ทำความเข้าใจเกี่ยวกับการจัดเก็บไฮโดรเจนในสถานะของแข็งแบบโลหะไฮไดรด์

การจัดเก็บไฮโดรเจนในสถานะของแข็งแบบโลหะไฮไดรด์คืออะไร?

การจัดเก็บไฮโดรเจนด้วยโลหะไฮไดรด์ทำงานโดยการยึดอะตอมของไฮโดรเจนเข้าไว้ภายในโครงสร้างของโลหะบางชนิด ซึ่งแตกต่างจากการจัดเก็บไฮโดรเจนในรูปแบบของก๊าซหรือของเหลว เนื่องจากไฮโดรเจนจะถูกกักเก็บไว้ภายในเนื้อโลหะเอง คล้ายๆ กับการที่ฟองน้ำดูดน้ำเข้าไป จุดเด่นของวิธีนี้คือเราสามารถจัดเก็บไฮโดรเจนได้อย่างปลอดภัย โดยไม่ต้องใช้แรงดันสูงมาก เมื่อพิจารณาถึงการนำไปใช้งานจริงกับวัสดุเหล่านี้ จะพบว่ามันสามารถดูดซับไฮโดรเจนได้ในระหว่างปฏิกิริยาที่ให้ความร้อนออกมา และปล่อยไฮโดรเจนออกมาอีกครั้งเมื่อเราให้ความร้อนที่สามารถควบคุมได้ นั่นหมายความว่าผู้ผลิตไม่จำเป็นต้องเผชิญกับปัญหาความซับซ้อนในการอัดไฮโดรเจนให้เป็นแรงดันสูงระดับสุดขั้ว หรือทำให้มันเย็นจัดจนเกินไป ซึ่งช่วยให้การจัดการในทางปฏิบัติใช้งานง่ายขึ้นมาก

ความแตกต่างของการจัดเก็บไฮโดรเจนแบบสถานะของแข็งเมื่อเทียบกับวิธีการแบบเดิม

วิธีการเดิมในการจัดเก็บไฮโดรเจนขึ้นอยู่กับถังที่มีแรงดันสูงมาก ซึ่งสามารถขึ้นไปถึงประมาณ 750 บาร์ หรือระบบของเหลวที่เย็นจัดที่ต้องการอุณหภูมิที่ต่ำถึงลบ 253 องศาเซลเซียส ในทางกลับกัน เทคโนโลยีเมทัลไฮไดรด์ทำงานแตกต่างออกไป ระบบนี้โดยทั่วไปสามารถทำงานได้ภายใต้แรงดัน 300 บาร์ แต่ยังสามารถจัดเก็บไฮโดรเจนได้มากกว่าวิธีการแบบเดิมในปริมาตรเท่ากัน ตัวอย่างเช่น ต้นแบบล่าสุดในปี 2023 แสดงให้เห็นว่ามีพื้นที่จัดเก็บเพิ่มขึ้นประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ แม้ว่าจะทำงานภายใต้แรงดันเพียงครึ่งหนึ่งของถังทั่วไปก็ตาม สิ่งนี้ทำให้ปลอดภัยมากขึ้น เนื่องจากไม่มีความเสี่ยงจากการระเบิดของก๊าซที่ถูกอัดแรงดัน อีกประการหนึ่งคือการจัดเก็บในสถานะของแข็งไม่จำเป็นต้องใช้กระบวนการระบายความร้อนแบบคริโอเจนิกที่มีราคาแพง ซึ่งช่วยลดต้นทุนในการดำเนินงานลงอย่างมาก จากการวิจัยของซุตเทลในปี 2004 พบว่ามีการประหยัดได้ประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ในบางกรณี

