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2019年，氫工業(yè)仍處于起步階段。今天，整個(gè)行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了爆炸式發(fā)展的早期階段。
記者了解到，有業(yè)內(nèi)專家預(yù)測(cè)，到2025年，全球?qū)⒔ǔ?800個(gè)氫燃料加氣站，到2030年，全球至少將提供1000萬(wàn)至1500萬(wàn)塊燃料電池，以及50萬(wàn)輛以氫為動(dòng)力的燃料電池重型卡車電池卡車
到2050年，氫工業(yè)將創(chuàng)造3000萬(wàn)個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)，減少二氧化碳排放60億噸，產(chǎn)值2.5萬(wàn)億美元，占全球能源的18%。
氫氣工業(yè)正以“巨獸”的姿態(tài)出現(xiàn)。作為一個(gè)有著超長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的行業(yè)，似乎每一寸關(guān)節(jié)都更重要，但是對(duì)于整個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)，最重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是什么呢?
儲(chǔ)運(yùn)是氫能發(fā)展的關(guān)鍵
良好的氫能運(yùn)輸和氫能網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必要條件。隨著氫能產(chǎn)業(yè)的興起，未來(lái)的“氫能社會(huì)”必須實(shí)現(xiàn)制氫、儲(chǔ)氫、氫運(yùn)輸、氫氫化和氫利用的各個(gè)環(huán)節(jié)的循環(huán)與快速匹配，才能使其順利發(fā)展壯大。
從氫能的上、中、下游發(fā)展情況來(lái)看，制氫、氫化、氫利用都比較容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展。整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)的短板在于氫能儲(chǔ)運(yùn)。
正如林德集團(tuán)大中華區(qū)氫能總監(jiān)王海周四在鹽城舉行的中國(guó)新能源發(fā)展論壇上所說(shuō)，“在像加油站一樣氫被大規(guī)模、分散使用的情況下，氫運(yùn)輸面臨巨大挑戰(zhàn)。”
氫的儲(chǔ)存和運(yùn)輸就像人體的血管，將氫供應(yīng)到氫端各個(gè)區(qū)域。一旦這一關(guān)鍵通道不建成，或無(wú)法滿足氫能上下游需求，整個(gè)行業(yè)的發(fā)展就會(huì)像人體組織“缺血”一樣“壞死”。
氫的性質(zhì)使其難以儲(chǔ)存和運(yùn)輸。一方面，氫具有很高的質(zhì)量能量密度，大約是汽油的三倍。但是體積能很低，在室溫和壓力下比汽油低4個(gè)數(shù)量級(jí)。
另一方面，氫氣還具有易燃易爆的特點(diǎn)，爆炸極限濃度為4.0%-75.6%(體積濃度)，在高壓下容易使金屬材料發(fā)生氫脆反應(yīng)。這些物理性質(zhì)使得氫的運(yùn)輸和儲(chǔ)存變得棘手。
氣體，液體，固體這是最好的方法
氫氣的儲(chǔ)運(yùn)方式主要有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種。
目前最常用的儲(chǔ)氫運(yùn)輸技術(shù)是高壓氣儲(chǔ)氫技術(shù)。儲(chǔ)氫運(yùn)輸?shù)墓ぷ鲏毫σ话氵_(dá)到120- 150atm，甚至高達(dá)200atm。
高壓氣相儲(chǔ)氫的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用靈活，充放電速度快，可在室溫下操作。
這種方法的主要缺點(diǎn)是需要配備高強(qiáng)度耐壓容器，壓縮后才能存儲(chǔ)，但壓縮過(guò)程不可避免地消耗大量能量。此外，壓力容器在儲(chǔ)存氫氣時(shí)容易被腐蝕，存在泄漏和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。
此外，高壓儲(chǔ)氫還對(duì)氫氣傳輸距離敏感，可能導(dǎo)致成本激增。
11月15日，上海氫楓能源副總經(jīng)理馮軒在鹽城舉行的中國(guó)新能源發(fā)展論壇上的演講支持了這一觀點(diǎn)。他說(shuō):“現(xiàn)在，儲(chǔ)存和運(yùn)輸高壓氣體巖心在150公里內(nèi)有其優(yōu)勢(shì)?！薄俺^(guò)150公里后，運(yùn)輸成本在氫氣總成本中所占的比例越來(lái)越大。”
低溫貯氫液態(tài)氫的最大優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量貯氫密度相對(duì)較高。根據(jù)目前的設(shè)備水平，低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)密度可超過(guò)5wt%。王說(shuō)，液氫在這里運(yùn)輸?shù)男适菈嚎s氣體運(yùn)輸?shù)?0倍。
但是液氫容易蒸發(fā)損失，儲(chǔ)存和運(yùn)輸需要低溫設(shè)備，需要優(yōu)良的絕緣來(lái)絕緣，成本高。另外，液態(tài)氫儲(chǔ)存在大罐內(nèi)容易發(fā)生熱分層，可能導(dǎo)致罐內(nèi)氫氣爆炸破裂。
