Strategien zur Verbesserung der Leistung von Wasserstoffspeichersystemen durch Verflüssigungsverfahren: Eine umfassende Übersicht

Die Hauptprobleme der Speicherung von flüssigem Wasserstoff (H2) als eine der vielversprechendsten Techniken für den großflächigen Transport und die langfristige Speicherung sind der hohe spezifische Energieverbrauch (SEC), die niedrige Exergieeffizienz, die hohen Gesamtkosten und die Verluste durch Verdampfungsgas. Dieser Artikel überprüft verschiedene Ansätze zur Verbesserung der H2-Verflüssigungsverfahren, einschließlich der Implementierung von Absorptionskühlzyklen (ACCs), Auswerferkühleinheiten, Rückgewinnung kalter Energie aus flüssigem Stickstoff/flüssigem Erdgas (LNG)/flüssiger Luft, Kaskadenverflüssigungsprozesse, Mischkältemittelsysteme, Integration mit anderen Strukturen, Optimierungsalgorithmen, kombiniert mit erneuerbaren Energiequellen und der Pinch-Strategie. Diese Übersicht diskutiert die wirtschaftlichen, sicherheitsrelevanten und umweltbezogenen Aspekte verschiedener Verbesserungstechniken für H2-Verflüssigungssysteme im Detail. Standards und Vorschriften für H2-Verflüssigungstechnologien werden präsentiert, und der aktuelle Stand sowie zukünftige Potenziale der H2-Verflüssigungsprozesse werden untersucht. Die kosteneffizienten H2-Verflüssigungssysteme sind die mit höheren Produktionsraten (>100 Tonnen/Tag), höherer Effizienz (>40%), niedrigerem SEC (2) und niedrigeren Investitionskosten (1-2 €/kgLH2). Die Erhöhung der Stufen bei der Umwandlung von Ortho- zu Para-H2 senkt den SEC und erhöht die Investitionskosten. Darüber hinaus ist die Nutzung von Abwärme bei niedrigen Temperaturen aus verschiedenen Branchen und erneuerbaren Energien in der ACC zur Vorkühlung deutlich effizienter als die Stromerzeugung in Kraftwerkzyklen, die in H2-Verflüssigungszyklen genutzt werden. Zudem ist der Ersatz der LNG-Kaltgewinnung für den Vorkühlzyklus mit niedrigeren SEC und Kosten verbunden im Vergleich zu seiner Kombination mit dem Vorkühlzyklus.