บทบาทของนวัตกรรมการจัดเก็บไฮโดรเจนในการเปลี่ยนผ่านสู่พลังงานสะอาด

ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีไฮไดรด์โลหะมีบทบาทสำคัญในการขยายโครงสร้างพื้นฐานของไฮโดรเจนสีเขียว วัสดุเหล่านี้ช่วยให้สามารถกักเก็บไฮโดรเจนได้อย่างปลอดภัยมากขึ้นที่ความหนาแน่นสูงกว่าวิธีการแบบดั้งเดิม ซึ่งช่วยเร่งการนำพลังงานหมุนเวียนมาใช้ เมื่อมีพลังงานไฟฟ้าส่วนเกินจากแผงโซลาร์เซลล์หรือกังหันลม พลังงานนั้นสามารถเปลี่ยนเป็นไฮโดรเจนและเก็บรักษาไว้เป็นเวลานานโดยไม่เสียคุณภาพ จากการวิจัยที่เผยแพร่เมื่อปีที่แล้วโดย Dornheim และคณะ พบว่าการใช้ไฮไดรด์โลหะสามารถลดการสูญเสียพลังงานในระบบไมโครกริดได้ถึงเกือบ 60% เมื่อเทียบกับการพึ่งพาแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียว การทบทวนองค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์วัสดุในปี 2024 ล่าสุดแสดงให้เห็นว่านวัตกรรมเหล่านี้ช่วยเชื่อมโยงลักษณะที่ไม่แน่นอนของพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์เข้ากับความต้องการพลังงานที่สม่ำเสมอของภาคอุตสาหกรรม ทำให้ไฮโดรเจนไม่ใช่แค่ทางเลือกหนึ่ง แต่อาจกลายเป็นเชื้อเพลิงหลักที่แทนถ่านหินและเชื้อเพลิงฟอสซิลอื่น ๆ ในหลายภาคส่วนที่การมีพลังงานจัดส่งอย่างต่อเนื่องมีความสำคัญมากที่สุด

ข้อได้เปรียบด้านความปลอดภัยของการจัดเก็บไฮโดรเจนในรูปแบบเมทัลไฮไดรด์

การขจัดความเสี่ยง: การจัดเก็บไฮโดรเจนโดยไม่ใช้ถังความดันสูง

การจัดเก็บไฮโดรเจนในเมทัลไฮไดรด์ช่วยกำจัดอันตรายจากการระเบิดที่มักเกิดขึ้นกับระบบก๊าซแบบดั้งเดิมที่ใช้งานภายใต้ความดัน 350 ถึง 700 บาร์ เทคโนโลยีนี้ทำงานโดยการล็อกโมเลกุลของไฮโดรเจนไว้ภายในโครงสร้างโลหะผสมที่มีความเสถียร เช่น ส่วนผสมของแมกนีเซียม นิกเกิล และดีบุก การจัดเก็บแบบนี้สามารถดำเนินการภายใต้ความดันที่ใกล้เคียงกับความดันบรรยากาศทั่วไปของเรา จากรายงานการจัดเก็บพลังงานเมื่อปีที่แล้วระบุว่า ระบบจัดเก็บในสถานะของแข็งลดการแตกร้าวของถังจัดเก็บได้มากถึงประมาณ 92 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับระบบความดันสูง สำหรับเมืองที่กำลังพัฒนาระบบไมโครกริด หรือผู้ที่อยู่อาศัยที่มองหาทางเลือกพลังงานสำหรับใช้ในบ้าน รูปแบบการจัดเก็บนี้ถือว่าน่าสนใจมาก เนื่องจากมีความปลอดภัยสูงเมื่อติดตั้งใกล้กับพื้นที่ที่มีคนอาศัยอยู่

หลีกเลี่ยงระบบไครโอเจนิกส์เพื่อการจัดเก็บไฮโดรเจนที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น

ไฮด์ริดโลหะทำงานที่อุณหภูมิห้องปกติ ต่างจากระบบเก็บไฮโดรเจนในสถานะของเหลวที่ต้องการสภาพแวดล้อมแบบคริโอเจนิกที่อุณหภูมิเย็นจัดประมาณ -253 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นสิ่งที่อันตรายมาก การทำงานกับสารคริโอเจนมีปัญหาหลักอยู่สองประการ ประการแรกคือความเสี่ยงที่แท้งค์เก็บจะระเบิดเนื่องจากแรงดันจากความร้อนที่สะสมไว้ และประการที่สองคือความเสี่ยงที่บุคลากรจะเป็นโรคตัวชาจากความเย็นเมื่อต้องทำการบำรุงรักษาเครื่องจักรเหล่านี้ การเก็บไฮโดรเจนในสถานะของแข็งสามารถแก้ปัญหาทั้งหมดนี้ได้โดยสิ้นเชิง ไฮโดรเจนจะถูกเก็บรักษาไว้อย่างปลอดภัยภายในวัสดุจนกว่าจะมีการให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดเพื่อปล่อยก๊าซออกมา โดยปกติอุณหภูมิที่ใช้ปล่อยก๊าซจะอยู่ระหว่าง 80 ถึง 150 องศาเซลเซียส เทคโนโลยีนี้ได้ถูกนำไปทดสอบใช้งานจริงแล้วในเรือและยานพาหนะบางลำที่กำลังมองหาทางเลือกเชื้อเพลิงอื่น

