现代爱“氢”故事 | “前面有个加油站,让我加点氢”

现代爱“氢”故事 | “前面有个加油站,让我加点氢”
2023年05月09日 09:30 贺利氏之声

在元素周期表中位于第一位,是最轻的元素,也是宇宙中含量最多的元素。同时,氢的热值很高,是同质量焦炭、汽油等化石燃料热值的2-4倍,更重要的是,氢气的燃烧产物只有水,不产生温室气体或其他颗粒,氢能也被视作一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,正逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一

贺利氏集团是一家拥有三百年历史的德国家族企业、全球领先的科技集团,近年来积极聚焦可持续发展领域,其中也包括氢能,在这个全新的系列中,我们将带领大家了解氢能经济,以及贺利氏创新技术在其中扮演的重要角色

上次介绍了什么是绿氢,以及绿氢对能源清洁转型的重要性(点击阅读详情),虽然从质量(mass)上看,氢提供的能量几乎是汽油的三倍,但从体积(volume)上看,情况正好相反——液态氢的密度仅是汽油的四分之一

按照以上公式,在其他条件相当的情况下,同样由2罐汽油提供的能量,则需要用上约10罐液态氢

另外,氢气还有着易燃的标签,如何安全且高效地储存和运输制好的绿氢,成为了整个产业的头号难题

现阶段主要的储氢方式可分为三种,分别是气态储氢、液态储氢和固态储氢。

气态储氢

保持氢的气态状态或许是最省事”的,给氢气施加压强能大幅度减少占用空间,高压储气瓶也是目前比较成熟的储氢技术。

同样在0度的状态下储存1kg氢,压强不同能让体积减少80%+

压力越大,氢气体积被压缩得越小,当然更有助于提高效率,但随之而来的问题则是气瓶本身的运输安全性和稳定性:金属瓶的压力值并非最优,影响存储量;而碳纤维瓶则因现阶段成本高昂,无法大规模普遍使用。

固态储氢

不需要高压,也没有易燃风险,固态储氢可以大幅提高体积储氢密度,又可以提高运输安全性。这其中,又分物理和化学两大类。

然而现阶段仍存在较大的研究进步空间——物理吸附储氢可选用的材料较多,但维持程度非最优;而化学氢化物储氢对温度要求高,技术壁垒高,尚不成熟。

液态储氢

液态氢“最鼎鼎大名”的应用要数火箭燃料了,美国国家航空航天局(NASA)早在20世纪中叶就已经研究利用液态氢作为航天飞机的推进剂了,然而氢气的液化温度极低,常压下需要到-253℃,能耗大,静态蒸发损失大,需要存入特制的绝热真空容器中保存,为广泛应用增加了不少难度。

与此同时,液态有机储氢载体(LOHC)技术进入大家的视野。LOHC是可以通过化学反应吸收和释放氢的有机化合物,加氢放热,脱氢吸热,这个过程中的热量就可以回收使用,有效地减少热量损失。

有机化合物和氢结合,以正常条件储存并运输,使用时化合物再“功成身退”

甲醇、甲苯、液氨等都是极具潜力的载体。拿液氨举例,氨可在-33℃液化,液氨的体积储氢密度比液氢高,氢的释放过程也比较简单:只要将氢“封存”在液氨中,就可以更高效且安全地储存和运输氢。贺利氏贵金属是全球最大贵金属服务供应商之一,拥有丰富且专业的贵金属处理经验,提出了含钌即用型催化剂的概念,能够高效实现氢氨互转的过程。

更更重要的是,LOHC可以利用现有的柴油基础设施,安全长期地储存氢气而不会损失,在不久的将来,我们或许真的能在加油站里加上氢气。

Green Hydrogen

我们可以看到这三类方法其实都各有难点,也因此暂时无法让氢能发挥它的最大潜力,贺利氏作为专业的材料专家,非常期待携手产业伙伴,以材料助力攻克储运技术壁垒,让绿色氢气早日“飞入寻常百姓家”

下一期,我们将畅想一切都“不是问题”,氢能到底如何能够引领未来能源,帮助我们打造一个可持续的世界,敬请期待!

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