A hidrogén a jövő egyik legígéretesebb környezetbarát energiája. Mint az univerzum legelterjedtebb eleme, végtelen tiszta energiaforrást biztosít, amelyet üzemanyagcellák elektromos árammá alakíthatnak át mérgező hulladékok vagy üvegházhatású gázok kibocsátása nélkül. A hidrogén széles körű elterjedésének kulcsa azonban a hatékony tárolási és szállítási stratégiákban rejlik, különösen, ha helyhez kötött és autóipari alkalmazásokhoz használják.
A hidrogén tárolható folyékony vagy gáz halmazállapotú formában, akár hosszú távú tárolás céljából természetes geológiai képződményekben (például sóbarlangokban, bélelt keménykőbarlangokban és kimerült olaj- és gázmezőkben), vagy rövid ideig sűrített hidrogéngázként szállításhoz és tovább - fedélzeti alkalmazások üzemanyagcellás elektromos járművekben. A folyadéktárolást részesítik előnyben, mert adott szintű energiasűrűséghez kevesebb helyet igényel.
A gyakorlati felhasználáshoz elegendő energiasűrűség elérése érdekében a hidrogént magas nyomásra kell sűríteni. Ez hagyományos mechanikus tömörítési technológiákkal érhető el mint például a dugattyús, membrános és lineáris kompresszorok vagy a kifejezetten hidrogénhez kifejlesztett innovatív, nem mechanikus technológiák, mint például a kriogén, fémhidrid és elektrokémiai kompresszorok.
Gázhalmazállapotú tárolás esetén valószínű, hogy a hidrogént földgázzal keverik a szállításhoz a meglévő vezetékes infrastruktúrában. Ennek a megoldásnak az energiasűrűségét korlátozza a csővezeték kapacitása és anyagi integritása, valamint a végfelhasználók nagy mennyiségű hidrogén kezelésére való képessége. Számos kutatás folyik az ilyen típusú rendszerek teljesítményének meghatározására (lásd Kurz et al., 2020a és b).
Folyadéktárolásra a jelenleg elérhető legjobb megoldás a hidrogén tárolása alkálifém-boridként, például nikkel-bórhidridként (NbH), amely 1000 °C-ig képes fenntartani a működést, mindössze 40%-os Carnot-féle hatékonyságveszteséggel. Ennek ellenére az ilyen típusú anyagok érzékenyek a mérgezésre a környezeti levegőben ilyen magas hőmérsékleten található oxigén és víz nyomai miatt. Ezenkívül drága és időigényes az NbH előállítása.
Gyorsabb és költséghatékonyabb megközelítés a hidrogén sűrítése centrifugálszivattyúkkal, amely technikát már széles körben alkalmaznak az ipari alkalmazásokban. Az ilyen szivattyúk működési feltételei azonban igen szigorúak, és a szivattyú alkatrészeinek nagyfokú kopásához vezethetnek. Ez különösen igaz a rotorokra, amelyek nagy forgási gyorsulásoknak és rezgéseknek vannak kitéve. A rotorlapátok és a tömítések ebből eredő károsodása megnöveli a karbantartási és javítási költségeket, és veszélyeztetheti a szivattyú hatékonyságát, és ennek következtében a rendszer általános megbízhatóságát.
A probléma megoldására a Southwest Research Institute (SwRI) kifejlesztett egy lineáris motoros dugattyús kompresszort, az úgynevezett LMRC-t, amelyet kifejezetten üzemanyagcellás elektromos járművek (FCEV) hidrogén sűrítésére terveztek. Ez a légmentesen zárt, hermetikusan zárt gép az SwRI által kifejlesztett megoldások kombinációját használja a ridegedés és a kiszáradás elleni védelem érdekében, beleértve a bevonatokat, a szelepkialakításokat és a hermetikus dugattyúkat. Lineáris motorkonstrukcióval is rendelkezik, amely csökkenti az energiafogyasztást és a mozgó alkatrészek számát, ezáltal növeli a hatékonyságot, a megbízhatóságot és a termék életciklusát.
AlNiCo mágnesgyártók
