a szerves vegyületből visszanyerik a hidrogént. Az így kinyert H₂-t először tisztítani kell, mert szennyezett a hordozóanyag gőzeivel.

A teljes LOHC folyamat hatásfoka mintegy 60-70%, amennyiben a keletkező hőt hőcserélőkben újrahasznosítják, ez akár 80-90% is lehet, jóval kedvezőbb tehát, mintha kompresszorral sűrítenék a hidrogént szállítás vagy tárolás előtt.

A legújabb kutatási irány az, hogy a szerves, magas H₂ tartalmú anyagot közvetlenül vezetik üzemanyagcellára, így a dehidrogenizáció tulajdonképpen a fogyasztással, felhasználással egyben történik, azonban az olyan cellák, melyek ezt a működést lehetővé tennék egyelőre csak elméletben, vagy laboratóriumi mintákként léteznek.

Az ördög a részletekben

Ahogy az a műszaki gyakorlatban lenni szokott, az elsőre egyszerűnek és praktikusnak tűnő ötlet hordoz magában bizonyos buktatókat, melyek a gyakorlati megvalósítást bonyolulttá, magas beruházási igényűvé teszik.

• Az LOHC technológiára alkalmas szerves anyagok kezelése roppant körültekintést igényel. Egy példa a toluol/metilciklohexán keverék, mely roppant hatékonyan köt meg hidrogént (95% fölötti konverziós ráta), de mindkét anyag fokozottan tűz- és robbanásveszélyes, illetve súlyosan egészségkárosító.
• A hatékony hidrogenizáció csak katalizátor (platina) jelenlétében megy végbe.
• A dehidrogenizáció endoterm folyamat, így a vegyületet folyamatosan melegíteni kell (250 – 300 °C-ra), ami egyrészt szükségszerű, hiszen, ha alacsony hőmérsékleten sem lenne stabil, úgy épp az LOHC céljára nem lenne használható, de jelentős igénybevételt jelent valamennyi elemnek, a tartályoktól kezdve a szabályzókon át a mérőműszerekig.
• A hidrogenizáció körül-belül 150 és 200 °C között indul meg, viszont exoterm folyamat, ezért megában hordozza a reakció – s ezzel a hőmérséklet – megszaladásának esélyét. A keletkező hő a szerves anyagot elpárologtatja, a gőzben viszont nagyobb hatékonysággal megy végbe a megkötési folyamat, tehát a reakció még több hőt termel, mely növeli az elnyelt mennyiséget, s ez ismét a felszabaduló hőmennyiséget. Ez az önerősítő felfutás nagy hőmérséklet- és nyomásnövekedést okoz, a lefúvatás azonban nem triviális.
• Hiszen havária esetén a reakció egyik komponense sem kerülhet a környezetbe, az első pontban részletezett tulajdonságok miatt. Ráadásul az expandáló hidrogén – a fordított Joule-Thomson hatás miatt – tovább melegszik, újabb jelentős terhelésnek téve ki a rendszer elemeit.

Az LOHC különleges kihívása

A Scabex Kft. Magyarországon igen ritka tapasztalattal rendelkezik LOHC reaktorok kiszolgálásában. Partnereinkkel fenntartott szoros műszaki kapcsolatunk miatt olyan, egyedileg fejlesztett elemekkel tudjuk vevőinek segíteni, melyek kereskedelmi forgalomban nem, vagy alig elérhetőek.

Remek példa erre, hogy az előző bekezdésben részletezett, különleges körülményekre a Seetru saját biztonsági szelepet fejlesztett nekünk, mely 500 °C tervezési hőmérsékletig használható, hidrogén-kompatibilis, teljesen szivárgásmentes és a lefúvatott, veszélyes anyagok kontrollált összegyűjtését is lehetővé teszi.

Ha az Ön projektje is egyedi megoldásokat igényel, ATEX, magas hőmérséklet, korrozív környezet, különleges méréstechnikai igény, vagy a fentiek együttes megléte miatt, lépjen kapcsolatba velünk!

A borítókép forrása: Hydrogenious