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隨著(zhù)全球經(jīng)濟的快速發(fā)展和世界人口的快速增長(cháng),人類(lèi)對能源的需求與日俱增。為了滿(mǎn)足新發(fā)展理念的需要和高質(zhì)量發(fā)展的要求,使用傳統化石燃料導致了嚴重的污染和溫室效應。中國政府提出了能源發(fā)展目標CO2峰值和CO2中性。目前,所有國家都致力于開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能、風(fēng)能和氫能等可再生能源,其中氫能具有顯著(zhù)優(yōu)勢,具有高質(zhì)量和能量密度并且可以容易地與其他可再生能源結合。2020年9月8日,國家發(fā)展和改革委員會(huì )等四個(gè)部門(mén)發(fā)表意見(jiàn),在國家的鼓勵和支持下,指導加快新能源開(kāi)發(fā)和制氫加氫廠(chǎng)建設。規劃建設了一批儲氫、運輸和應用項目,中國氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速工業(yè)化道路。
中國西部地區可開(kāi)發(fā)的綠色氫資源超過(guò)3億噸,完全滿(mǎn)足中國可持續發(fā)展的能源需求,將從根本上確保能源戰略安全。在“生產(chǎn)、儲存、傳輸、分配和應用”的整個(gè)氫能鏈中,儲存和運輸成本超過(guò)30%,這是中國氫能分配的最關(guān)鍵環(huán)節和瓶頸儲氫技術(shù)可以分為物理存儲和化學(xué)存儲。
在物理存儲技術(shù)中,氫可以以高壓氣態(tài)氫、液態(tài)氫、低溫壓縮氫、污泥氫和物理吸附的形式存儲。其中,壓縮氫和金屬氫化物被認為是中小型儲氫的有效方法。液態(tài)氫和低溫液態(tài)氫是大規模儲存和運輸的有效方式。高壓氣態(tài)氫儲存的單位質(zhì)量氫儲存密度為1.0%~5.7%,低于常溫和20MPa的氫儲存密度是17.9kg/m3,每千克僅需2kW h功率。儲存和運輸的能源效率超過(guò)90%。該技術(shù)成熟、能耗低、成本低,但存在體積密度低、長(cháng)途運輸成本高等問(wèn)題。低溫液態(tài)氫的體積儲氫密度為70.6kg/m3,儲存和運輸的能效約為75%。然而,生產(chǎn)1千克液態(tài)氫需要12~17千瓦/小時(shí)的電力,而且還存在揮發(fā)性和成本高的缺點(diǎn)。
化學(xué)儲氫技術(shù)是將氫儲存在具有高儲氫能力的化合物中,或將氫與金屬/合金結合起來(lái),以固態(tài)金屬氫化物的形式儲存,包括通過(guò)氫化物(金屬氫化物、復合氫化物、化學(xué)氫化物和間質(zhì)氫化物)儲存氫,液態(tài)有機氫載體(LOHC),其中,有機液態(tài)氫的單位質(zhì)量?jì)Υ婷芏雀哌_5.0%~7.2%,氫的體積儲存密度達60kg/m3。儲存和運輸方便,儲存和運輸的能效約為85%。它可以回收,但成本高,操作條件苛刻。2021,中國只有一家公司活躍于有機液氫儲存領(lǐng)域。氫化物儲氫的體積儲氫密度可以達到50kg/m3,儲存和運輸的能量效率約為85%,但單位質(zhì)量的儲氫密度僅為1.0%~4.5%,并且對氫氣吸收和解吸溫度有要求,在未來(lái)十年中,氣態(tài)高壓儲存和液態(tài)氫儲存將繼續是最重要的儲氫方法。
氫氣主要通過(guò)管道、長(cháng)管拖車(chē)和罐車(chē)運輸。儲存和運輸的能源效率高達95%,維護成本相對較低。如果運輸距離為100公里,每公斤僅需1元,但初期成本較高。目前,長(cháng)距離氫氣輸送管道的成本達到每公里63萬(wàn)美元,但由于氫脆問(wèn)題,天然氣管道需要更換。長(cháng)管拖車(chē)的單個(gè)氫氣運輸能力僅為200~300kg,僅為長(cháng)管拖車(chē)總重量的1%~2%。100公里的運輸成本高達1.1美元/千克。與壓縮氫相比,低溫液態(tài)氫運輸可以運輸更高密度的燃料,但由于需要隔熱和冷卻系統,成本更高。