Hydrogen Liquefaction With Caloric Materials

Den magnetokaloriske effekten beskriver temperaturendringen som et magnetisk materiale opplever når det utsettes for en endring i magnetfeltet. Når den kobles til varmeoverføringsprosesser, kan den faktisk brukes til å kjøle en last, selv ned til svært lave temperaturer som nærmer seg absolutt null. Det er store forhåpninger om at en slik teknologi kan gjøre flytendegjøring av gasser som LNG, Propan, Hydrogen og Helium mye mer effektiv og mindre energikrevende enn dagens dampkompresjonsprosess som brukes av industrien. En av de største ulempene med magnetisk kjøling er imidlertid avhengigheten av kritiske råmaterialer, som tunge sjeldne jordelementer og konfliktelementer (kobolt), siden de viser blant de største magnetokaloriske effektene ved kryogene forhold. Hovedmålet med LIQUID-H-prosjektet har derfor så langt vært å søke etter nye materialer som er mindre kritiske, mer rikelig og kostnadseffektive alternativer til de som brukes i dag. Faktisk har vi vært i stand til å forutsi flere nye materialer ved å bruke materialinformatikk (en kombinasjon av maskinlæring, eksperimentelle resultater og tetthetsfunksjonalteori). Flere av disse materialene blir for tiden syntetisert og deres strukturelle og magnetiske egenskaper blir evaluert.

HYLICAL will develop novel compounds with less than 50 % content of critical raw materials (rare-earth) for the cryogenic region (20-100 K) of a magnetocaloric hydrogen liquefaction (MCHL) process. We will provide design concepts for the active magnetic regenerator (AMR) and superconducting magnet subsystem. The project addresses several important scientific challenges: (i) High content of CRM in the materials (mostly binary compounds) employed today. This will be tackled by exploring the vast phase-space of multicomponent alloys with drastically reduced CRM content, and improved mechanical/chemical stability. (ii) Inefficient heat exchange between magnetocaloric materials and heat-transfer medium (HTM). This will be addressed by numerical simulations that search for new geometries with improved contact between the magnetocaloric material and the HTM. (iii) Superconducting field source must be developed. This will be dealt with by developing the concept for an innovative AMR-magnet subsystem based on superconducting tapes. This competence-building project will be an important first step towards establishing MCHL as an energy-efficient technology (target: 6-7 kWh/kgH2) for hydrogen liquefaction and for enabling zero boil-off during transport and storage. The project is led by Institute for Energy Technology, in collaboration with international partners from the Technical University of Denmark and Universidad de Sevilla (Spain). The project is financially supported in part by A/S Norske Shell, Greenstat ASA, IC Technology AS, Teco 2030 ASA, and NEL ASA as industry partners.