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固态储氢:探索安全高效的氢能储运体系

日期:2023-04-19    来源:氢能观察

国际氢能网

2023
04/19
09:38
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关键词: 氢能产业链 氢能储运体系 固态储氢

《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》中明确:

以安全可控为前提,积极推进技术材料工艺创新,支持开展多种储运方式的探索和实践。提高高压气态储运效率,加快降低储运成本,有效提升高压气态储运商业化水平。推动低温液氢储运产业化应用,探索固态、深冷高压、有机液体等储运方式应用。开展掺氢天然气管道、纯氢管道等试点示范。逐步构建高密度、轻量化、低成本、多元化的氢能储运体系

氢能产业链包括氢能制取、氢能储运及氢能应用三大环节,其中,氢能储运环节正在成为氢能产业发展的“卡脖子”环节。氢能产业的储运问题若能尽快突破,打通氢能产业上下游也将指日可待。

固态储氢技术是通过物理或化学方式使氢气与储氢材料结合,来实现氢气的储存。固态储氢从体积储氢密度、安全性等因素考虑,是最具商业化发展前景的储存及运输方式之一,具有广阔的应用前景。固态储氢目前在交通运输领域起步相对较早,氢运输车、加氢站、氢能源汽车均有示范项目。

固态储氢技术路线主要可分为金属氢化物,配位氢化物,碳材料,金属有机骨架材料(MOFs)和水合物储氢等。金属氢化物为固态储氢主流技术路线,涉及材料包括镁系、钛系、钒系、稀土系及复合储氢合金等;其中镁系合金储氢量最大,最高可达7.6%,但放氢温度高,通常需要300℃;钛系、钒系、稀土系储氢合金储氢容量为1.4-2.4%不等,放氢温度明显较镁系合金低。配位氢化物路线需要碱金属(锂、钠、钾等)或碱土金属(镁、钙等)或第三主族元素(铝、硼等)。

对于目前我国固态储氢技术发展情况而言,金属合金是技术最为成熟的储氢材料。中国工程院院士、上海交通大学氢科学中心主任丁文江提出,在中国最合适的固态储氢技术就是镁基固态储氢。一方面,固态储氢技术有效地解决了“安全可控”的问题,另一方面,我国是世界上镁资源最为丰富的国家,我国生产的镁占全世界的90%。镁基固态储氢技术未来或有较大发展。

近日,全球先进吨级镁基固态储运氢车(MH-100T)正式亮相。该镁基固态储氢车的优势非常明显:安全性高(常温常压存储,无需担心高压下的防爆问题)、储氢密度高(同等重量的储氢车,高压气态储氢容量约350kg,镁基固态储氢容量可达到1T以上)、低成本(镁价格便宜)、能净化存储(可有效去除CO和H2S等杂质)、场景丰富(从kW级、MW级至GW级储能均可使用)等。

固态储氢装置可以和光伏绿电或风电配套使用。因为固态储氢需要的氢气压力低,光伏电解水制取的氢气可以直接存储在固态储氢装置中。固态储氢装置平时常温常压储存,使用时跟燃料电池配套使用,燃料电池余热可以放氢时使用,固态储氢装置可以作为换热系统的一部分。

近日,国家重点研发项目固态氢能发电并网率先在广州和昆明同时实现,这也是我国首次将光伏发电制成固态氢能应用于电力系统。我国新能源消纳和转化能力因固态储氢技术再次获得提升。

作为储氢环节的新兴技术,固态储氢技术的发展还需要更多积累和尝试。相较于气态储氢和低压液态储氢技术,高压固态储氢应用前景广阔,未来将发挥重要作用。


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