ความปลอดภัยเปรียบเทียบ: ไฮด์ริดโลหะ กับ ก๊าซอัดแรงดันและไฮโดรเจนในสถานะของเหลว

โลหะไฮไดรด์ทุกชนิดมีความปลอดภัยเท่ากันหรือไม่? การแก้ไขปัญหาความแตกต่างด้านความปลอดภัย

แม้ว่าโลหะไฮไดรด์จะช่วยลดความเสี่ยงในการเก็บรักษาไว้โดยธรรมชาติ แต่ระดับความปลอดภัยนั้นแตกต่างกันไปตามองค์ประกอบของวัสดุ โลหะผสมที่ใช้สังกะสีเป็นฐานมีความต้านทานการออกซิเดชันสูงกว่าทางเลือกที่ใช้แร่ธาตุหายากถึง 40% ซึ่งช่วยลดการเสื่อมสภาพในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น การควบคุมทางวิศวกรรมที่เหมาะสม เช่น ชั้นกันความร้อนและสารเคลือบกันความชื้น มีความสำคัญอย่างมากในการรักษาเกณฑ์ความปลอดภัยที่สม่ำเสมอสำหรับสูตรผสมโลหะไฮไดรด์ที่แตกต่างกัน

หลักการวิทยาศาสตร์วัสดุที่อยู่เบื้องหลังการเก็บรักษาโลหะไฮไดรด์ประสิทธิภาพสูง

วัสดุโลหะไฮไดรด์หลักสำหรับการเก็บรักษาไฮโดรเจนอย่างมีประสิทธิภาพ

ปัจจุบัน โซลูชันการจัดเก็บไฮโดรเจนในรูปแบบเมทัลไฮไดรด์ (Metal Hydride) ขึ้นอยู่กับการผสมโลหะอัลลอยพิเศษที่สามารถควบคุมปัจจัยหลัก 3 ประการ ได้แก่ ปริมาณการจัดเก็บไฮโดรเจน ความเร็วในการดูดซับไฮโดรเจน และความเสถียรโดยรวมในการเก็บพลังงาน ทางเลือกที่ใช้แมกนีเซียม (Magnesium) มีความโดดเด่น เนื่องจากสามารถจัดเก็บไฮโดรเจนได้ประมาณ 7.6 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ตามข้อมูลการวิจัยล่าสุดของ Nivedhitha และคณะเมื่อปีที่แล้ว ในขณะเดียวกัน สารผสมที่เป็นไทเทเนียม-ไอรอน (Titanium Iron) นั้นสามารถปลดปล่อยไฮโดรเจนที่จัดเก็บไว้ได้อย่างรวดเร็ว แม้ในอุณหภูมิที่ไม่สูงมากนัก สำหรับพื้นที่ที่มีข้อจำกัดด้านขนาด วัสดุที่มีวานาเดียม (Vanadium) จะมีประสิทธิภาพสูงมาก เนื่องจากสามารถจัดเก็บไฮโดรเจนในปริมาณมากในพื้นที่ขนาดเล็ก จึงเหมาะสำหรับนำไปใช้ในรถยนต์ที่ใช้พลังงานไฮโดรเจน ซึ่งทุกตารางนิ้วมีความสำคัญอย่างมาก ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมชี้ให้เห็นถึงเทคนิคการเคลือบผิวใหม่ที่พัฒนาขึ้นในช่วงสองสามปีที่ผ่านมา ซึ่งถือเป็นการเปลี่ยนแปลงเกมโดยสิ้นเชิง ชั้นเคลือบป้องกันเหล่านี้จะทำหน้าที่เป็นเกราะกันระหว่างวัสดุเมทัลไฮไดรด์ที่ไวต่อสภาพแวดล้อมกับปัจจัยภายนอก เช่น ไอน้ำและออกซิเจน ซึ่งจะทำให้ความสามารถในการจัดเก็บลดลงตามระยะเวลาที่ใช้งาน

