管道運輸

氫氣的運輸成本占最終成本的30%以上，是制約氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。管道運輸的氫氣輸送能力大，能耗低，但管道建設成本約為63萬(wàn)美元/km。在管道運輸發(fā)展初期，我們可以積極探索混合氫氣的天然氣運輸，這也是大規模生產(chǎn)氫氣的實(shí)際解決方案。據測算，如果輸送距離為300公里，每100公里的管道氫氣運輸成本僅為0.5元/公斤。然而，管道氫氣運輸的成本在很大程度上受到需求側的影響，在目前氫氣加注站不普及且站點(diǎn)相對分散的情況下，管道氫氣輸送的成本優(yōu)勢并不明顯。中國正在積極加強管道輸氫技術(shù)的研發(fā)和建設。預計到2030年，將建成3000多公里的輸氫線(xiàn)路，投資額將達到100億；到2050年，中國將形成安全可靠的長(cháng)距離高壓輸氫網(wǎng)絡(luò )。

摻氫天然氣可以單獨使用，也可以在氫氣與天然氣分離后直接使用，但有一些限制。首先，需要保護天然氣消費者免受氫氣的影響，這需要根據天然氣用戶(hù)的類(lèi)型限制氫氣混合物的最大比例。住宅爐與氫氣之比的極限為30%，而燃氣輪機的極限僅為2%。如果超過(guò)濃度限值，則必須增加氫氣檢測器，并且還必須更換或改進(jìn)配套的加藥系統，從而增加額外成本。其次，氫氣用戶(hù)也有高純度要求。例如，在燃料電池的應用中，可以通過(guò)低溫分離、變壓吸附、膜分離、電化學(xué)分離等方法從氣體混合物中提純氫氣。

天然氣與氫氣的運輸必須關(guān)注兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：

首先，氫脆和泄漏導致氫氣泄漏。當氫氣長(cháng)期暴露時(shí)，鋼管的機械財產(chǎn)和韌性降低，發(fā)生氫氣泄漏的可能性增加。金屬表面涂層可用于抑制鋼管的氫脆，但現有的天然氣管道需要開(kāi)挖。向混合氣體中添加抑制劑也可以防止管道材料吸收氫氣。然而，與抑制劑相關(guān)的毒性和安全風(fēng)險未知，可能需要額外的純化步驟。

第二，氫氣分離效率低，分離成本高。低溫分離是基于氫氣和其他氣體的沸點(diǎn)不同的原理。它需要液化設備和高投資成本。在壓力變化吸附中，吸附材料的選擇性吸附特性用于僅讓氫氣通過(guò)吸附床。氣體混合物中氫氣的濃度越低，必須對氣體混合物加壓的壓力就越大。吸附床越經(jīng)常需要吸附和解吸，氫分離效率越低。

膜分離過(guò)程基于選擇性滲透原理，由膜兩側之間的壓力差驅動(dòng)。氣體混合物中的氫濃度越低，電化學(xué)分離是基于該原理的化學(xué)分離方法，氫分子和其他氣體分子具有不同的電財產(chǎn)和行為。它需要持續供電并增加成本。

長(cháng)管拖車(chē)和管束集裝箱運輸

高壓氫氣運輸通常選用長(cháng)管拖車(chē)和管束容器。它們通常由多個(gè)大氣瓶組成，總體積為10~30m3，工作壓力為15~35MPa，其牢固地附接到框架并且能夠與半掛車(chē)的運輸機構分離，被稱(chēng)為管狀束容器。

長(cháng)管拖車(chē)靈活方便，但單車(chē)的單次氫氣運輸能力僅為200~300 kg，僅占長(cháng)管拖車(chē)總重量的1%~2%。目前，使用高壓長(cháng)管拖車(chē)運輸100 km氫氣的成本約為1.10美元/kg。Azuma等人開(kāi)發(fā)的拖車(chē)的總運輸距離達到1046km。沒(méi)有出現氣缸緊固件和管道連接松動(dòng)、氫氣泄漏和高溫升高等故障。Lahnaui等人發(fā)現，在54 MPa的最大壓力水平下，另一方面，在25和35 MPa的較低壓力水平下，移動(dòng)卡車(chē)的比例隨著(zhù)距離和氫氣需求的增加而增加。如果行駛距離小于200公里，則運輸氫氣的卡車(chē)比例更高。Moreno Banco等人研究了在隔熱拖車(chē)中運輸冷（200 K）高壓（87.5 MPa）氫氣并直接從拖車(chē)中分配氫氣的可能性?？傔\輸成本降低了24%。這一巨大的成本優(yōu)勢將提高氫燃料汽車(chē)的效率。

管束容器筒體內壁光潔度達到0.25m m，可用于輸送純氫氣（純度≥99.99%）、高純度氫氣（純度≤99.999%）和超高純度氫氣，純度≥99.999%。管式集裝箱不僅可以用于燃料氫和一般工業(yè)，還可以用于電子工業(yè)，如超大規模集成電路恩里科控股有限公司有限公司宣布，其中集氫科技有限公司有限公司已成功向石家莊基地交付四個(gè)氫氣集束集裝箱，以參加北京冬奧會(huì )。本次交付的氫氣束容器小車(chē)主體為7號無(wú)縫鋼瓶，可裝滿(mǎn)4600立方米氫氣。它是中國最大的運輸氫氣的集裝箱式集裝箱。