Hydrogen er et grunnstoff med mange interessante egenskaper, og kan for eksempel brukes til å lagre energi. Energitettheten kan gjøres spesielt stor ved å omdanne hydrogengass til væske (flytendegjøring), men dette krever nedkjøling til meget lave temperaturer - til under -253 °C. Flytende hydrogen (LH2) har da rundt 70 % høyere energitetthet pr. volumenhet enn hydrogengass ved 700 bar, og er derfor av interesse som energilager i transport-sammenheng. Omtrent 1/3 av energiinnholdet i hydrogenmolekylet går imidlertid med til denne prosessen. På industri-skala produseres LH2 via en kompresjons-ekspansjons syklus som forbruker omtrent 10-12 kWh/kg. I HYLICAL-prosjektet, koordinert av Institutt for energiteknikk (IFE), er planen å utvikle kompetanse på en mer effektiv metode for kjøling og flytendegjøring av hydrogen: Bruk av den såkalte magnetokaloriske effekt. Enkelte materialer blir automatisk oppvarmet når de plasseres i et magnetisk felt. Tilsvarende kjøles de ned når magnetfeltet fjernes. Ved å utnytte denne egenskapen og koble materialet sammen med en varmeveksler, kan man få ensrettet kjøling når prosessen kontrolleres syklisk. Dette ligner på virkemåten til kjøleskapet du har hjemme, men med to viktige forskjeller: 1) arbeidsmaterialet er et fast stoff istedenfor en gass, og 2) det benyttes et magnetfelt istedenfor en gass-kompressor. Med magnetisk kjøling er det teoretisk mulig å redusere energiforbruket ned til rundt 6 kWh/kg. Kjente materialer med stor magnetokalorisk kjølekapasitet er imidlertid alle basert på tunge grunnstoffer av typen sjeldne-jordmetaller. Et forskningsfokus i HYLICAL er derfor å utvikle nye materialer basert på ikke-kritiske og lett tilgjengelige grunnstoffer. Andre temaer er design av en effektiv magnetisk felt-kilde basert på superledende bånd, samt optimalisering av varmetransporten i systemet. Alle disse aktivitetene vil på sikt kunne bidra til en mer energi- og kostnadseffektiv prosess for fremstilling av flytende hydrogen.
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.
