Hidrogén tárolása szilárd halmazállapotban

Elő start-up fázisban lévő olasz innovátor jegyzi a Safetyeasy-szabadalmat, amely konkrétan egy 3D nyomtatott tüzelőanyagtárolót jelent, amiben hidrogén gáz helyett szilárd halmazállapotban történő tárolása válik lehetővé. A 01Green Srl nem autóipari gyártó, hanem egy technológiai startup, amely az energiatárolás és anyagtechnológia metszéspontjából érkezik az iparba. Ez ismételten egy olyan példa, ahol nem egy hagyományos járműipari szereplő, hanem egy külső, innovatív kisvállalkozás robban(hat) be az autózás világába – is.

Az ipari méretű hidrogéntárolás az egyik legnagyobb kihívás az energiatranszformációban, különösen akkor, ha a cél a közlekedésben való széles körű felhasználás. A hidrogén környezetbarát és bőségesen rendelkezésre álló energiaforrás, ugyanakkor tárolása és szállítása komoly technológiai nehézségekbe ütközik: gáz formában csak extrém nagy nyomáson (pl. 700 bar), folyadékként pedig nagyon alacsony hőmérsékleten (-253 °C) kezelhető. Ezek a feltételek nemcsak rendkívül költségessé, de veszélyessé is teszik az infrastrukturális hátteret.

Erre a problémára kínál forradalmian új megközelítést az olaszországi 01Green Srl által fejlesztett Safetyeasy rendszer, amely a hidrogént szilárd halmazállapotban, magnézium-hidrid (MgH₂) formájában tárolja. A projekt célja egy olyan kompakt, biztonságos és hatékony tárolórendszer kialakítása, amely lehetővé teszi a hidrogén ipari, járműipari és logisztikai felhasználását környezeti nyomáson és hőmérsékleten, robbanás- és korrózióveszély nélkül.

A rendszer működésének alapja a fémhidrides tárolás elve: a hidrogént nem gázként vagy folyadékként, hanem kémiailag megkötve, fémrácsban rögzítve tárolják. A magnézium és a hidrogén között létrejövő reakció során magnézium-hidrid képződik, amely szilárd anyagként viselkedik, és a hidrogén csak hő hatására szabadul fel újra. Ez a megközelítés nemcsak hogy minimalizálja a veszteségeket és a szivárgásveszélyt, de teljesen megszünteti a nagynyomású tartályok szükségességét. A rendszer teljesen stabil környezeti körülmények között, és kizárólag a töltési és kisütési fázisokban van jelen szabad hidrogén.

Mechanikai szempontból a tartályokat 3D fémnyomtatással állítják elő, amely lehetővé teszi nagy szilárdságú, ugyanakkor könnyű szerkezetek kialakítását. Az így gyártott rendszerek rezgés és vibrációállók, jól tűrik a szállítással járó igénybevételeket, és optimalizált belső geometriájuk révén hatékony hővezetést és gázáramlást biztosítanak.

Kicsit elgondolkodva egy jövőbeni Safetyeasy-rendszerű H2 tartályon: pneumatikus gondolatokat társítva az elgondoláshoz: segédfunkciókban – például szellőztetés, levegős hőelvezetés – megjelenhetnek pneumatikus megoldások, hidraulikus vonalon pedig várhatóan  hőmenedzsment specifikus kihívásaira reagálhatnak majd, hiszen a kisütési fázis során szükség van hőközlésre a hidrogén visszanyeréséhez. Elektromos oldalról szenzorok, vezérlőegységek és adatátviteli modulok biztosíthatják majd a működés biztonságát, a folyamat automatizálását és a távoli felügyeletet. (Gondoljuk mi.)

A Safetyeasy autóipari alkalmazása szempontjából különösen ígéretes. Egy ilyen járműben a hidrogéntartály a padlólemez alatt vagy csomagtérben kaphatna helyet, és szilárd formában tárolná az energiahordozót. Amikor az autó elindul, a rendszer egy beépített fűtőelemmel (vagy a hajtásból származó hulladékhő felhasználásával) melegíti a magnézium-hidrid anyagot, amely így hidrogéngázt bocsát ki. A felszabaduló hidrogént egy tüzelőanyagcella azonnal felhasználja, és elektromos energiát állít elő, amely meghajtja az autót. A folyamat végeredménye: csak vízpára.

A rendszer működése automatikus lehetne, azaz ha nincs szükség energiafelvételre (pl. áll a jármű), a fűtés leáll, és a hidrogén zárt állapotban marad a fémhidrid rácsban – sem szivárgás, sem veszteség nem történik. Ez óriási előnyt jelent a jelenlegi nagy nyomású rendszerekkel szemben, ahol a hidrogén tüzelőanyag párolgása, szivárgása és robbanásveszélye állandó kockázatot jelent.

A rendszer tankolása is alapvetően új elvet követhet. Két fő lehetőség merül fel: az egyik szerint a járműbe közvetlenül hidrogéngázt vezetnek be egy alacsony nyomású csatlakozón keresztül, amelyet a tároló megköt a magnéziumban. Ez a módszer ugyan lassabb lehet, mint a klasszikus tankolás, de biztonságosabb, és nincs szükség drága 700 bar-os nagynyomású infrastruktúrára. A másik, valószínűbb opció, hogy a járműbe kivehető modulok (kazetták vagy patronok) kerülnek, amelyeket a felhasználó egyszerűen kicserél egy feltöltött egységre a töltőállomáson – hasonlóan egy akkumulátorcsere-rendszerhez. Az üres patronokat az állomáson ipari körülmények között újratöltik, optimalizált hőmérsékleten és nyomáson.

Ez a technológia nem csupán logisztikai és működési szempontból ígéretes, hanem anyagtudományi szempontból is kulcsfontosságú előnyöket nyújt. A hagyományos hidrogéntároló rendszerek legnagyobb gyengesége az úgynevezett hidrogénridegítés, amely során a szabad hidrogén diffundál be az acélba, és törékennyé, rideggé teszi azt. Ez gyakori probléma a magas nyomású tartályoknál, és különleges, rendkívül drága kompozit vagy ötvözött acél alkalmazását teszi szükségessé. A Safetyeasy rendszernél viszont a hidrogén nem érintkezik szabadon a tartály anyagával, mivel teljes egészében kémiailag megkötve, szilárd állapotban van jelen – így a ridegítés teljesen elkerülhető, és olcsóbb, megbízhatóbb anyagokat lehet használni a tartályok gyártásához.

A Safetyeasy mögött álló cégek, az 01Green Srl és a 3D4MEC Srl, komoly technológiai tapasztalattal rendelkeznek a fémes additív gyártás és az energiatárolás területén. A projektet az olasz CDP Venture Capital támogatta egy 300 000 eurós pre-seed befektetéssel, és már szabadalmaztatott technológiai alapokra épül. Bár a 01Green startupnak hivatalos weboldalát még nem találtuk, a 3D nyomtatási partner, a 3D4MEC elérhető a www.3d4mec.com url-címen.

Összességében a Safetyeasy egy innovatív, valós alternatívát kínáló megoláds a hidrogén energiahordozóként való széleskörű alkalmazásához, különösen a járműiparban, ahol a kompakt méret, alacsony tömeg, biztonság és egyszerű logisztika kulcsfontosságú tényezők, illetve az infrastruktúra kiépítése nagyon komoly kihívás – amely ezzel “egy csapásra” megszűnhet.

Meglátjuk! Drukkolunk!

Forrás: electricmotornews.co