最近桑迪亚国家实验室的一项由能源部燃料部门赞助的研究表明，在盐穴和其他地下场所大规模储存低压气态氢，用于运输燃料和电网规模的能源应用，提供了优于地上储存的几个优势。 Cell Technologies Office。
研究人员得出结论，氢气的地质储存可以为不断增长的燃料电池电动车市场生产和分配大量氢燃料。
地质储存解决方案可以服务于许多关键的氢气市场，因为“成本更多地受到可用地质的影响，而不是氢气市场需求的大小，”该研究的首席研究员桑迪亚的Anna Snider Lord说。
Lord说，这项工作可以为进一步的研究和示范活动提供路线图，例如检查可以容纳天然气的主要大都市地区的环境问题和地质构造。然后，研究人员可以确定氢气是否与残余气体或油混合，与周围岩石中的矿物发生反应或是否存在任何环境问题。
储存被认为是实现氢气市场增长的关键
随着燃料电池电动汽车的引入，市场对氢燃料的需求增加，美国将需要从天然气，太阳能和风能等国内能源生产和储存大量具有成本效益的氢，Daniel Dedrick说，桑迪亚氢气项目经理。
随着丰田，通用汽车，现代和其他公司推进开发和销售或租赁氢燃料电池电动汽车的计划，大规模实际存储氢燃料是必不可少的，以实现广泛的氢动力运输基础设施。Dedrick说，这种储存选择是实现氢气运输的全部潜力所必需的。
此外，在电网上安装电解槽系统，用于集成可再生能源，电网服务和储能的电力到天然气应用，将需要大容量，低成本的氢储存。
Lord说，地上储存需要储罐，比地质储存要多三到五倍。除了节省成本之外，氢气的地下储存还具有体积优势。“地上储罐甚至无法与可以储存在地下的氢气量相匹配，”她说。
储存在地质特征中的大量氢气随后可以作为高压气体或液体分配，以供应氢燃料市场。
模型有助于确定最有利的存储位置
虽然地质储存可能是一个可行的选择，但是需要探索几个问题，Lord说，包括各种地质构造的渗透性。
作为桑迪亚地质技术和工程集团的地质学家，Lord多年来一直参与美国战略石油储备的地质储存，这是世界上最大的原油应急供应。
在她对地质储存的研究中，Lord和她的同事分析并重新设计了阿贡国家实验室的氢气输送情景分析模型的地质储存模块。为了帮助改进模型，Lord研究了在盐洞中储存氢气，以满足夏季对四个城市的高峰驾驶需求：洛杉矶，休斯顿，匹兹堡和底特律。
她确定应该存储比120天平均每日需求高出10%的数据。然后，她模拟了如果氢满足其驱动燃料需求的10%，25%和100%，每个城市需要多少氢气。
洛杉矶的人口是底特律人口的三倍，是匹兹堡人口的六倍半，但是最近的盐层是在亚利桑那州，所以Lord包含了从亚利桑那州到洛杉矶的储存氢气的成本。
即便如此，洛杉矶的模拟成本也明显低于底特律和匹兹堡。亚利桑那州的盐层比底特律和匹兹堡的盐层厚，洞穴更大，更少。休斯顿拥有四个城市的最佳条件，因为墨西哥湾沿岸提供大而深的盐层。
为了研究地质储氢的成本，Lord首先选择了目前储存天然气的地质构造。Lord与Sandia经济学家Peter Kobos合作，分析了在耗尽的石油和天然气储层，含水层，盐洞和硬岩洞穴中储存氢气的成本。
他们的论文“氢的地质储存：扩大以满足城市交通需求”发表在国际氢能源期刊上。
高峰期储存的地质解决方案
其他燃料已经在地质上储存。例如，来自战略石油储备的石油被储存在墨西哥湾沿岸的大型人工洞穴中。天然气储存在400多个地质区域，以满足冬季取暖需求。
Lord设想全年产生的过量氢气可以带到地质储存地点，然后在夏季通过管道输送到城市，当时对驱动燃料的需求达到顶峰。
她说，耗尽的石油和天然气储层和含水层最初似乎是最具经济吸引力的选择。“只看数字，因为相对于你创造的任何洞穴，它们可以保持如此大的体积，它们看起来更便宜，”她说。
但氢气是一种具有挑战性的物质。“因为它比甲烷更小，所以它有可能更容易泄漏并在岩石中更快地移动，”Lord说。
耗尽的石油和天然气储层和含水层可能会泄漏氢气，循环 - 填充储存地点，将氢气抽出使用并重新填充场地 - 每年不能超过一次或两次以保持岩石的完整性形成，主说。
她说，对于盐洞或坚硬的岩洞，“没有渗透性问题，任何东西都无法泄漏。” “你可以带来更多产品，从长远来看，这将降低你的成本。”
硬岩洞穴相对未经证实; 只有一个地方拥有天然气。但是，通过在盐层中钻井，在不饱和水中泵入以溶解盐，然后泵出所产生的盐水，在地下1000至6,000英尺处形成的盐洞被更广泛地使用并且已经在有限的范围内储存氢气，Lord说过。
未来的挑战
Lord说她的工作可能会导致示范项目进一步巩固地下储氢的可行性。她说，盐洞是一个试点项目的合理选择，因为它已被证明有能力控制氢气。还可以进一步分析诸如污染的环境问题。
然而，盐的形成是有限的。除墨西哥湾沿岸地区外，太平洋西北地区，东海岸大部分地区和南部大部分地区都不存在。开发全国氢储存系统需要其他选择。
Lord的工作增加了Sandia在氢和燃料电池系统方面的能力和数十年的经验。桑迪亚领导了许多其他氢研究工作，包括由国家可再生能源实验室(NREL)共同领导的氢燃料基础设施研究和站技术(H2FIRST)项目，这是一个海上燃料电池示范项目，一个专注于氢动力的开发项目叉车以及最近有多少加州加油站可以安全储存和分配氢气的研究。
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