ความหนาแน่นการเก็บไฮโดรเจน: การก้าวข้ามข้อจำกัดด้านความจุ

เมทัลไฮไดรด์มีความสามารถในการบรรจุไฮโดรเจนได้มากกว่าก๊าซอัดในพื้นที่เท่ากัน แต่โดยทั่วไปมักสู้กับไฮโดรเจนในสถานะของเหลวไม่ได้ในแง่ของประสิทธิภาพน้ำหนัก อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าล่าสุดในวัสดุระดับนาโนได้เปลี่ยนแปลงสิ่งต่าง ๆ ไป ตัวอย่างเช่น แมกนีเซียมไฮไดรด์ที่รองรับบนโครงสร้างคาร์บอนใหม่ วัสดุเหล่านี้มีพื้นที่ผิวมากกว่า ช่วยเร่งกระบวนการดูดซับและปลดปล่อยไฮโดรเจน การเติมสารต่าง ๆ เช่น นิกเกิลหรือกราฟีน ช่วยลดอุปสรรคในการเริ่มต้นใช้งานที่น่ารำคาญ ทำให้สามารถเก็บไฮโดรเจนไว้ได้อย่างมั่นคงระหว่างอุณหภูมิห้องถึงประมาณ 150 องศาเซลเซียส ตามรายงานวิจัยจาก Hardy และคณะเมื่อปีที่แล้ว การพัฒนาเหล่านี้กำลังพาเราเข้าใกล้เป้าหมายของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ โดยมีโลหะผสมบางชนิดในขั้นทดลองสามารถลดระดับความหนาแน่นพลังงานลงต่ำกว่า 1.5 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัม

นวัตกรรมในเทคโนโลยีเมทัลไฮไดรด์เพื่อประสิทธิภาพที่เหนือกว่า

การพัฒนาล่าสุดในสาขาดังกล่าวมุ่งเน้นไปที่สิ่งที่เรียกว่าวิธีการนาโนคอนไฟน์เมนต์ (nanoconfinement methods) เมื่อไฮไดรด์ถูกนำไปไว้ภายในโครงสร้างแบบรูพรุนพิเศษเหล่านี้ มันสามารถปล่อยไฮโดรเจนได้เร็วขึ้นถึง 40 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิม นักวิจัยยังพบว่า การใช้สารเคลือบคอมโพสิตที่ทำจากไทเทเนียมไดออกไซด์หรือวัสดุพอลิเมอร์ชนิดต่างๆ ช่วยให้แบตเตอรี่มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นมาก โดยบางการทดสอบแสดงให้เห็นว่าสามารถชาร์จและคายประจุได้มากกว่า 5,000 รอบเต็มโดยไม่สูญเสียความจุที่สำคัญ ถ้าพิจารณาผลงานวิจัยล่าสุดที่เผยแพร่ในปี 2024 นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างวัสดุไฮบริดอัจฉริยะโดยการรวมแมกนีเซียมที่เบากว่ากับโลหะหายากบางชนิดที่ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา การผสมผสานนี้ช่วยลดอุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับกระบวนการชาร์จใหม่ให้อยู่ที่ประมาณ 80 องศาเซลเซียส ซึ่งถือว่าน่าประทับใจมาก เมื่อมีการปรับปรุงในลักษณะเช่นนี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว โลหะไฮไดรด์เริ่มมีศักยภาพเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการกักเก็บพลังงานหมุนเวียนในปริมาณมากบนโครงข่ายไฟฟ้า และแม้กระทั่งการใช้ขับเคลื่อนเครื่องบินในอนาคตอันใกล้

ประสิทธิภาพ จลนพลศาสตร์ และการจัดการความร้อนในระบบจริง

จลนพลศาสตร์การดูดซับและการคายตัวในระบบการเก็บไฮโดรเจนแบบเมทัลไฮไดรด์

อัตราการดูดซับและปล่อยไฮโดรเจนมีผลสำคัญต่อประสิทธิภาพของระบบเมทัลไฮไดรด์ในงานประยุกต์ใช้จริง ระบบที่ใช้การอัดก๊าซความดันสูงต้องใช้พลังงานเริ่มต้นเพียงเล็กน้อย แต่ระบบเมทัลไฮไดรด์จำเป็นต้องควบคุมอุณหภูมิและความดันให้เหมาะสมเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพในการทำงานที่ดี งานวิจัยเมื่อปีที่แล้วมีการรายงานผลลัพธ์ที่น่าสนใจ โดยการทดสอบโลหะผสมไฮไดรด์ใหม่ที่ผสมเข้ากับตัวเร่งปฏิกิริยาแบบนิเกิล พบว่าสามารถลดเวลาการคายไฮโดรเจนลงได้ประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับวัสดุทั่วไป ขณะที่ยังคงคุณภาพของไฮโดรเจนไว้ที่ระดับสูงถึง 99.5 เปอร์เซ็นต์ การพัฒนาในลักษณะนี้กำลังแก้ไขปัญหาหลักที่มักถูกมองว่าเป็นอุปสรรคต่อการนำระบบเก็บไฮโดรเจนมาใช้โดยทั่วไป นั่นคือ การให้พลังงานออกมาได้มากพอในเวลาที่ต้องการ และมีความเร็วในการให้พลังงานใกล้เคียงกับเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน

