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行業(yè)新聞

從氫氣儲存的角度看氫能發(fā)展的未來(lái)挑戰,氫能安全嗎?

發(fā)布時(shí)間:2022-10-28 08:30:22  
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氫能的儲存是連接氫能生產(chǎn)和利用之間的一道關(guān)鍵的橋梁。如何高效安全的儲存氫氣一直是氫能發(fā)展過(guò)程中倍受關(guān)注的一個(gè)話(huà)題??梢哉f(shuō),氫能儲存技術(shù)已經(jīng)成為了氫能產(chǎn)業(yè)鏈中至關(guān)重要的一環(huán),沒(méi)有安全高效的氫能儲存,也就很難談起氫能的未來(lái)發(fā)展。

氫能的儲存技術(shù)大致上可以分為氣態(tài)儲存技術(shù)、低溫液態(tài)儲存技術(shù)、有機液態(tài)儲存技術(shù)以及固態(tài)儲存技術(shù)。其中氣態(tài)儲存技術(shù)發(fā)展最為成熟,應用也最為廣泛,但是安全性不足。固態(tài)儲氫技術(shù)安全性好,儲氫密度高,代表著(zhù)未來(lái)的發(fā)展方向。

從氫氣儲存的角度看氫能發(fā)展的未來(lái)挑戰,氫能安全嗎?(圖1)

氣態(tài)儲氫技術(shù)利用壓縮機將氫氣儲存在高壓儲氫瓶中。由于氫氣密度非常小,常溫下1千克氫氣的體積達到11立方米,并且氫氣容易發(fā)生泄露擴散。所以,氣態(tài)儲氫的技術(shù)關(guān)鍵在于如何設計出高效安全的儲氫瓶。經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展,儲氫瓶已從最初的無(wú)縫鋼瓶,非金屬內膽,纖維全纏繞氣瓶。國外甚至開(kāi)始了全纖維纏繞“去膽化”儲氫瓶的設計研究。豐田的氫燃料電池汽車(chē)Mirai采用的便是非金屬內膽儲氫瓶,由于豐田公司的70MPa高壓儲氫技術(shù),Mirai實(shí)現了一次充氣續航482km。

從氫氣儲存的角度看氫能發(fā)展的未來(lái)挑戰,氫能安全嗎?(圖2)

低溫液態(tài)儲氫技術(shù)是先將氫氣在低溫環(huán)境下進(jìn)行液化,然后再儲存到低溫絕熱容器中。這種技術(shù)最大的問(wèn)題是能耗大,成本高。理想狀態(tài)下,1千克氫氣液化耗能為3.228kW·h。但實(shí)際上由于液化需要經(jīng)過(guò)壓縮、預冷、熱交換、渦輪機膨脹、節流閥膨脹等過(guò)程,實(shí)際的耗能為15.2kW·h。作為對比,生產(chǎn)1千克液氮的耗能僅為0.207kW·h。另一方面,由于液態(tài)氫的沸點(diǎn)低,易蒸發(fā),導致對液氫儲存容器絕熱性要求特別高。目前,低溫液化儲氫技術(shù)主要還只是運用在航空航天上。

從氫氣儲存的角度看氫能發(fā)展的未來(lái)挑戰,氫能安全嗎?(圖3)

有機液態(tài)儲氫技術(shù)是借助某些烯烴、炔烴或芳香烴等不飽和液體有機物和氫氣的可逆反應實(shí)現氫的儲存,借助脫氫反應實(shí)現氫的釋放,可以實(shí)現常溫常壓運輸,方便安全,儲能密度大。但是由于加氫和脫氫裝置較為復雜,成本較高,并且脫氫需要在較高的溫度下進(jìn)行,導致能耗較高,反應過(guò)程中可能混入雜質(zhì)氣體導致氫氣的純度不足。目前這種技術(shù)主要在氫氣的遠距離運輸中得到應用。

從氫氣儲存的角度看氫能發(fā)展的未來(lái)挑戰,氫能安全嗎?(圖4)

相較于氣態(tài)儲氫和液態(tài)儲氫技術(shù),固態(tài)儲氫技術(shù)利用材質(zhì)的物理或者化學(xué)特性吸附氫氣,實(shí)現氫的存儲,在安全性、經(jīng)濟性和儲氫密度上有著(zhù)更加明顯的優(yōu)勢。固態(tài)儲氫技術(shù)也被認為是未來(lái)高密度儲氫和安全利用氫能的主要發(fā)展方向。只是目前技術(shù)尚未成熟,成本相對較高,只在分布式發(fā)電、風(fēng)能制氫等方向得到示范性應用。

總體來(lái)看,目前氣態(tài)儲氫技術(shù)應用最為廣泛 ,但是在安全性方面不足。低溫液態(tài)儲氫由于較高的成本、能耗和安全性問(wèn)題,僅在航空航天上得到了大量運用,不適合大規模的商業(yè)運用。有機液態(tài)儲氫和固體吸附儲氫較好地克服了安全性問(wèn)題,尤其是固體吸附儲氫,儲氫密度大,氫氣純度高,運輸方便,安全性好,具有很大的發(fā)展潛力。

從氫氣儲存的角度看氫能發(fā)展的未來(lái)挑戰,氫能安全嗎?(圖5)

在現階段以氣態(tài)儲氫為主的行業(yè)大背景下,讓公眾相信氫能的安全利用還是很大的挑戰,不過(guò)目前氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也還僅是處于起步階段,任何技術(shù)都經(jīng)歷過(guò)被質(zhì)疑到被接受的過(guò)程,相信隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步以及產(chǎn)業(yè)配套的逐步完善,氫能的大規模運用也終有一天能夠到來(lái)。

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