Исследователи пришли к выводу, что геологическое хранение газообразного водорода может позволить производить и распространять большое количество водородного топлива для растущего рынка электромобилей на топливных элементах.Решения для геологического хранения могут обслуживать ряд ключевых рынков водорода, поскольку «затраты в большей степени зависят от доступной геологии, чем от размера спроса на рынке водорода», — сказала Анна Снайдер Лорд из Sandia, главный исследователь исследования.По словам лорда, эта работа может предоставить дорожную карту для дальнейших исследований и демонстрационных мероприятий, таких как изучение экологических проблем и геологических образований в крупных мегаполисах, которые могут удерживать газ. Затем исследователи могли определить, смешивается ли газообразный водород с остаточным газом или нефтью, вступает ли он в реакцию с минералами в окружающей породе или создает какие-либо проблемы для окружающей среды.
Хранение рассматривается как ключ к росту рынка водородаПо словам Дэниела Дедрика, если рыночный спрос на водородное топливо возрастет с появлением электромобилей на топливных элементах, США будут нуждаться в производстве и хранении большого количества экономичного водорода из внутренних источников энергии, таких как природный газ, солнце и ветер. Сандия, руководитель водородной программы.
По мере того как Toyota, General Motors, Hyundai и другие продвигаются вперед с планами по разработке и продаже или аренде электромобилей на водородных топливных элементах, практическое хранение водородного топлива в больших объемах необходимо для создания широко распространенной транспортной инфраструктуры, работающей на водороде. По словам Дедрика, такие варианты хранения необходимы для полной реализации потенциала водорода для транспортировки.Кроме того, установка систем электролизеров в электрических сетях для производства электроэнергии из газа, которые объединяют возобновляемые источники энергии, сетевые услуги и хранение энергии, потребует экономически эффективных хранилищ водорода большой емкости.
По словам лорда, для наземного хранения требуются резервуары, которые стоят в три-пять раз дороже, чем геологические хранилища. Помимо экономии затрат, подземное хранение газообразного водорода дает преимущества по объему. «Наземные резервуары даже не могут сравниться с количеством водородного газа, которое может храниться под землей», — сказала она.Огромные количества водорода, хранящиеся в геологических объектах, впоследствии могут быть распределены в виде газа или жидкости под высоким давлением для обеспечения рынков водородного топлива.Модель помогает определить наиболее подходящие места хранения
Хотя геологическое хранение может оказаться жизнеспособным вариантом, необходимо изучить несколько вопросов, сказал Лорд, включая проницаемость различных геологических формаций.Геолог в группе геотехнологий и инженеров Sandia, Лорд в течение многих лет участвовал в геологическом хранении Стратегического нефтяного резерва США, крупнейшего в мире аварийного запаса сырой нефти.
Для своего исследования геологического хранения Лорд и ее коллеги проанализировали и переработали модуль геологического хранения модели анализа сценария доставки водорода Аргоннской национальной лаборатории. Чтобы помочь усовершенствовать модель, Лорд изучил хранение водорода в соляных пещерах, чтобы удовлетворить пиковый летний спрос в четырех городах: Лос-Анджелесе, Хьюстоне, Питтсбурге и Детройте.Она определила, что следует хранить на 10 процентов выше средней дневной потребности в течение 120 дней. Затем она смоделировала, сколько водорода потребуется каждому городу, если водород удовлетворяет 10, 25 и 100 процентов его потребностей в топливе для двигателей.
Население Лос-Анджелеса в три раза превышает население Детройта и более чем в шесть с половиной раз превышает население Питтсбурга, но ближайшие соляные образования находятся в Аризоне, поэтому Лорд включил стоимость доставки хранимого водорода из Аризоны в Лос-Анджелес.Даже в этом случае смоделированные затраты Лос-Анджелеса значительно меньше, чем затраты Детройта и Питтсбурга. Соляные образования в Аризоне толще, чем в Детройте и Питтсбурге, с пещерами больше и меньше. Хьюстон имеет лучшие условия из четырех городов, потому что побережье Мексиканского залива предлагает большие глубокие соляные образования.
Чтобы изучить стоимость геологического хранения водорода, Лорд начал с выбора геологических формаций, в которых в настоящее время хранится природный газ. Работая с экономистом Sandia Питером Кобосом, Лорд проанализировал затраты на хранение газообразного водорода в истощенных нефтегазовых резервуарах, водоносных горизонтах, соляных пещерах и пещерах с твердыми породами.
Их статья «Геологическое хранение водорода: масштабирование для удовлетворения потребностей городского транспорта» была опубликована в Международном журнале водородной энергетики.Геологическое решение для хранения в пиковый период
Другие виды топлива уже хранятся геологически. Нефть из Стратегического нефтяного резерва, например, хранится в больших искусственных пещерах вдоль побережья Мексиканского залива. Природный газ хранится более чем в 400 геологических объектах, чтобы обеспечить потребности в отоплении зимой.
Лорд предполагает, что избыточный водород, производимый в течение года, может быть доставлен в геологические хранилища, а затем по трубопроводу доставлен в города летом, когда спрос на топливо для двигателей достигает пика.По ее словам, истощенные залежи нефти и газа и водоносные горизонты изначально кажутся наиболее экономически привлекательными вариантами. «Просто глядя на цифры, поскольку они могут вместить гораздо больший объем по сравнению с любой пещерой, которую вы создаете, они выглядят дешевле», — сказала она.Но газообразный водород сложно хранить. «Так как это меньшая молекула, чем, например, метан, у него есть возможность легче просачиваться и быстрее перемещаться через породу», — сказал Лорд.Из истощенных нефтегазовых резервуаров и водоносных горизонтов может происходить утечка водорода, а циклическое движение — заполнение места хранения, извлечение водорода для использования и повторное заполнение участка — нельзя проводить чаще одного или двух раз в год, чтобы сохранить целостность породы. построение, сказал лорд.
По ее словам, с соляной пещерой или пещерой с твердыми породами «нет проблем с проницаемостью, нет никакой возможности протекать». «Вы можете ввозить и вывозить больше продукции, и это, в конечном итоге, снизит ваши затраты».Пещеры твердых пород относительно недоказаны; только на одном участке есть природный газ. Но соляные пещеры, которые создаются на глубине от 1000 до 6000 футов под землей путем бурения скважин в соляных образованиях, закачивания недонасыщенной воды для растворения соли, а затем откачки полученного рассола, используются более широко и уже хранят водород в ограниченном масштабе, Господь сказал.Будущие вызовы
Лорд сказал, что ее работа может привести к демонстрационным проектам, которые еще больше укрепят жизнеспособность подземных хранилищ водорода. По ее словам, соляные пещеры — это логичный выбор для пилотного проекта, поскольку они доказали свою способность удерживать водород. Экологические проблемы, такие как загрязнение, также могут быть проанализированы дополнительно.Однако солевые образования ограничены.
Их нет на северо-западе Тихого океана, большей части восточного побережья и большей части юга, за исключением района побережья Мексиканского залива. Другие варианты необходимы для развития общенациональной системы хранения водорода.Работа Лорда расширяет возможности и многолетний опыт Сандии в системах водородных и топливных элементов.
Сандиа возглавляет ряд других исследований в области водорода, в том числе проект по исследованию инфраструктуры водородного топлива и технологии станций (H2FIRST), совместно возглавляемый Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL), демонстрацию морских топливных элементов, проект развития, ориентированный на водородные двигатели. вилочные погрузчики и недавнее исследование количества заправочных станций в Калифорнии, которые могут безопасно хранить и распределять водород.