ความท้าทายด้านการจัดการความร้อนในระบบการเก็บไฮโดรเจนแบบสถานะของแข็ง

การจัดการการถ่ายเทความร้อนมีความสำคัญมาก เพราะเมื่อไฮโดรเจนถูกดูดซับ มันจะปล่อยความร้อนออกมา (กระบวนการนี้เรียกว่า การคายความร้อน หรือ exothermic) แต่เมื่อต้องการปล่อยไฮโดรเจนออกมาอีกครั้ง ระบบจะต้องให้พลังงานเข้าไปเพื่อช่วยในการปล่อย (ซึ่งทำให้เป็นกระบวนการดูดความร้อนเข้า หรือ endothermic) ปัจจุบัน โรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่หลายแห่งเริ่มใช้เทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์ (AI) ในการควบคุมอุณหภูมิ ทำให้สามารถรักษาความเสถียรของอุณหภูมิในระดับประมาณ +/- 2 องศาเซลเซียส ตลอดทั้งระบบจัดเก็บพลังงาน การทำให้เกิดความแม่นยำในระดับนี้ ช่วยป้องกันการเสื่อมสภาพของโครงสร้างผลึกในโลหะไฮไดรด์ ซึ่งเคยเป็นสาเหตุทำให้เกิดการสูญเสียประสิทธิภาพประมาณ 15 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ หลังจากผ่านการชาร์จซ้ำประมาณ 500 รอบ เราได้เห็นการติดตั้งจริงในสภาพแวดล้อมของไมโครกริด ที่สามารถให้ประสิทธิภาพการคืนพลังงานอยู่ที่ประมาณ 92 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งวิศวกรเรียกว่า ประสิทธิภาพการหมุนเวียนพลังงาน (round trip efficiency) เมื่อมีการใช้งานระบบจัดการความร้อนอัจฉริยะ พร้อมกับอัลกอริทึมการพยากรณ์ที่เหมาะสม

การควบคุมสมดุลระหว่างความปลอดภัยและความหนาแน่นพลังงานในงานอุตสาหกรรม

การพัฒนาใหม่ในเทคโนโลยีเมทัลไฮไดรด์ กำลังเริ่มแก้ปัญหาแบบดั้งเดิมที่เคยมีมาช้านาน ซึ่งคือการรักษาความปลอดภัยควบคู่ไปกับความหนาแน่นในการเก็บรักษา ปัจจุบัน คอมโพสิตแมกนีเซียมสามารถกักเก็บไฮโดรเจนได้ที่ระดับประมาณ 7.6 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ซึ่งจริงๆ แล้วสูงกว่าเป้าหมายที่กระทรวงพลังงานกำหนดไว้สำหรับปี 2025 และยังสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิเพียง 30 องศาเซลเซียส ลดลงมากจากอุณหภูมิสูงถึง 250 องศาที่จำเป็นในรุ่นเก่า เมื่อวิศวกรนำเมทัลไฮไดรด์เหล่านี้มาผนวกเข้ากับวัสดุเปลี่ยนเฟสพิเศษ พวกเขาสามารถลดปัญหาความร้อนล้น (thermal runaways) ที่เป็นอันตรายลงได้ราว 30 เปอร์เซ็นต์ เรายังได้เห็นการทำงานจริงจากแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น ระบบพลังงานสำรองที่สามารถทำงานต่อเนื่องมานานกว่า 12,000 ชั่วโมงโดยไม่มีปัญหาด้านความปลอดภัยรายงานเข้ามาเลย มองไปข้างหน้า ความก้าวหน้าเหล่านี้ดูเหมือนจะวางตำแหน่งการจัดเก็บในสถานะของแข็ง (solid state storage) ไว้อย่างโดดเด่น ให้เป็นทางเลือกของไฮโดรเจนครั้งแรกที่อาจเป็นไปได้จริง ซึ่งสามารถตอบสนองทั้งข้อกำหนดด้านพลังงานที่เข้มงวดของอุตสาหกรรม และมาตรฐานความปลอดภัยที่เคร่งครัดตามระเบียบข้อกำหนดต่างๆ เช่น OSHA 1910.103

