I lys av de høye engangskostnadene ved bygging av langdistanse hydrogenrørledninger, har teknologien for å bruke eksisterende naturgassrørledninger til transport av hydrogenberiket naturgass eller konvertere naturgassrørledninger til hydrogenrørledninger fått stor oppmerksomhet. Sammenlignet med naturgassrørledninger er dagens konstruksjonsomfang for hydrogenrørledninger fortsatt relativt lite, og både rørdiameteren og designtrykket er mindre enn for naturgassrørledninger. Dette gjenspeiles i den globale sammenligningen av byggestatusen for hydrogen- og naturgassrørledninger.

Hvordan bruke eksisterende naturgassrørledninger til hydrogentransport og videre utvikle dem til rene hydrogenrørledninger er en av de viktigste veiene for den raske utviklingen av hydrogenrørledninger. I 2019 ble verdens første hydrogenrørledning, omdannet fra en naturgassrørledning, tatt i bruk mellom Dow Benelux og Yara. I Kina ble det i 2018 lansert Chaoyang Renewable Energy Hydrogen Demonstration Project av State Power Investment Corporation, som benytter "grønt hydrogen" produsert ved elektrolyse av vann med fornybar energi, blandet med naturgass for bruk i gasskjeler. Prosjektet har vært i drift i ett år med en 10 % hydrogenblanding og har vært trygt operert.

Det er viktig å merke seg at den innenlandske blandede transmisjonen av hydrogen og naturgass på kort sikt i stor grad vil være begrenset til eksperimentelle forskningsprosjekter og pilotdemonstrasjoner. Det er også betydelige forskjeller i de fysiske egenskapene til hydrogen og naturgass. For eksempel har hydrogen en lavere tetthet, men en langt høyere kaloriverdi per enhet masse enn naturgass. Hydrogen er lettere å antenne, og flammehastigheten er mye raskere enn den for naturgass.

En annen viktig forskjell er sikkerheten. Hydrogen kan diffundere i jern, noe som kan føre til "hydrogensprøhet", men dette er ikke et problem for naturgass. Derfor kan ikke hydrogenrørledninger bygges etter samme standarder som naturgassrørledninger. Dette medfører at det fortsatt er et behov for videre vurdering av mulighetene for å modifisere naturgassrørledninger og transportere hydrogenblandet naturgass. Det mangler også relevante standarder for hydrogenrørledninger i mange land, inkludert Kina.

De fleste internasjonale standardene for design av hydrogenrørledninger omfatter ASME B31.12:2019 for langtids hydrogenrørledninger og CGA G-5.6:2005 for systemer for hydrogenrørledninger. I Kina finnes det per i dag ingen spesifikke standarder for langdistanse hydrogenrørledninger, kun forskrifter for kortdistanse hydrogenforsyning i stasjoner og rørledninger i små verksteder.

I tillegg til designen av selve rørledningen, er det viktig å merke seg at materialene som benyttes i hydrogenrørledninger må tas i betraktning på en annen måte enn i naturgassrørledninger. Den såkalte "materialytelsesfaktoren" for hydrogenrørledninger er høyere, noe som påvirker beregningen av veggtykkelsen på rørene. Denne faktoren reflekterer hvordan hydrogen påvirker de mekaniske egenskapene til metallrør, og ved å øke materialytelsesfaktoren vil den beregnede veggtykkelsen øke, samtidig som designtrykket må reduseres. Dette bidrar til å sikre langdistanse hydrogenrørledningens sikkerhet.

Det finnes også ulike kompresjonsteknologier som benyttes i storskala hydrogenrørledningstransport. Piston-, sentrifugal- og membrankompressorer er de mest brukte metodene for å komprimere hydrogen til transport. Hver teknologi har sine fordeler og ulemper, men det er behov for spesifikke tilpasninger på grunn av hydrogens ekstremt lave molekylvekt. Membrankompressorer, for eksempel, kan oppnå høyere trykk, men det er begrensninger knyttet til storskala produksjon og vedlikehold. Metal hydride-kompressorer er mer kompakte og krever minimalt vedlikehold, men teknologien er fortsatt under utvikling for storproduksjon.

For å implementere disse teknologiene effektivt er det nødvendig med ytterligere utvikling og standardisering av både designkravene og de nødvendige materialene som skal benyttes. Dette er et kontinuerlig arbeid som krever samarbeid mellom forskere, ingeniører og regulatoriske organer.

