Современные технологии хранения водородной энергии в стационарных системах: эффективность и безопасность

АКТУАЛЬНОСТЬ. Водород обладает невероятной способностью накапливать энергию. Безопасное и эффективное хранение водорода определяет практическое применение газа в качестве топлива и является актуальной проблемой, требующей подробного изучения. ЦЕЛЬ. Провести обзор современных стационарных технологий хранения водородной энергии, проанализировать последние мировые тенденции и разработки в этой области. Определить факторы, способствующие повышению эффективности и безопасности систем хранения водорода на водородных заправочных станциях. Исследовать термодинамику и кинетику стационарного хранения водородной энергии. МЕТОДЫ. Основаны на анализе литературных данных, термодинамических расчетах оценки энергоемкости и безопасности систем хранения водорода, а также кинетического анализа процессов. РЕЗУЛЬТАТЫ. Систематизированы исследования в области хранения водородной энергии в стационарных системах, выявлены тенденции развития технологий. Описаны основные технические характеристики стационарного хранения водорода, проанализированы теплофизические свойства газа, осуществлены термодинамические расчеты с целью оценки эффективности технологий хранения. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Выявлен значительный прогресс в области безопасного хранения водорода, обусловленный развитием водородных технологий, а также разработкой новых материалов для его хранения. Исследование термодинамических и кинетических аспектов показало, что оптимизация этих параметров существенно повышает эффективность и надежность стационарных систем хранения водорода.

1. Bhandari R., Adhikari N. A comprehensive review on the role of hydrogen in renewable energy systems // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 82. P. 923–951. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.08.004.

2. Фатеев В.Н., Алексеева О.К., Коробцев С.В. и др. Проблемы аккумулирования и хранения водорода // Kimya Problemleri. 2018. №4(16). С. 453–483.

3. Rampai M.M., Mtshali C.B., Seroka N.S., Khotseng L. Hydrogen production, storage, and transportation: recent advances // RSC Advances. 2024. Vol. 14, №10. P. 6699–6718.

4. Хохонов А.А., Шайхатдинов Ф.А., Бобровский В.А., Агарков Д.А., Бредихин С.И., Чичиров А.А., Рыбина Е.О. Технологии хранения водорода. Водородные накопители энергии // Успехи в химии и химической технологии. 2020. №12. С. 47–52.

5. Тарасов Б.П., Потоцкий М.В., Яртысь В.А. Проблема хранения водорода и перспективы использования гидридов для аккумулирования водорода // Российский химический журнал. Проблемы водородной энергетики. 2006. Т. 50, №6. С. 34–48.

6. Алексеева О.К., Козлов С.И., Самсонов Р.О., Фатеев В.Н. Системы хранения водорода // Транспорт на альтернативном топливе. 2009. №4(10). С. 68–74.

7. Hassan I.A., Ramadan H.S., Saleh M.A., Hissel D. Hydrogen storage technologies for stationary and mobile applications: Review, analysis and perspectives // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021. Vol. 149. 111311. doi: 10.1016/j.rser.2021.111311.

8. Афанасьев Н.А., Оконский И.С., Трофимов В.В., Матвеев А.П. Создание и эксплуатация систем получения, хранения, транспортировки и использования жидкого водорода в промышленных масштабах // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2008. № 3(59). С. 127–132.

9. Agyekum E.B., Nutakor C., Khan T., Adegboye O.R., Odoi-Yorke F., Okonkwo P.C. Analyzing the research trends in the direction of hydrogen storage – A look into the past, present and future for the various technologies // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 74. P. 259–275. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.05.399.

10. AlZohbi G., Almoaikel A., AlShuhail L. An overview on the technologies used to store hydrogen // Energy Reports. 2023. Vol. 9, Suppl. 11. P. 28–34. doi: 10.1016/j.egyr.2023.08.072.

11. Тарасов Б.П., Бурнашева В.В., Лотоцкий М.В., Яртысь В.А. Методы хранения водорода и возможности использования металлогидридов // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2005. № 12(32). С. 14–37.

12. Дружинин П.В., Коричев А.А. К вопросу хранения водорода // Технико-технологические проблемы сервиса. 2009. № 3(9). С. 51–53.

13. Лотоцкий М.В., Дэвидс М.В., Фокин В.Н. и др. Водородаккумулирующие материалы на основе сплавов титана с железом (обзор) // Теплоэнергетика. 2024. № 3. С. 85–101. doi: 10.56304/S0040363624030032.

14. Mulky L., Srivastava S., Lakshmi T., Sandadi E.R., Gour S., Thomas N.A., Priya S.S., Sudhakar K. An overview of hydrogen storage technologies – Key challenges and opportunities // Materials Chemistry and Physics. 2024. Vol. 325. 129710. doi: 10.1016/j.matchemphys.2024.129710.

15. Kytömaa H., Wechsung A., Dimitrakopoulos G., Cook N., Jaimes D., Hur I.Y., Faraji S. Industry R&D needs in hydrogen safety // Applications in Energy and Combustion Science. 2024. Vol. 18. 100271. doi: 10.1016/j.jaecs.2024.100271.

16. Nagar R., Srivastava S., Hudson S.L., Amaya S.L., Tanna A., Sharma M., Achayalingam R., Sonkaria S., Khare V., Srinivasan S.S. Recent developments in state-of-the-art hydrogen energy technologies – Review of hydrogen storage materials // Solar Compass. 2023. Vol. 5. 100033. doi: 10.1016/j.solcom.2023.100033.

17. Ковалев В.Л., Якунчиков А.Н. Анализ адсорбции водорода массивами углеродных нанотрубок // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2009. № 6. С. 157– 160.

18. Sun H., Wang Z., Meng Q., White S. Advancements in hydrogen storage technologies: Enhancing efficiency, safety, and economic viability for sustainable energy transition // International Journal of Hydrogen Energy. 2025. Vol. 105. P. 10–22. doi: 10.1016/j.ijhydene.2025.01.176.

19. Preuster P., Papp C., Wasserscheid P. Liquid organic hydrogen carriers (LOHCs): toward a hydrogen-free hydrogen economy // Accounts of Chemical Research. 2017. Vol. 50. P. 74–85. doi: 10.1021/acs.accounts.6b00474.

20. Farazmand M., Saadat Z., Sameti M. Above-ground hydrogen storage: A state-of-the-art review // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 90. P. 1173–1205. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.09.319.

21. Saadat Z., Farazmand M., Sameti M. Integration of underground green hydrogen storage in hybrid energy generation // Fuel. 2024. Vol. 371, Pt. A. 131899. doi: 10.1016/j.fuel.2024.131899.

22. Amirthan T., Perera M.S.A. The role of storage systems in hydrogen economy: A review // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2022. Vol. 108. 104843. doi: 10.1016/j.jngse.2022.104843.

23. Sikiru S., Oladosu T.L., Amosa T.I., Olutoki J.O., Ansari M.N.M., Abioye K.J., Rehman Z.U., Soleimani H. Hydrogen-powered horizons: Transformative technologies in clean energy generation, distribution, and storage for sustainable innovation // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 56. P. 1152–1182. doi: 10.1016/j.ijhydene.2023.12.186.

24. Алексин Е.Н. Хранение газообразного водорода в баллонах под давлением. Определение потерь водорода вследствие диффузии через стенки баллона // Перспективы науки. 2010. № 6(8). С. 63–70.

25. Федотов А.В., Ковалев Д.А. Способы хранения и аккумулирования водорода // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2021. Т. 68, № 3(44). С. 78–85. doi: 10.22314/2658-4859-2021-68-3-78-85.

26. Шарифов А., Мирсаидов У.М., Гайбуллаева З.Х., Гадоев Т.Х. Энергоёмкие способы хранения водорода // Известия Национальной академии наук Таджикистана. Отделение физикоматематических, химических, геологических и технических наук. 2024. № 1(194). С. 64–72.

27. Шебеко Ю.Н. Пожарная безопасность водородных автозаправочных станций // Пожаровзрывобезопасность. 2020. Т. 29, № 4. С. 42–50. doi: 10.22227/PVB.2020.29.04.42-50.

28. Дресвянников А.Ф., Ситников С.Ю. Современные аспекты аккумулирования водорода. Обзор // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2006. № 3–4. С. 72–84.

29. Zhu X.Y., Lee J.H., Kim K.-H., Lim C.-H., Lee S.H. Coupled CFD modeling and thermal analysis of multi-layered insulation structures in liquid hydrogen storage tanks for various vapor-cooled shields // Case Studies in Thermal Engineering. 2024. Vol. 63. 105317.

30. Liu H., Xu L., Han Y., Chen X., Sheng P., Wang S., Huang X., Wang X., Lu C., Luo H., He S., Lan Z., Guo J. Development of a gaseous and solid-state hybrid system for stationary hydrogen energy storage // Green Energy & Environment. 2021. Vol. 6, № 4. P. 528–537.

31. Shoushtari S., Jafari A., Namdar H., Khoozan D. Modeling, qualification, and quantification of hydrogen leakage in multilayered reservoirs // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 91. P. 636–648. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.09.328.

32. Reddi K., Elgowainy A., Rustagi N. и др. Impact of hydrogen refueling configurations and market parameters on the refueling cost of hydrogen // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42, № 34. P. 21855–21865.

33. Chi G., Xu S., Yu D., Wang Z., He Z., Wang K., Zhou Q. A brief review of structural health monitoring based on flexible sensing technology for hydrogen storage tank // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 80. P. 980–998.

34. Li D., Liu H., Zhang C., Chen Y. Insulation optimization of liquid hydrogen storage tank using dynamic analysis // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 110. P. 588–597. doi: 10.1016/j.ijhydene.2025.02.263.

35. Hafner T., Macher J., Brandstätter S., Trattner A. Advancing hydrogen storage: Development and verification of a high-pressure permeation test setup for polymeric barrier materials // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 96. P. 882–891. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.11.215.

36. Osman A.I., Ayati A., Farrokhi M., Khadempir S., Rajabzadeh A.R., Farghali M., Krivoshapkin P., Tanhaei B., Rooney D.W., Yap P.-S. Innovations in hydrogen storage materials: Synthesis, applications, and prospects // Journal of Energy Storage. 2024. Vol. 95. 112376. doi: 10.1016/j.est.2024.112376.

37. Гошовский С.В., Зурьян А.В. Обзор технологий искусственного получения газогидратов // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2019. №1(55). С. 97–113.

38. Lee W., Kim K., Lee J., Yun-Ho A. et al. Perspectives on facilitating natural gas and hydrogen storage in clathrate hydrates under a static system // Green Chemistry. 2024. Vol. 26. P. 7552–7578.

39. Kamran M., Turzyński M. Exploring hydrogen energy systems: A comprehensive review of technologies, applications, prevailing trends, and associated challenges // Journal of Energy Storage. 2024. Vol. 96. 112601. doi: 10.1016/j.est.2024.112601.

40. Кустов Л.М., Каленчук А.Н., Богдан В.И. Системы аккумуляции, хранения и выделения водорода // Успехи химии. 2020. Т. 89, № 9. С. 897–916. doi: 10.1070/RCR4940.

41. Acar C., Haktanır E., Temur G.T., Beskese A. Sustainable stationary hydrogen storage application selection with interval-valued intuitionistic fuzzy AHP // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 49, Pt. D. P. 619–634. doi: 10.1016/j.ijhydene.2023.10.081.

42. Chizubem B., Subbiah A., Izuchukwu O.C., Musa K.S. Real-time monitoring using digital platforms for enhanced safety in hydrogen facilities – Current perspectives and future directions // International Journal of Hydrogen Energy. 2025. Vol. 98. P. 487–499. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.12.128.

43. Джепаров Д.В., Денисламова Е.С. Металлорганические каркасы на основе гетероциклических лиганд – новые материалы для хранения водорода // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. 2022. № 4. С. 76–92. doi: 10.15593/2224-9400/2022.4.06.

44. Яковлев А.И., Федоренко Г.М., Щекин А.Р. Некоторые аспекты на пути изучения металлического водорода как основного энергоносителя возобновляемого топлива XXI века // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2012. № 7(111). С. 24–29.

45. Al-Shetwi M., Mansur M., Muttaqi K.M., Dong Z.Y., Blaabjerg F. Hydrogen energy storage integrated hybrid renewable energy systems: A review analysis for future research directions // International Journal of Hydrogen Energy. 2022. Vol. 47, №39. P. 17285–17312. doi: 10.1016/j.ijhydene.2022.03.208.

46. Zhang T., Qadrdan M., Wu J., Couraud B., Stringer M., Walker S., Hawkes A., Allahham A., Flynn D., Pudjianto D., Dodds P., Strbac G. A systematic review of modelling methods for studying the integration of hydrogen into energy systems // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2025. Vol. 208. 114964. doi: 10.1016/j.rser.2024.114964.

47. Quintanilla P., Elhalwagy A., Duan L., Soltani S.M., Lai C.S., Foroudi P., Huda M.N., Nandy M. Artificial intelligence and robotics in the hydrogen lifecycle: A systematic review // International Journal of Hydrogen Energy. 2025. Vol. 113. P. 801–817.

48. Beck H.-P., Klaas A.-K., Klaas C. Conception of a new 4-quadrant hydrogen compressed air energy storage power plant with an integrated electrolyzer // Energy Reviews. 2024. Vol. 3, № 3. 100074. doi: 10.1016/j.enrev.2024.100074.

49. Esposito L., van der Wiel M., Acar C. Hydrogen storage solutions for residential heating: A thermodynamic and economic analysis with scale-up potential // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 79. P. 579–593.

50. Чичиров А.А., Разакова Р.И., Гайнутдинов Ф.Р., Гайнутдинова Д.Ф. Водородная заправочная станция: обзор технологического состояния использования водородного топлива // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2024. Т. 26, № 2. С. 149–165. doi: 10.30724/1998-9903-2024-26-2-149-165.

51. Singh U.R., Bhogilla S.S., Sou H., Itoko S., Tolj I. Performance evaluation of hybrid compressors for hydrogen storage and refuelling stations // Journal of Energy Storage. 2025. Vol. 114, Pt. B. 115778.

52. Carrion, M., & Arroyo, J. M. A computationally efficient mixed-integer linear formulation for the thermal unit commitment problem // IEEE Transactions on Power Systems. 2006. Vol. 21, №. 3. 1371- 1378.