การประยุกต์ใช้งานการจัดเก็บไฮโดรเจนด้วยเมทัลไฮไดรด์ในโลกแห่งความเป็นจริง

ระบบกักเก็บพลังงานแบบติดตั้งถาวร: ไฮโดรเจนที่ปลอดภัยสำหรับระบบไมโครกริดและระบบสำรองไฟฟ้า

การเพิ่มขึ้นของการจัดเก็บไฮโดรเจนด้วยเมทัลไฮไดรด์กำลังเปลี่ยนวิธีที่เราคิดเกี่ยวกับระบบสำรองพลังงานในสถานที่ถาวร ระบบแบบดั้งเดิมต้องใช้อุปกรณ์ที่มีความดันสูงและมีค่าใช้จ่ายสูงมากมาย แต่เมทัลไฮไดรด์สามารถจัดเก็บไฮโดรเจนไว้ภายใต้ความดันบรรยากาศปกติได้อย่างปลอดภัย ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยโดยรวม เนื่องจากไม่มีความเสี่ยงต่อการระเบิด นั่นจึงเป็นเหตุผลที่บริษัทต่างๆ เริ่มหันมาใช้ระบบเหล่านี้สำหรับโครงการไมโครกริด และความต้องการพลังงานฉุกเฉินของตนเอง ตามรายงานการวิจัยที่เผยแพร่เมื่อปีที่แล้วในวารสาร Journal of Energy Storage ระบุว่า ระบบเมทัลไฮไดรด์สามารถบรรลุมาตรฐานความปลอดภัยได้ประมาณ 98 เปอร์เซ็นต์เมื่อใช้งานในสถานที่สำคัญ ในขณะที่วิธีการแบบเก่ายังคงอยู่ที่ประมาณ 72 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น ช่องว่างเช่นนี้มีความสำคัญอย่างมากเมื่อพูดถึงการปกป้องโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญในช่วงที่ไฟฟ้าดับ

การขนส่ง: ยานพาหนะที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงที่มีระบบจัดเก็บไฮโดรเจนในสถานะของแข็ง

รถยนต์และยานพาหนะอื่น ๆ ได้รับประโยชน์จริงจากการจัดเก็บไฮโดรเจนด้วยโลหะไฮไดรด์ เนื่องจากมีพื้นที่ใช้สอยน้อยกว่าและทำงานได้ดีขึ้นเมื่ออยู่ในสภาวะเคลื่อนที่ ยานพาหนะที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงซึ่งใช้เทคโนโลยีนี้ไม่จำเป็นต้องเผชิญกับปัญหาการใช้พื้นที่แบบเดียวกันกับไฮโดรเจนในสถานะของเหลว หรือแบกน้ำหนักเพิ่มจากถังความดันที่หนักกว่า งานวิจัยที่ตีพิมพ์เมื่อปีที่แล้วในวารสาร International Journal of Hydrogen Energy ยังได้แสดงข้อมูลที่น่าสนใจอีกด้วยว่า รถโฟล์คลิฟท์ที่ติดตั้งระบบจัดเก็บไฮโดรเจนแบบโลหะไฮไดรด์สามารถใช้งานได้ไกลกว่าถึงประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับรถที่ใช้ถังก๊าซอัดแบบปกติ สิ่งที่ทำให้ระบบนี้น่าสนใจยิ่งขึ้นคือ ความสามารถในการทำงานได้ดีแม้อยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิเย็นจัดจนถึงระดับลบ 30 องศาเซลเซียส ซึ่งช่วยแก้ปัญหาใหญ่ให้กับรถบรรทุกส่งของไฟฟ้าและยานพาหนะเพื่อการขนส่งอื่น ๆ ที่มักต้องเริ่มต้นการทำงานในสภาพอากาศหนาว ซึ่งระบบทั่วไปมักมีปัญหาในการใช้งาน