Endtext

Hvordan Ammoniakboran og Dens Derivater Kan Brukes til Hydrogenlagring

Katalysatorer har vist seg å være svært effektive i hydrolyseprosesser for å frigjøre hydrogen fra ammoniakboran, med en TOF-verdi på 231 mol H2/(molRu⋅min). Under lysforhold dannes fotogenererte elektroner og hull (e−-h+), som kan migrere til katalysatorens overflate og delta i redoksreaksjoner. Dette gjør det mulig for slike ladningsoverføringsprosesser å også katalysere hydrolysen av ammoniakboran og dermed frigjøre hydrogen. Studier har vist at under synlig lys kan hastigheten på hydrogenproduksjon fra ammoniakboran økes tre ganger sammenlignet med mørke forhold, og nå 426 mol H2/(molkat⋅min). Dette skyldes at den elektriske feltstyrken på overflaten økes under lysforhold, og varme elektroner konsentreres ved kantene og toppene av katalysatorcellene. Denne prosessen svekker den ujevne ladningsfordelingen på B-N-båndet, noe som letter vannmolekylenes angrep og dermed øker reaksjonens effektivitet.

Videre er det flere viktige retninger for videre utvikling av hydrogenproduksjon fra ammoniakboran-hydrolyse. En viktig tilnærming er å utvikle billigere katalysatorer som samtidig opprettholder god resirkulerbarhet og høy holdbarhet, for eksempel ved bruk av magnetiske materialer eller integrerte metallskumkatalysatorer. Lysinduksjon er også en fordelaktig metode for hydrolyseprosessen, da den kan redusere energiforbruket ved å bruke sollys til å drive reaksjonen. I tillegg, selv om dehydrogeneringen av ammoniakboran er en eksoterm prosess, gjør termodynamiske begrensninger det vanskelig å oppnå reversibel hydrogenlagring, og dermed er det viktig å fokusere på billige syntesemetoder for å regenerere ammoniakboran fra dehydrogenerte produkter.

Ammoniakboran og dets derivater, som metallelementer (M) som substituerer H-atomene som er koblet til N-atomet i ammoniakboranmolekylet, gir forbedrede egenskaper for hydrogenfrigjøring. Disse derivatene, kjent som metal-ammoniakboran (MAB), kan inkludere forbindelser som LiAB, NaAB, KAB, MgAB, og andre. MAB har vist seg å ha bedre ytelse enn ammoniakboran når det gjelder både hydrogenfrigjøring og undertrykkelse av gassforurensninger. MAB kan syntetiseres via to hovedmetoder: solid-state mekanisk ballmilling og våt kjemisk syntese. Ved ballmilling kan partikkelstørrelsen reduseres effektivt, og dette gir et større reaktivt overflateareal, mens våt kjemisk syntese forbedrer materialoverføringen, selv om den kan innebære utfordringer knyttet til rensing av løsemiddel og produktets renhet.

Dehydrogenering av MAB skjer ved lavere temperaturer sammenlignet med ammoniakboran, og for eksempel kan LiAB frigjøre hydrogen ved 91 °C med en høy frigjøringshastighet på rundt 8 vektprosent H2 etter én time. Videre kan bimetalliske ammoniakboranforbindelser gi enda bedre resultater, da de skaper unike strukturelle arrangementer som forbedrer dehydrogeneringsprosessen og øker mengden frigjort hydrogen, samtidig som det reduserer mengden biprodukt som NH3.

I tillegg til metal-ammoniakboran og bimetalliske varianter, er det også blitt syntetisert derivater som inneholder både B-H og N-H grupper, som LiAB⋅AB, LiNH3BH4, og LiNH(BH3)NH2BH3. For eksempel viser LiAB⋅AB, som dannes ved sammenslåing av LiAB og AB, forbedret hydrogenfrigjøring ved lave temperaturer (for eksempel 6 vektprosent H2 ved 57 °C), og kan frigjøre opptil 14 vektprosent H2 ved 228 °C, mens rent ammoniakboran krever mye høyere temperaturer for fullstendig dehydrogenering.

Selv om metal-ammoniakboran og dets derivater har en høy kapasitet for hydrogenlagring og frigjøring ved lave temperaturer, er den irreversible naturen til hydrogenfrigjøringen en utfordring. Dette innebærer en lav energigjenvinningsverdi over tid, og derfor er systemene fortsatt på forskningsstadiet. Utviklingen av metoder for å forbedre syklisk energiutnyttelse og reversibel hydrogenlagring er et viktig fokus for fremtidig forskning.

Hvordan vetenskapen utforsker sin egen grense
Hvordan fleksible skumtester og formuleringer påvirker produktkvalitet og sikkerhet
Hvordan forbedrer tekstdrevet bevegelsesgenerering ytelsen gjennom effektiv oppmerksomhet og henteteknikker?
Hvordan fungerer Nesterovs akselerasjon og adaptive optimaliseringsmetoder?
Hva er behandlingen ved akutt trombosert hemorroide, og hvilke forskjeller finnes i cellulittinfeksjoner?
Hvordan bygge en sterk merkevare: Visuell identitet, tone of voice og kundeopplevelse