Lagringsteknologier

For at en hydrogenbil skal kunne oppnå en akseptabel kjørelengde ligger det derfor en betydelig utfordring i å få lagret nødvendig hydrogenmengde om bord i bilen.

Det er grovt sett tre hovedmetoder å lagre hydrogen på:

• Nedkjøling av hydrogenet til det blir flytende (-253 C), og oppbevaring i godt isolerte tanker.

• Komprimering av hydrogenet og oppbevaring på trykktanker.

• Lagring av hydrogen gjennom kjemisk binding til et annet stoff.

Flytende hydrogen

Flytende hydrogen har mange fordeler, blant annet lav vekt og volum på tankene. Dette gjør at hydrogenbiler med et tanksystem for flytende hydrogen får god rekkevidde. Men dagens nedkjølingsteknologi er energikrevende,og et nedkjølingsanlegg er dessuten en stor investering. For flytendegjøring av hydrogen er energibehovet med dagens teknologi omlag 10 kWh per kg H₂. I tillegg har man under lagring av flytende hydrogen et tap ved fordampning av størrelsesorden 0,1 – 3 prosent hydrogen per dag. Det er under utvikling mer energieffektive nedkjølingsmetoder, men ettersom det ikke finnes noe nedkjølingsanlegg i Norge anser vi derfor bruk av flytende hydrogen i Norge for urealistisk på kort sikt.

Komprimert hydrogen

Bruk av komprimert hydrogen har mange likhetstrekk med bruk av andre gasser under trykk, som for eksempel naturgass. Komprimert hydrogen er i dag handelsvare som selges ved mange av landets gassutsalg. I forbindelse med salg av hydrogen til industrivirksomhet brukes tradisjonelle gasstanker av stål. Disse tankene er meget tunge. Som et eksempel kan det nevnes at en 2,2 liters stålsylinder med hydrogen ved 200 bar har en lagringseffektivitet på 1,2 vekt prosent. (En tom sylinder veier 3 kg og hydrogenet som kan lagres i denne veier 0,036kg). Nye spesialutviklede hydrogentanker i plastmaterialer kan lagre hydrogen under høyt trykk, og holder samtidig lav vekt. Lettvekttanker som lagrer hydrogen med trykk på 700 bar er under utprøving i flere bilprototyper. Det vanligste de siste årene har likevel vært tanker på 350 bar. Det finnes i dag trykktanker sertifisert for 350 bar hydrogen med en lagringseffektivitet opp mot 13 vekt %. Hvor mye energi som kreves for å komprimere hydrogenet avhenger av trykket og effektiviteten på kompressoren. Mesteparten av arbeidet går med til å komprimere hydrogen til 200 bar. Som eksempel kreves det omlag 2,2 kWh elektrisk energi for å komprimere ett kg hydrogen til 200 bar og fra atmosfærisk til 350 og 700 bar kreves det omlag henholdsvis 2,4 og 2,7 kWh per kg H₂ (Abele 2003 og Amos 1998).

Hovedfordelene ved bruk av komprimert hydrogen er enkelhet, teoretisk sett et uendelig antall fylle- og tømmesykluser og ingen krav til hydrogenets renhet. Ulempen er at tankene krever større plass enn konkurrerende teknologier.

Hydrider

Lagring av hydrogen i faste materialer er en lovende metode å lagre hydrogen på. Det finnes flere teknologier, men de mest interessante løsningene ligger sannsynligvis i å lagre hydrogen som hydrid, det vil si at hydrogenet er bundet opp til ett eller flere andre stoffer. Metallhydrid lagringssystemer selges kommersielt fra flere produsenter. Metallhydrid er en kompakt lagringsform og regnes også som svært sikkert. Vanligvis frigjøres hydrogen fra lageret ved tilførsel av varme. Et eventuelt tankbrudd vil føre til trykktap, noe som vil kjøle ned hydridet. Flere kjøretøy er blitt utstyrt og testkjørt med metallhydridlagre. Problemet er at de tradisjonelle metallhydridlagrene foreløpig er tunge, med kun noen få vektprosent lagringskapasitet av hydrogen. Høye materialkostnader og høye krav til hydrogenrenhet er andre ulemper. Nye metallhydrider som er under utvikling virker lovende, men er ikke utprøvd i praksis. Magnesiumbaserte metallhydrider har relativ høy lagringskapasitet, men krever høyere temperatur for å frigi hydrogen enn det man har tilgjengelig i en brenselcellebil.

Lagring av hydrogen i karbon- eller polymermaterialer er en lagringsform det er forsket mye på de siste fem årene. Det er likevel sterk uenighet om lagringskapasiteten til disse stoffene(Haluska, 2001). Per i dag fins det ingen kommersielle hydrogenlagringssystemer basert på dette, men den store kjemikalieprodusenten BASF hevder at de har utviklet et karbon/metall materiale som kan lagre og frigjøre hydrogen ved moderat trykk og temperatur - og at dette materialet kan produseres i store kvanta. Lagringsevnen til dette stoffet er ikke kjent.

Utviklingstrekk ved hydrogenlagring i kjøretøy i de senere årene

16 brenselcelleprototyper ble vist offentlig for første gang i 2002. Én hadde hydridlager, én hadde lager for flytende hydrogen og 14 hadde lager for komprimert hydrogen. 8 av de sistnevnte hadde 350 bar trykk og en hadde 700 bar trykk (for de fem siste er arbeidstrykket ikke kjent). GMs modell "HydroGen 3" ble forøvrig vist i to utgaver, én med komprimert og én med flytende hydrogen. Av de 11 konsept- og prototypekjøretøyene for hydrogendrift som bilindustrien fremviste i 2003 hadde to 700 bar lager, to 350 bar lager og tre komprimert hydrogen uten spesifisert arbeidstrykk, for de resterende bilene dette året mangler vi informasjon om hydrogenlageret.

De brenselcellekjøretøyene som i følge bilprodusentene er produksjonsklare og som nå bygges i små serier, bruker hydrogen lagret under 350 bar trykk.

I den senere tid er altså komprimert hydrogen foretrukket, men store konsern som DC og GM ser fremdeles flytende hydrogen som en mulig lagringsform. BMW satser bare på flytende hydrogen. Etterspørselen etter utstyr for lagring under 700 bar trykk er i følge tankprodusentene stor hos bilindustrien.