另一種儲(chǔ)存氫的方法被稱為“固態(tài)氫儲(chǔ)存”。在一定的溫度和壓力下，氫原子被金屬捕獲，形成穩(wěn)定的金屬氫化物。然后氫從金屬氫化物中釋放出來(lái)，然后金屬氫化物被熱激發(fā)分解。
與上述氣態(tài)和液態(tài)儲(chǔ)氫合金相比，儲(chǔ)氫合金具有更大的體積密度，可達(dá)50kg/m3。而固體金屬儲(chǔ)氫比上述兩種方法更安全，即使發(fā)生劇烈撞擊也不會(huì)爆炸。
但其缺陷主要在于儲(chǔ)氫合金重量大，使儲(chǔ)氫質(zhì)量密度小于10%。由于需要額外配套的催化氫化脫氫設(shè)備，無(wú)論是用于氫汽車還是工業(yè)運(yùn)輸都會(huì)增加額外的費(fèi)用支出，而儲(chǔ)氫合金經(jīng)過(guò)多次洗滌后，性能不穩(wěn)定，易粉化，這樣的材料使用壽命不理想。
另外，管道混氫也是氫氣儲(chǔ)運(yùn)的一種方式，但這種方式最大的問(wèn)題之一就是計(jì)算不清。
氫的單位價(jià)格遠(yuǎn)高于天然氣，但熱值僅為天然氣的1/3。如果輸氣管道與氫氣混合，且終端熱值相同，氫氣的價(jià)格應(yīng)為天然氣的1/3。目前，天然氣門站價(jià)格約為1.8元/立方米。按照1/3的價(jià)格，氫氣的價(jià)格應(yīng)該是0.6元每立方米，但這個(gè)價(jià)格甚至低于制氫的成本。
多種儲(chǔ)存和運(yùn)輸形式可能長(zhǎng)期共存
不同的儲(chǔ)運(yùn)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸可能以高壓氣態(tài)氫、液態(tài)氫、管道儲(chǔ)氫等多種方式長(zhǎng)期共存。
傳統(tǒng)的氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)將在短程儲(chǔ)氫運(yùn)輸中發(fā)揮重要作用。由于這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，我國(guó)35MP和70MP儲(chǔ)氫瓶的生產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)入正常軌道。
“世界上絕大多數(shù)液氫生產(chǎn)現(xiàn)在都集中在美洲，還有一些集中在日本。日本自2001年引進(jìn)氫燃料電池后，一直在推進(jìn)液態(tài)氫的商用化。王海說(shuō)。由此可見(jiàn)，我國(guó)液氫的發(fā)展落后于國(guó)外。
然而，在中國(guó)液氫利用出現(xiàn)了一種新的模式。該模式是由大連化學(xué)研究所李燦團(tuán)隊(duì)研究的液體陽(yáng)光項(xiàng)目。
中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所張家港工業(yè)技術(shù)研究院有限公司副院長(zhǎng)岳欣在鹽城論壇上介紹:“液體陽(yáng)光從制氫到合成甲醇，再到轉(zhuǎn)化制氫的整個(gè)過(guò)程。核心環(huán)節(jié)是在甲醇重整過(guò)程中，有少量的一氧化碳，會(huì)在過(guò)程中形成積累，干擾過(guò)程。我們還利用一氧化碳重整在低氫高二氧化碳的條件下將其轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫氣，還可以增加其經(jīng)濟(jì)性。電解甲醇制備低溫氫+燃料電池是最適合的。
長(zhǎng)輸氫管道，目前也有項(xiàng)目在試行中，不久前在張家口舉行了國(guó)家電力為中心研究所參加“氣體混合氫關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用示范項(xiàng)目啟動(dòng)大會(huì)”，該項(xiàng)目生產(chǎn)的氫氣經(jīng)過(guò)凈化后的三路運(yùn)輸，將全程與張家口市燃?xì)夤艿阑旌?，?yīng)用于民用爐具和HCNG汽車。
固態(tài)氫儲(chǔ)存還處于探索階段，但進(jìn)展的速度令人鼓舞。
江蘇工業(yè)技術(shù)研究院先進(jìn)能源材料與應(yīng)用技術(shù)研究所所長(zhǎng)周少雄表示，他們研發(fā)的低溫固態(tài)儲(chǔ)氫材料可以存儲(chǔ)氫體積的100倍，所以其儲(chǔ)氫密度高于液氫。這些合金材料非常穩(wěn)定，不會(huì)燃燒爆炸，可逆性好，重復(fù)使用不少于5000次
近年來(lái)，世界上許多國(guó)家在固態(tài)儲(chǔ)氫的應(yīng)用和新型儲(chǔ)氫材料的研究開(kāi)發(fā)方面都取得了很大的進(jìn)展。成熟的儲(chǔ)氫材料已應(yīng)用于熱電聯(lián)產(chǎn)、儲(chǔ)能、汽車燃料電池氫源系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域。
綜上所述，我國(guó)氫氣行業(yè)已經(jīng)在儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生了多種技術(shù)路線，不同的技術(shù)路線是適應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，但如果從規(guī)模的角度(iphe、規(guī)模化、氫氣的長(zhǎng)距離儲(chǔ)存和運(yùn)輸模式更有利于行業(yè)的快速發(fā)展，固態(tài)氫氣儲(chǔ)存，氫氣管道，隨著我們對(duì)不同材料的探索和技術(shù)的進(jìn)步，我們相信，氫氣儲(chǔ)運(yùn)不再是整個(gè)行業(yè)發(fā)展的短板。
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