พลังงานแบบพกพา: ระบบโลหะไฮไดรด์ในโดรนและอุปกรณ์ฉุกเฉิน

สำหรับอุปกรณ์แบบพกพา เราต้องการระบบกักเก็บไฮโดรเจนที่มีน้ำหนักเบาและไม่เกิดความล้มเหลวในช่วงเวลาที่จำเป็นมากที่สุด ไฮไดรด์โลหะทำงานได้เป็นอย่างดีในด้านนี้ โดยให้พลังงานที่กักเก็บไว้ได้ประมาณ 1.5 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม และสามารถใช้งานได้อย่างราบรื่นแม้ในสภาพแวดล้อมที่ท้าทาย ตัวอย่างเช่น โดรนสำหรับตอบสนองเหตุฉุกเฉิน ซึ่งเครื่องเหล่านี้สามารถบินต่อเนื่องได้นานกว่าหกชั่วโมงโดยไม่ต้องเติมเชื้อเพลิงเลย ซึ่งนานกว่าแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนประมาณเท่าตัว จากการศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Alloys and Compounds ได้ชี้ให้เห็นถึงความสำคัญของระบบเหล่านี้ในช่วงเกิดภัยพิบัติ เนื่องจากสามารถนำไปใช้ได้ทันทีและไม่รั่วไหลภายใต้แรงดัน นอกจากนี้ ประโยชน์ในลักษณะเดียวกันนี้ยังใช้ได้กับสถานีตรวจสอบระยะไกลและอุปกรณ์ทางทหารอีกด้วย ซึ่งในกรณีเหล่านี้แหล่งเชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมมักจะสร้างปัญหาในการขนส่งและอุบัติเหตุที่อาจเกิดขึ้น

คำถามที่พบบ่อย: การกักเก็บไฮโดรเจนด้วยไฮไดรด์โลหะ

ไฮไดรด์โลหะคืออะไร?

ไฮไดรด์โลหะเป็นสารโลหะที่สามารถดูดซับและปล่อยไฮโดรเจนได้ ไฮไดรด์โลหะถูกใช้ในโซลูชันการจัดเก็บไฮโดรเจนโดยการจับยึดอะตอมไฮโดรเจนไว้ภายในโครงสร้างของมัน ทำให้สามารถจัดเก็บไฮโดรเจนได้อย่างปลอดภัยที่ความดันต่ำกว่า

การจัดเก็บด้วยไฮไดรด์โลหะปลอดภัยกว่าวิธีการจัดเก็บไฮโดรเจนแบบดั้งเดิมอย่างไร

การจัดเก็บด้วยไฮไดรด์โลหะมักใช้ความดันต่ำกว่าถังก๊าซอัด และไม่จำเป็นต้องใช้สภาวะอุณหภูมิที่ต่ำจัดเหมือนการจัดเก็บไฮโดรเจนในสถานะของเหลว สิ่งนี้ช่วยลดความเสี่ยงในการระเบิดอย่างมาก และทำให้การจัดการมีความปลอดภัยมากขึ้น

ทำไมไฮไดรด์โลหะจึงถูกมองว่ามีความสำคัญต่อการเปลี่ยนผ่านไปสู่พลังงานสะอาด

ไฮไดรด์โลหะมีความหนาแน่นในการจัดเก็บสูงกว่าวิธีการดั้งเดิม และช่วยแปลงพลังงานหมุนเวียนส่วนเกินให้กลายเป็นไฮโดรเจน ทำให้เกิดการจัดเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพและสามารถเก็บพลังงานไว้ได้นาน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญต่อการผนวกรวมแหล่งพลังงานหมุนเวียนเข้ากับระบบสายส่งไฟฟ้า

มีการประยุกต์ใช้งานไฮไดรด์โลหะในการจัดเก็บไฮโดรเจนอย่างไรบ้าง

การประยุกต์ใช้งานรวมถึงการจัดเก็บพลังงานแบบสถิตในไมโครกริด การใช้งานในยานพาหนะเซลล์เชื้อเพลิงสำหรับการขนส่ง และโซลูชันพลังงานแบบพกพา เช่น โดรนและอุปกรณ์ฉุกเฉิน

สารประกอบโลหะไฮไดรด์ทุกชนิดมีความปลอดภัยเท่ากันหรือไม่

ไม่ ความปลอดภัยอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของสารประกอบไฮไดรด์ ตัวอย่างเช่น โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นองค์ประกอบหลักมีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ดีกว่าสารประกอบโลหะหายากบางชนิด จึงช่วยเพิ่มความปลอดภัยในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย