2023年氢风徐来,政策持续加码产业发展迎提速,然而在全国范围内,用氢价格居高不下是当前氢能发展面临的普遍问题。在我国氢能产业链条中,储运是氢能降本的关键环节之一。
有机液态储氢技术作为一种新兴、安全的常温常压氢储运技术,或将为我国今后实现大规模、低成本的远距离氢气运输提供有力技术支撑。目前,中国化学、中海油、氢阳能源、瀚锐氢能、氢阳新能源、中氢源安等企业已开始逐步推动有机液态储氢走向商业化应用,为解决氢能储运难题提供了新的方向。
我国已布局多种有机储氢材料
有机液态储氢原理是借助某些烯烃、炔烃或芳香烃等不饱和液体有机物和氢气的可逆反应、加氢反应实现氢的储存,借助脱氢反应实现氢的释放,质量储氢密度在5%-7.5%,储氢量大,储氢材料为液态有机物,可以实现常温常压运输,方便安全。
有机液体储氢技术的工作原理可分为加氢和脱氢环节。在加氢时,氢气通过催化反应被加到液态储氢载体中,形成可在常温常压条件下稳定储存的储氢有机液体。在脱氢时,有机液体在一定温度条件下发生催化脱氢反应,反应产物经气液分离后,氢气输送至用氢端。
目前国内外研究较多的有机储氢载体有环己烷、甲基环己烷(MCH)、十氢化萘、二苄基甲苯、十二氢-N-乙基咔唑(12H-NEC)等。随着有机液体储氢技术的不断发展,一般认为甲基环己烷体系、乙基咔唑体系、二苄基甲苯体系、芳烃/烷烃体系逐步显现出商业化潜力。
虽然这几类有机储氢材料作为介质载体有一定优点,但也存在一定问题。甲基环己烷具有储氢性能较强、原料稳定性好、成本低等特点,在加氢脱氢过程中不易断链,可循环使用多次,节约成本。然而其脱氢温度需求较高,甲基环己烷根据条件不同脱氢温度至少有230℃,最高可达400℃。
乙基咔唑同样原料具有较好稳定性,同时加氢脱氢效率高,在130~150℃可实现快速加氢,150~170℃可实现脱氢。然而,该材料的缺点在于常温下为固态,运输不便;价格相对昂贵。
二苄基甲苯理论储氢量达6.2%,毒性低、熔点低、沸点高,可在较宽的温度范围内保持液态,安全方便,适合长距离运氢。该材料的缺点是脱氢能耗大、反应速率慢、释氢气纯度较低。
原则上,芳烃特别是单环芳烃,从储氢量、熔点、沸点、毒性等方面考虑储氢效果最佳,但该有机液体氢化物难以实现低温脱氢,会限制这类储氢材料的大规模应用和发展。
经过国内相关科研单位及企业持续攻关,上述有机液体储氢技术成熟度不断提升,整体处于产业化应用前期。
据悉,中国化学旗下科研院研发出甲基环己烷储运氢技术;氢阳能源的有机液相储氢技术所使用的载体为N-乙基咔唑;中氢源安以二苄基甲苯作为储氢材料的有机液态储氢技术已在多国落地应用;氢易能源选取的基于氮杂环芳烃的储放氢体系进行商业化布局。
有机液态储氢商业化如何“破局”?
目前在有机液态储氢技术商业化过程中,存在着有机液体储氢载体材料成本偏高、加氢/脱氢过程贵金属催化剂用量较大、脱氢能耗较高等问题。
氢易能源市场部总监黄凯告诉高工氢电,通过原材料的规模化生产,可以逐步降低液态储氢载体材料的成本。过去氮杂环芳烃作为医药中间体的形式存在,通过煤焦油萃取的方式来生产。而氢易能源将其通过大宗化学品合成,使其原来20-30万元一吨的价格,降到了10万元以内。
在催化剂方面,近日中国海油气电集团牵头研发的甲基环己烷脱氢催化剂研制成功。解决了低贵金属含量下催化剂保持高转化率和选择性、多次加氢脱氢循环后催化剂性能衰减等技术难题,平均甲基环己烷转化率达98%,优于国外产品的技术指标,这标志着我国自主研发的有机物储氢催化剂技术达到国际先进水平。
有机液态储氢在脱氢环节需要一定的温度来实现。黄凯认为,在商业化过程中,可以进一步开拓有机液体储氢应用场景,比如在应用中充分与高温燃料电池相结合,利用外界废热条件实现脱氢、用氢一体化。
随着国内相关企业的积极推进,有机液态储氢已开始走向商业化。6月25日,瀚锐氢能集团“液态有机储氢加氢站供氢示范项目”开工仪式在佛山市南海区丹灶举行,该项目是国内首个通过液态有机储氢技术为加氢站供氢。
7月6日,中国化学联合氢阳新能源打造的全球首套常温常压有机液体储氢加注一体化示范项目在上海碳谷绿湾产业园成功完成全流程贯通,标志着该有机液体储氢的技术已具备规模化商业应用条件。
今年11月,氢易能源对外宣布完成近亿元A轮融资,将于2024年二季度正式投产,项目一期将具备2000吨有机液体储氢载体材料的生产能力。据悉,该公司规划的多个商业示范项目将于2024年起有序落地。届时,海上风电、“沙戈荒”光伏、工业副产等多种形式产出的氢气均可与有机液态储氢技术结合,以安全、低成本的形式储运至应用地。
有专家表示,有机液态储氢是否可以商业化应用,要取决于技术迭代速度能否快于其他储氢手段,以及降本速度能否快于低温液态储氢。综合来看,有机液态储氢常温常压下储运以及低危险性是技术的重要优势,相信在国内众多相关科研单位及企业持续推进下,将对氢能产业的发展也起到重要推动作用。