Studie oor grootskaalse potensiaal om hernubare waterstof te stoor

Navorsing wat tans by die Noordwes-Universiteit (NWU) uitgevoer word oor nuwe en beter maniere om waterstof te stoor, kan daartoe lei dat kragfluktuasies wat soms met hernubare energiebronne geassosieer word iets van die verlede word.  

Die HySA-bevoegdheidsentrum by die NWU verduidelik die stoorprobleem soos volg:

Elektriese energie wat uit hernubare energiebronne soos wind- en sonenergie geproduseer word, word gebruik om waterstof te genereer deur ’n proses wat as waterelektrolise bekend staan.

Waterstof word dan gebruik as ’n brandstof vir protonuitruilmembraan-brandstofselle (PEM-brandstofselle) om elektrisiteit te produseer en om die onderbreking in hernubare energiebronne minder te maak.  

Ten spyte hiervan is daar steeds ’n behoefte om surplusenergie in die vorm van waterstof te stoor om kragfluktuasies uit te skakel.

HySA meen dat as hierdie fluktuasies opgelos word deur metodes te vind om waterstof te stoor, ’n magdom moontlikhede – benewens stilstaande en mobiele kragtoepassings – vir die aanwending van hernubare waterstof geskep kan word. Hernubare waterstof kan byvoorbeeld as voermateriaal in talle industriële prosesse gebruik word, insluitende vir die vervaardiging van staal, die produksie van margarien met die hidrogenasie van plantolies, die produksie van dryfglas, en die produksie van chemikalieë en petrochemikalieë.

Hierdie toepassings is tans beperk, aangesien dit moeilik is om waterstof as gevolg van die lae volumetriese digtheid daarvan te stoor. Tradisionele tegnologieë vir die stoor van waterstof is gewoonlik duur, energie-intensief en ondoeltreffend.

Dit is in die lig hiervan dat die HySA-bevoegdheidsentrum, wat deur prof Dmitri Bessarabov gelei word en gesamentlik deur die NWU en die Wetenskaplike en Nywerheidsnavorsingsraad bedryf word, verskeie navorsingsprojekte begin het om alternatiewe stoormetodes vir waterstof te vind.

Een van hierdie metodes het tegnologie met vloeibare organiese waterstofdraers (LOHC) gebruik, waar waterstof in die vorm van hitte-oordragolie – wat as Marlotherm-SH beskikbaar is – gestoor word.  Hierdie olie is ’n mengsel van dibensieltolueen-isomere, wat in talle bedryfstoepassings soos ’n isolerende olie in elektriese transformators, die indirekte verhitting van reaktors, farmaseutiese middels, ens. gebruik word.  

Hoe LOHC werk

Hernubare waterstof wat uit waterelektrolise geproduseer word, kan chemies aan die LOHC-molekule (byvoorbeeld dibensieltolueen) bind, en op hierdie wyse word die hantering van waterstofgas uitgeskakel.  Dit is bloot die stoor van waterstof deur middel van ’n katalitiese hidrogenasiereaksie om ’n waterstofryke molekule (perhidrodibensieltolueen) te produseer. Waterstof word deur ’n katalitiese dehidrogenasieproses uit hierdie molekule vrygestel, en ’n waterstofarm molekule (dibensieltolueen) word geproduseer.

Dit is ’n omkeerbare proses en die molekule maak talle siklusse van hidrogenasie en dehidrogenasie moontlik.

Dibensieltolueen kan vir lang tye onder normale toestande gestoor word (omgewingstemperatuur en -druk) sonder dat dit vrygestel word, en volgens HySA is seisoenale energiestoring dus moontlik. Dibensieltolueen-gebaseerde LOHC is voorts nie giftig nie, dis nievlambaar en ontplof nie. Anders as diesel of petrol, kan dit ook nie opgebruik word nie, en net waterstof word vrygestel of gestoor.

Hierdie LOHC-molekule word nie as gevaarlike goedere geklassifiseer nie en kan met behulp van bestaande infrastruktuur vir brandstof, soos tenks, vragmotors en skepe, vervoer word.

Suid-Afrika het reusepotensiaal

HySA glo dat Suid-Afrika die natuurlike hulpbronne het om dit ’n internasionale kragreus vir hernubare energie in die toekomstige energiemark te maak. LOHC-tegnologie kan ’n belangrike rol in die stoor, vervoer en verhandeling van hierdie hernubare energieë wees.

Die LOHC-tegnologie is tans vir beweeglikheid en waterstoflogistiek in waterstofvulstasies ontplooi.  Die nuwe ontwikkelings word in die spoorweg- en seevaartbedrywe uitgebrei.

LOHC-tegnologie in Suid-Afrika is tot dusver slegs by HySA Infrastructure bevoegdheidsentrum beskikbaar.  Opdrag vir ’n hidrogenasiestelsel op prekommersiële skaal vir die stoor van waterstof saam met Framatome is onlangs ontvang, en is tans in bedryf. Hierdie stelsel is ten volle geoutomatiseer en het die kapasiteit om 4 Nm3/hr waterstof te stoor.

Dit is opwindende ontwikkelings op die belowende gebied van hernubare energieë waarvan die resultate gretig afgewag word namate die hidrogenasieprojek vorder.

hydrogenation system
Laboratoriumskaal-hidrogenasiestelsel.

 Pre-commercial hydrogenation plant
’n Prekommersiële hidrogenasie-aanleg wat in samewerking met Framatome GmbH verkry is.

 

Submitted by MARELIZE SANTANA on Wed, 09/22/2021 - 08:40