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綠色氫氣被認(rèn)為是能源和交通革命的一線希望，但還沒有準(zhǔn)備好大規(guī)模生產(chǎn)。原因有很多。目前，氫主要來(lái)自化石燃料。
例如，為了運(yùn)輸?shù)饺剂险?，天然氣必須在昂貴和能源密集的過程中被壓縮或液化。建立儲(chǔ)存大量氫氣的基礎(chǔ)設(shè)施需要很高的投資成本。
在未來(lái)，分散生產(chǎn)對(duì)于全國(guó)范圍內(nèi)的氫供應(yīng)至關(guān)重要，理想情況下，可以利用當(dāng)?shù)乜稍偕茉磳?shí)現(xiàn)氣候中和。
2020年，格拉茨工業(yè)大學(xué)(TU Graz)的研究人員在過程工程師維克多·哈克(Viktor Hacker)的帶領(lǐng)下，與格拉茨的初創(chuàng)企業(yè)Rouge H2 Engineering一起，提出了一種分散制氫的可持續(xù)過程，即所謂的“化學(xué)循環(huán)制氫法”。這項(xiàng)研究獲得了幾個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，并建成了一個(gè)緊湊的、現(xiàn)場(chǎng)按需的氫氣廠，可以從沼氣、生物質(zhì)或天然氣中生產(chǎn)氫氣。
現(xiàn)在，哈克和他的團(tuán)隊(duì)再次讓人們刮目相看。這一次是關(guān)于正在進(jìn)行的Biogas2H2項(xiàng)目的具體成果。在世界上最大的示范工廠之一，他們使用來(lái)自現(xiàn)有沼氣廠的沼氣直接生產(chǎn)高純度氫氣，包括對(duì)氣體中存在的所有雜質(zhì)進(jìn)行處理。該項(xiàng)目由奧地利研究促進(jìn)機(jī)構(gòu)FFG資助。
氫氣是從沼氣中提取的
格拉茨理工大學(xué)化學(xué)工程與環(huán)境技術(shù)研究所維克托·哈克:
“我們成功地證明了化學(xué)循環(huán)系統(tǒng)可以集成到現(xiàn)有的沼氣廠。”
“燃料電池用的高純氫是由真正的沼氣生產(chǎn)出來(lái)的，不僅是在實(shí)驗(yàn)室，而且是在工業(yè)規(guī)模上?！?/span>
真正的沼氣來(lái)自豬糞、甘油材料、青貯玉米和谷物殘?jiān)?，?lái)自斯提里安南部的一家公司Okostrom Mureck GmbH。在那里，他們對(duì)額外的產(chǎn)出非常感興趣?！俺税l(fā)電，利用沼氣生產(chǎn)綠色氫氣用于可持續(xù)交通當(dāng)然是非常令人興奮的，”該公司董事總經(jīng)理卡爾·托特(Karl Totter)說(shuō)。
Rouge H2 Engineering和TU Graz于2021年夏天在該公司的Mureck工廠建造了示范工廠，該工廠將用于測(cè)試，直到10月底。這個(gè)10千瓦的發(fā)電廠將1%的沼氣(大約每分鐘30升)轉(zhuǎn)移到蒸汽中。
混合物流入反應(yīng)堆。在那里，沼氣被改造，合成氣被生產(chǎn)出來(lái)。然后這種氣體將氧化鐵還原為鐵。然后蒸汽進(jìn)入反應(yīng)堆，將鐵氧化為氧化鐵。這將釋放99.998%的純氫。
可供商業(yè)使用
鐵/蒸汽工藝達(dá)到75%的效率。
Rouge H2項(xiàng)目經(jīng)理Gernot Voititic評(píng)論道:
“如果我們不再只使用1%的沼氣，而是將來(lái)自Mureck沼氣廠(約480 m3 / h)的整個(gè)沼氣流通過擴(kuò)大規(guī)模的化學(xué)循環(huán)廠，我們可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)3兆瓦的氫氣廠?！?/span>
“這意味著這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)商業(yè)化。我們還可以從真正的沼氣中大量生產(chǎn)分散的氫氣。我們的工廠只是需要一點(diǎn)空間。因此，我們可以立即接受沼氣行業(yè)的訂單?！?/span>
這種分散生產(chǎn)也對(duì)氫的價(jià)格產(chǎn)生了積極影響，從而促進(jìn)了氫的購(gòu)買。哈克補(bǔ)充說(shuō):“目前，氫氣站提供的價(jià)格是每公斤10歐元。作為我們研究項(xiàng)目的一部分的經(jīng)濟(jì)分析預(yù)測(cè)，從我們的工藝中分離出來(lái)的氫將以每公斤5歐元的價(jià)格具有競(jìng)爭(zhēng)力。這使得該工藝與電解(5-12歐元/公斤)等其他技術(shù)相比具有競(jìng)爭(zhēng)力?！?/span>
壓力的問題
該技術(shù)已被證明是有效的，可以順利地集成到現(xiàn)有的沼氣廠。然而，關(guān)鍵問題仍然是全國(guó)性的供應(yīng)。這些問題包括:未來(lái)應(yīng)該用氫做什么?還有誰(shuí)會(huì)主動(dòng)投資這個(gè)行業(yè)?
除了從沼氣中生產(chǎn)氫氣的工廠外，還將安裝一個(gè)氫氣充電站的想法是顯而易見的。但問題的關(guān)鍵在于，氫動(dòng)力汽車目前必須以700巴的速度加油，維克多·哈克解釋說(shuō):“為了讓盡可能多的氫進(jìn)入最小的油箱，以達(dá)到吸引人的續(xù)航里程?！?/span>
化學(xué)回收裝置在高達(dá)100巴的壓力下生產(chǎn)氫氣，這相對(duì)較高，但不足以補(bǔ)充氫燃料。將氫壓縮到700巴是復(fù)雜和昂貴的。
“這種壓縮過程必須在某個(gè)地方進(jìn)行，要么直接在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，要么最遲在加油站進(jìn)行。當(dāng)然，加油站也可以提供瓶裝氫。成本將會(huì)增加，這將把我們帶回汽油價(jià)格?！?/span>
從技術(shù)上講，這樣的壓縮是不必要的:原則上，燃料電池汽車可以以最少兩巴的速度行駛——只是跑不了多遠(yuǎn)。因此，由沼氣廠直接分散生產(chǎn)氫氣，如氫動(dòng)力拖拉機(jī)(目前市場(chǎng)上很少有)或氫動(dòng)力物流車輛，如叉車，將有助于縮短旅程。
生產(chǎn)氫氣的“沼氣廠”的其他可能性包括為進(jìn)一步運(yùn)輸?shù)臍馄砍錃?，用管道將氫氣直接輸送到家庭，或?qū)⑵溆糜诠I(yè)生產(chǎn)。
Karl Totter:“對(duì)于Okostrom Mureck GmbH來(lái)說(shuō)，道路是非常明確的:我們可以很好地想象使用我們的沼氣生產(chǎn)氫氣，并在我們的場(chǎng)地上增加一個(gè)相應(yīng)的工廠。”
“但總得有人從我們這里買氫。在需求方面，我們?nèi)孕枰扇∫恍┬袆?dòng)，以便進(jìn)行進(jìn)一步投資。”
對(duì)于格拉茨科技大學(xué)的氫研究來(lái)說(shuō)，重點(diǎn)不再是技術(shù)的應(yīng)用——這是Rouge H2項(xiàng)目的切入點(diǎn)——而是它的進(jìn)一步發(fā)展。具體來(lái)說(shuō)，項(xiàng)目接受者(由奧地利科學(xué)基金會(huì)FWF資助)于2021年9月啟動(dòng)。維克多·哈克和他的團(tuán)隊(duì)將專注于延長(zhǎng)反應(yīng)堆中鐵基材料的壽命。
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