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从氢气储存的角度看氢能发展的未来挑战,氢能安全吗?

日期:2022-10-26    来源:Cuckoos笔记

国际氢能网

2022
10/26
14:04
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关键词: 氢能储存技术 氢能产业链 储氢技术

氢能的储存是连接氢能生产和利用之间的一道关键的桥梁。如何高效安全的储存氢气一直是氢能发展过程中倍受关注的一个话题。可以说,氢能储存技术已经成为了氢能产业链中至关重要的一环,没有安全高效的氢能储存,也就很难谈起氢能的未来发展。

氢能的储存技术大致上可以分为气态储存技术、低温液态储存技术、有机液态储存技术以及固态储存技术。其中气态储存技术发展最为成熟,应用也最为广泛,但是安全性不足。固态储氢技术安全性好,储氢密度高,代表着未来的发展方向。

气态储氢技术利用压缩机将氢气储存在高压储氢瓶中。由于氢气密度非常小,常温下1千克氢气的体积达到11立方米,并且氢气容易发生泄露扩散。所以,气态储氢的技术关键在于如何设计出高效安全的储氢瓶。经过不断的发展,储氢瓶已从最初的无缝钢瓶,非金属内胆,纤维全缠绕气瓶。国外甚至开始了全纤维缠绕“去胆化”储氢瓶的设计研究。丰田的氢燃料电池汽车Mirai采用的便是非金属内胆储氢瓶,由于丰田公司的70MPa高压储氢技术,Mirai实现了一次充气续航482km。

低温液态储氢技术是先将氢气在低温环境下进行液化,然后再储存到低温绝热容器中。这种技术最大的问题是能耗大,成本高。理想状态下,1千克氢气液化耗能为3.228kW·h。但实际上由于液化需要经过压缩、预冷、热交换、涡轮机膨胀、节流阀膨胀等过程,实际的耗能为15.2kW·h。作为对比,生产1千克液氮的耗能仅为0.207kW·h。另一方面,由于液态氢的沸点低,易蒸发,导致对液氢储存容器绝热性要求特别高。目前,低温液化储氢技术主要还只是运用在航空航天上。

有机液态储氢技术是借助某些烯烃、炔烃或芳香烃等不饱和液体有机物和氢气的可逆反应实现氢的储存,借助脱氢反应实现氢的释放,可以实现常温常压运输,方便安全,储能密度大。但是由于加氢和脱氢装置较为复杂,成本较高,并且脱氢需要在较高的温度下进行,导致能耗较高,反应过程中可能混入杂质气体导致氢气的纯度不足。目前这种技术主要在氢气的远距离运输中得到应用。

相较于气态储氢和液态储氢技术,固态储氢技术利用材质的物理或者化学特性吸附氢气,实现氢的存储,在安全性、经济性和储氢密度上有着更加明显的优势。固态储氢技术也被认为是未来高密度储氢和安全利用氢能的主要发展方向。只是目前技术尚未成熟,成本相对较高,只在分布式发电、风能制氢等方向得到示范性应用。

总体来看,目前气态储氢技术应用最为广泛 ,但是在安全性方面不足。低温液态储氢由于较高的成本、能耗和安全性问题,仅在航空航天上得到了大量运用,不适合大规模的商业运用。有机液态储氢和固体吸附储氢较好地克服了安全性问题,尤其是固体吸附储氢,储氢密度大,氢气纯度高,运输方便,安全性好,具有很大的发展潜力。

在现阶段以气态储氢为主的行业大背景下,让公众相信氢能的安全利用还是很大的挑战,不过目前氢能产业的发展也还仅是处于起步阶段,任何技术都经历过被质疑到被接受的过程,相信随着技术的进步以及产业配套的逐步完善,氢能的大规模运用也终有一天能够到来。


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