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液体和固体储氢技术已经进入示范阶段

日期:2022-11-14    来源:平安证券

国际氢能网

2022
11/14
09:40
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关键词: 氢能源 液氢 储氢

液态储氢目前主要应用在航天工程中

低温液态储氢将氢气冷却至-253 摄氏度,液化储存于低温绝热液氢罐中,储氢密度可达 70.6kg/m3,体积密度为气态时的 845 倍,实现高效储氢,其输送效率高于气态氢。但液氢装置一次性投资较大,液化过程中能耗较高,储存过程中有一定的 蒸发损失,其蒸发率与储氢罐容积有关,大储罐的蒸发率远低于小储罐。国内液氢已在航天工程中成功使用。

优点:液化储氢具有热值高、体积能量密度高、占用空间体积较小等优点。氢能以液态储存能够同时满足质量密度和体积密 度的要求。

缺点:液氢的使用也存在一系列的难题,如液氢易挥发,不便长期保存且存在安全隐患,氢气的液化过程能耗高,氢液化所 需能量为液化氢燃烧产热额的 30%,对储氢容器材料有较为苛刻的要求等。由于液化储氢的成本较高,且其安全技术非常复杂,因此不适合广泛使用,但其作为航空燃料已在航空领域发挥着巨大的作用。多级压缩冷却能耗巨大,低温储氢罐的设 计制造及材料一直存在成本高昂的难题。

有机液体储氢仍处于研究或示范阶段

(1)有机液体氢化物储氢技术

有机液体储氢利用某些不饱和有机物与氢气进行可逆加氢和脱氢反应,实现氢的储存,加氢后形成的液体有机氢化物性能稳 定,安全性高,储存方式与石油产品相似。但存在着反应温度较高、脱氢效率较低、催化剂易被中间产物毒化等问题。国内 已有燃料电池客车车载储氢示范应用案例。

优点:从储氢含量、储氢过程能量消耗、储氢成本高低等角度综合考虑,类似苯、甲苯这样的单环芳香烃储氢量较大、储氢 过程可逆、效果好。储氢量大、储氢密度高。接近美国能源部对储氢系统的要求。循环系统热效率较高。加氢过程为放热反 应,脱氢过程为吸热反应,加氢反应过程中释放出的热量可以回收作为脱氢反应中所需的热量,从而有效地减少热量损失, 使整个循环系统的热效率提高。氢载体可以利用现有的设备进行储存和运输,适合于长距离氢能的输送。

缺点:加氢反应和脱氢反应设备较为复杂,操作费用较高;加氢反应过程和脱氢反应过程均要使用催化剂,且催化剂活性不 够稳定;脱氢反应温度较高等。

技术应用:氢阳新能源控股有限公司就宜都 10000t/a储油项目与中国五环工程有限公司签约了 EPC总承包合同,该项目采 用的专利技术为氢阳能源开发的常温常压有机液态储氢材料生产技术(LOHC)。LOHC 技术是新型安全高效的氢气储运技 术,可有效地破解当前氢能源产业在存储、运输和应用方面存在的低安全性和高成本难题,处于世界领先水平。

(2)液氨储氢技术

液氨储氢技术是指将氢气与氮气反应生成液氨,作为氢能的载体进行利用。液氨在常压、400℃的条件下即可得到 H2,常用 的催化剂包括钌系、铁系、钴系与镍系,其中钌系的活性最高。液氨燃烧产物为氮气和水,无对环境有害气体。

2015年 7月,作为氢能载体的液氨首次作为直接燃料用于燃料电池中。通过对 比,发现液氨燃烧涡轮发电系统的效率(69%)与液氢系统效率(70%)近似。然而液氨的储存条件远远缓和于液氢,与丙烷 类似,可直接利用丙烷的技术基础设施,大大降低了设备投入。因此,液氨储氢技术被视为最具前景的储氢技术之一。

2021年 12月 10日,福州大学与紫金矿业集团、三聚环保举行了绿色能源重大产业项目战略合作签约仪式,根据协议,三方将 合力打造一支国家级“氨-氢”能源产业创新团队,合资成立高新企业,发展集绿氨产业、氢能产业及可再生能源产业于一体的 万亿级产业链。

(3)甲醇储氢

甲醇储氢技术是指将一氧化碳与氢气在一定条件下反应生成液体甲醇,作为氢能的载体进行利用。在一定条件下,甲醇可分解得 到氢气用于燃料电池,甲醇还可直接用作燃料。2017年,我国北京大学的科研团队研发了一种铂-碳化钼双功能催化剂,让甲醇 与水反应,不仅能释放出甲醇中的氢,还可以活化水中的氢,最终得到更多的氢气。同时,甲醇的储存条件为常温常压,且没有 刺激性气味。中集安瑞科与大化所合作建造的冬奥会的站内制氢项目就是甲醇制氢。

固体储氢也已经进入示范阶段

固态储氢是以金属氢化物、化学氢化物或纳米材料等作为储氢载体,通过化学吸附和物理吸附的方式实现氢的存储。固态储 氢具有储氢密度高、储氢压力低、安全性好、放氢纯度高等优势,其体积储氢密度高于液氢。但主流金属储氢材料重量储氢 率仍低于 3.8wt%,重量储氢率大于 7wt%的轻质储氢材料还需解决吸放氢温度偏高、循环性能较差等问题。国外固态储氢 已在燃料电池潜艇中商业应用,在分布式发电和风电制氢规模储氢中得到示范应用;国内固态储氢已在分布式发电中得到示 范应用。

氢储科技:2019 年 11 月氢储科技开始承担上海市科委关于 500kg/天的镁基固态储氢装置的研发任务。目前,涵盖材料、 机械结构、热系统管理、远程控制系统以及容器等的研发均已完成,并进行了大量的理论模拟和实验测试。2020 年第四季 度,首座镁基固态储氢示范站将在山东省济宁市落成,加氢能力为 550 公斤/天,供两条公交线使用。

从储氢成本、技术、安全性等方面来看,高压气态储氢仍是当下储氢方式的最优选择,短中期高压气态储氢仍是主流。因 受技术和成本端的制约,国内低温液化储氢技术、金属氢化物固态储氢短期难以实现规模化应用;因氢能需求量及建设成 本问题,管道输氢还不能规模化应用,长期来看,待技术突破及产能扩大后,管道输氢、低温液化储氢技术与金属氢化物 固态储氢有望成为储氢的主流方式。


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