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固態(tài)儲(chǔ)氫:探索安全高效的氫能儲(chǔ)運(yùn)體系

   2023-04-23 氫能觀察張贏165170
核心提示:《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021-2035年)》中明確:以安全可控為前提,積極推進(jìn)技術(shù)材料工藝創(chuàng)新,支持開展多種儲(chǔ)運(yùn)方式的探索和實(shí)踐。提高高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)效率,加快降低儲(chǔ)運(yùn)成本,有效提升高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)商業(yè)化水平。推動(dòng)低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,探索固態(tài)、深

《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021-2035年)》中明確:


以安全可控為前提,積極推進(jìn)技術(shù)材料工藝創(chuàng)新,支持開展多種儲(chǔ)運(yùn)方式的探索和實(shí)踐。提高高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)效率,加快降低儲(chǔ)運(yùn)成本,有效提升高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)商業(yè)化水平。推動(dòng)低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,探索固態(tài)、深冷高壓、有機(jī)液體等儲(chǔ)運(yùn)方式應(yīng)用。開展摻氫天然氣管道、純氫管道等試點(diǎn)示范。逐步構(gòu)建高密度、輕量化、低成本、多元化的氫能儲(chǔ)運(yùn)體系。


氫能產(chǎn)業(yè)鏈包括氫能制取、氫能儲(chǔ)運(yùn)及氫能應(yīng)用三大環(huán)節(jié),其中,氫能儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)正在成為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“卡脖子”環(huán)節(jié)。氫能產(chǎn)業(yè)的儲(chǔ)運(yùn)問題若能盡快突破,打通氫能產(chǎn)業(yè)上下游也將指日可待。


固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)是通過物理或化學(xué)方式使氫氣與儲(chǔ)氫材料結(jié)合,來實(shí)現(xiàn)氫氣的儲(chǔ)存。固態(tài)儲(chǔ)氫從體積儲(chǔ)氫密度、安全性等因素考慮,是最具商業(yè)化發(fā)展前景的儲(chǔ)存及運(yùn)輸方式之一,具有廣闊的應(yīng)用前景。固態(tài)儲(chǔ)氫目前在交通運(yùn)輸領(lǐng)域起步相對(duì)較早,氫運(yùn)輸車、加氫站、氫能源汽車均有示范項(xiàng)目。


固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)路線主要可分為金屬氫化物,配位氫化物,碳材料,金屬有機(jī)骨架材料(MOFs)和水合物儲(chǔ)氫等。金屬氫化物為固態(tài)儲(chǔ)氫主流技術(shù)路線,涉及材料包括鎂系、鈦系、釩系、稀土系及復(fù)合儲(chǔ)氫合金等;其中鎂系合金儲(chǔ)氫量最大,最高可達(dá)7.6%,但放氫溫度高,通常需要300℃;鈦系、釩系、稀土系儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)氫容量為1.4-2.4%不等,放氫溫度明顯較鎂系合金低。配位氫化物路線需要堿金屬(鋰、鈉、鉀等)或堿土金屬(鎂、鈣等)或第三主族元素(鋁、硼等)。


對(duì)于目前我國(guó)固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)發(fā)展情況而言,金屬合金是技術(shù)最為成熟的儲(chǔ)氫材料。中國(guó)工程院院士、上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心主任丁文江提出,在中國(guó)最合適的固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)就是鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫。一方面,固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)有效地解決了“安全可控”的問題,另一方面,我國(guó)是世界上鎂資源最為豐富的國(guó)家,我國(guó)生產(chǎn)的鎂占全世界的90%。鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)未來或有較大發(fā)展。


近日,全球先進(jìn)噸級(jí)鎂基固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫車(MH-100T)正式亮相。該鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫車的優(yōu)勢(shì)非常明顯:安全性高(常溫常壓存儲(chǔ),無需擔(dān)心高壓下的防爆問題)、儲(chǔ)氫密度高(同等重量的儲(chǔ)氫車,高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫容量約350kg,鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫容量可達(dá)到1T以上)、低成本(鎂價(jià)格便宜)、能凈化存儲(chǔ)(可有效去除CO和H2S等雜質(zhì))、場(chǎng)景豐富(從kW級(jí)、MW級(jí)至GW級(jí)儲(chǔ)能均可使用)等。


固態(tài)儲(chǔ)氫裝置可以和光伏綠電或風(fēng)電配套使用。因?yàn)楣虘B(tài)儲(chǔ)氫需要的氫氣壓力低,光伏電解水制取的氫氣可以直接存儲(chǔ)在固態(tài)儲(chǔ)氫裝置中。固態(tài)儲(chǔ)氫裝置平時(shí)常溫常壓儲(chǔ)存,使用時(shí)跟燃料電池配套使用,燃料電池余熱可以放氫時(shí)使用,固態(tài)儲(chǔ)氫裝置可以作為換熱系統(tǒng)的一部分。


近日,國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目固態(tài)氫能發(fā)電并網(wǎng)率先在廣州和昆明同時(shí)實(shí)現(xiàn),這也是我國(guó)首次將光伏發(fā)電制成固態(tài)氫能應(yīng)用于電力系統(tǒng)。我國(guó)新能源消納和轉(zhuǎn)化能力因固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)再次獲得提升。


作為儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)的新興技術(shù),固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的發(fā)展還需要更多積累和嘗試。相較于氣態(tài)儲(chǔ)氫和低壓液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù),高壓固態(tài)儲(chǔ)氫應(yīng)用前景廣闊,未來將發(fā)揮重要作用。



 
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