鉅大LARGE | 點擊量:1958次 | 2019年12月30日
我國為什么要發展氫能產業?如何對氫能進行儲運?
縱觀世界能源工業發展史,自人類鉆木取火進入柴薪時代;到煤炭在19世紀80年代超過柴薪終結薪柴時代進入到煤炭時代;再到1886年的工業革命,油氣取代煤炭成為世界第一大能源,人類又從煤炭時代進入了油氣時代;現在又從油氣時代向氫能時代邁入,預期在21世紀中葉人類將進入氫能經濟時代。
經濟的發展,離不開商業的運作。就目前能源市場來看,過剩能源的合理利用和實現能源商業價值息息相關。據了解,我國目前存在大量的過剩能源,有將近1000億左右的棄光、棄水、棄風等過剩能源。如何合理利用這些過剩能源,是我國首要考慮的問題,這也是我國為什么要發展氫能產業的主要原因。
發展氫能產業,就要大量使用氫,可是氫怎么儲存,是我國面臨的瓶頸問題。目前,全球儲氫的方式主要有固態儲氫、液體儲氫、高壓儲氫、液態儲氫等幾種方式。盡管有多種儲氫方式,但在商業運營層面上,我國還沒有液體儲氫和固體儲氫的應用。在我國加氫站,基本都是物理高壓固態儲氫的方式。
儲氫設備基本情況
高壓氣態儲氫的儲氫密度在1.0%-5.7%之間,在高壓下將氫氣壓縮,以高密度氣態形式儲存。這種儲氫方式,成本較低、技術成熟、充放氫快、能耗低、易脫氫工作條件較寬。但體積儲氫密度低,體積比容量小,存有泄漏爆炸的安全隱患。因而得進一步提高儲罐的儲氫壓力和儲氫質量密度;改進儲罐材質,向輕量化、高壓化、低成本、質量穩定的方向發展。這是目前發展較為成熟、較為常用的儲氫技術,也是車用儲氫主要采用的技術。
低溫液態儲氫的儲氫密度在5.7%-10%之間,利用氫氣在高壓、低溫條件下液化,體積密度為常溫常壓氣態時的845倍,其輸送效率高于氣態氫。這種方式體積儲氫密度高、液態氫純度高。但是液化過程耗能大、易揮發。要想提高保溫效率,須增加保溫層或保溫設備,克服保溫與儲氫密度之間的矛盾;減少儲氫過程中,由于氫氣氣化所造成的1%左右的損失;降低保溫過程所耗費的相當于液氫質量30%的能量。這種方式主要應用于航天特種領域、適合于超大功率商用車輛。
固態儲氫的儲氫密度在1.0%-4.5%之間,利用固體對氫氣的物理吸附或化學反應等作用,將氫儲存于固體材料中,不需要壓力和冷凍。這種方式體積儲氫密度高,操作安全方便,不需要高壓容器,具備純化功能,得到氫純度高。但是質量儲氫密度低,成本高,吸放氫有溫度要求,抗雜質氣體能力差。提高質量儲氫密度,降低成本及溫度要求。應該是未來重要的發展方向。
有機物液態儲氫的儲氫密度在5.0%-7.2%之間,是基于不飽和液體有機物在催化劑作用下進行加氫反應,生成穩定化合物,當需要氫氣時再進行脫氫反應。這種方式儲氫密度高,通過加氫、脫氫過程可實現有機液體的循環利用,成本相對較低,常用材料(如環己烷和甲基環己烷等)安全性較高。但是氫氣純度不高,有幾率發生副反應,產生雜質氣體,而且成本較高,須配備相應的加氫、脫氫裝置;脫氫反應常在常溫下進行,催化劑易結焦失活。所以需要提高低溫下有機液體儲氫介質的脫氫速率與效率、催化劑反應性能,改善反應條件、降低脫氫成本及操作速度。這種方式可利用傳統石油設施進行運輸和加注。