Rodzaje zanieczyszczeń i sposoby oczyszczania wodoru magazynowanego w kawernach solnych w aspekcie zastosowania go w urządzeniach wytwarzających energię

Abstract

W artykule dokonano skondensowanego przeglądu literatury na temat podziemnych magazynów gazu (PMG) w kawernach solnych. Przedstawiono analizę możliwości powstawania zanieczyszczeń podczas magazynowania wodoru w kawernach solnych. Część zanieczyszczeń może powstać w początkowej fazie oddawania komory solnej do używania i napełniania, a część – w związku z zachodzącymi procesami chemicznymi i mikrobiologicznymi w trakcie użytkowania kawerny i jej wyposażenia. Wcześniejsze badania wykonane przez Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy w kawernach magazynujących gaz ziemny wykazały obecność pyłów i składników kwaśnych. Oznacza to, że podobnych zagrożeń można się spodziewać przy magazynowaniu wodoru w kawernach solnych. W trakcie prowadzenia prac wiertniczych, a następnie w procesie ługowania komory solnej mogą pozostać w niej składniki, które przez pewien czas mogą generować zanieczyszczenia. Źródłem zanieczyszczeń może być woda słodka używana do ługowania kawerny. Często stosowana jest woda rzeczna (lub ściekowa), która jest tylko filtrowana w celu usunięcia cząstek stałych. Mechanizmy zanieczyszczenia gazowego kawern solnych są także wywoływane obecnością wprowadzonych tam bakterii. Żyją one w komorze solnej na dnie i w obecności siarczanów i węglanów pobierają wodór, wytwarzając H2S i/lub metan. W kolejnej części artykułu wyszczególniono wymagania czystości i zawilgocenia wodoru przerabianego na energię elektryczną: bardzo rygorystyczne wymagania w przypadku ogniw paliwowych i dużo łagodniejsze w przypadku turbin. Następnie przedstawiono oryginalne badania i obliczenia symulacyjne procesu osuszania wodoru z zastosowaniem instalacji glikolowej z wykorzystaniem programu ChemCAD. Uzyskano osuszenie wodoru z zawartością wody na poziomie 0,00048% mol. W końcowej części artykułu dokonano syntetycznego przeglądu technologii oczyszczania wodoru. Wyszczególniono kilka grup metod oczyszczania wodoru. Pierwsza technologia jest oparta na adsorpcji zmiennociśnieniowej gazów PSA. Technologia separacji kriogenicznej nie w pełni pozwala na bezpośrednie wykorzystanie produktu wodorowego do ogniw paliwowych. Trzecią grupą technologii oczyszczania wodoru jest zastosowanie różnych typów membran, z których tylko część pozwala na uzyskanie bardzo wysokiej jakości wodoru. Na otrzymanie najwyższego stopnia czystości wodoru (6N) pozwala technologia elektrochemicznego oczyszczania. System ten oparty jest na membranie do wymiany protonów (PEM-EHP).