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氢能源的最后一块短板,我们离氢能源的使用

发布时间:2025/1/23 19:00:09   
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氢能,这位能源界的后起之秀,借助三种不同的制备路径获取自身的力量:1.从化石能源的重新整理中提取氢气;2.从工业副产品中提炼纯氢;3.通过可再生能源的转化制造氢气。年,中国制氢产业的产值规模已达到亿元。随着国家对制氢产业的逐步重视和投入的增加,预计到年,我国制氢的产值规模将达到亿元。如同坐上火箭般的增长势头,预示着氢能产业在未来的发展前景中,将占据越来越重要的地位。

氢能源是国际公认的清洁可再生能源,其低碳甚至零碳的环保特质使其成为人们心中的终极使用能源。在氢气制备的舞台上,我国已是名副其实的领跑者,站在世界的巅峰。在这个充满机遇与挑战的21世纪,我国与日本、韩国、欧盟、美国等都共同描绘出氢能发展的宏伟蓝图。在这片领域,我国已经深耕许久,并取得了显著的成就在。不久的将来,我们有信心成为氢能制取技术和大规模应用领域的佼佼者。国际社会对我国在氢提取技术和氢能全产业链实施应用方面的引领充满期待。就像春天的种子,氢能发展的希望在我国大地生根发芽,茁壮成长。我们坚信,在科技创新的滋养下,氢能将成为未来可持续发展的绿色动力,为人类的美好生活奏响新的乐章。

氢能广泛用于工业、军事、交通等各领域

近年来,我国在氢能产业制备氢的发展中取得了长足的进步,其基础设施的发展已经与国际先进水平颇为接近。若要谈到制氢环节的规模生产技术,我国已经具备了大规模生产氢气的实力。然而,在氢气的“储、运、加、用”这四个关键环节中,我们可以看到,“储和运”是制约这个产业链发展的最后一块短板。那么,这块短板究竟有多短呢?同样在国际上,“储和运”也是各方都面临的难题,同时也是有效降低氢气储存和运送到终端成本的关键所在。

储存和运送氢气现有模式:

1、高压气体储氢:高压气态储氢技术是最常用的储氢技术;

优点:通过高压设备,将氢气进行压缩,以高密度气态的形式储存;它具有能耗低、易脱氢、成本较低、工作条件较宽等特点,这是现今发展最成熟、最常用的储氢技术。

缺点:氢储量较小、耗能大,需要耐高温、耐冲击、耐高压容器,氢气容易存在泄露与容器爆破等不安全因素,一般只适用于km内短距离运输。

2、低温液态储氢:通过氢气绝热膨胀而生成的液氢也可以作为氢的储存状态;

优点:用氢气在高压、低温条件下液化,体积密度为气态时的倍的特点,实现高效储氢,其输送效率高于气态氢。

缺点:为了保证低温、高压条件,不仅对储罐材质有要求,而且需要有配套的严格的绝热方案与冷却设备。因此,低温液化液态储氢的储罐容积一般较小,氢气质量密度为10%左右。

3、金属固态氢储存:在不改变材料结构的前提下,吸收和释放大量的氢气;

优点:安全性高、易于保存和运输。某些金属具有很强的捕捉氢的能力,在一定的温度和压力条件下,这些金属能够大量“吸收”氢气,反应生成金属氢化物,同时放出热量。

缺点:固态储氢材料在物料成本、储氢量、自重、吸放氢速率和温度、循环效率等方面和应用需求还存在一定距离。

金属固态储氢原理

通过上述三种储存和运输方式,我们发现氢能领域存在的优缺点。然而,当这些缺点显得尤为明显时,它们便成为了阻碍该领域发展的重大阻碍。这些阻碍主要表现为成本虽低但效率也较低,而效率较高的方案成本又较高,存在着明显的矛盾。

是否有什么方法能够巧妙地解决“储、运”成本与效率之间的微妙关系呢?在众多氢气储能设备中,央视CCTV新闻栏目报道了一项令人瞩目的突破:以色列的“氢燃料汽车存储技术”。这一技术的问世,无疑为解决这一难题提供了新的视角。

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经过分析视频中以色列这家氢能技术公司的光纤储氢技术,研究储氢领域的方向与其它三种储运方式的特点有着明显的不同。传统方式储存气体必须使用圆柱形的储罐,而这家公司却创新性地利用拉制出来的光纤状玻璃纤维管进行储氢,这种结构类似于毛细血管供血液流动的方式。这种独特的技术不仅摆脱了传统储氢方式的限制,还极大地提高了储氢的效率和安全性。同时,由于光纤储氢技术具有高分子材料的特点,它可以被广泛应用于各种领域,为人类带来更多的便利和进步。

光纤储氢局部结构放大

光纤毛细玻璃管储氢技术是一种前沿的储氢技术,通过将氢气储存在无数直径只有几微米的毛细玻璃管中实现。这些毛细玻璃管集束在一起后,能够构建出一个高度分布式的、储氢压强超高(商业应用可到MPa)、并具有高安全性的储氢容器。这种技术的出色表现源于其所使用的玻璃这一储氢材料和瑞士公司独特的玻璃生产工艺。这种储氢容器不仅具有高度分布式和超高的储氢压强,同时还具有高安全性,使其成为一种理想的储氢方案。通过这种技术,氢气的储存和运输变得更加便捷和安全,对于未来的能源革命具有重要意义。这种技术的广泛应用将会带来更加清洁、高效、可持续的能源未来。

可模块化不受形状大小制约的光纤储氢

光纤储氢技术强度是钢的3倍,重量是钢的1/3,不受氢腐蚀,这是以材料基础研究和反向储氢技术领域的一个重大突破。

高效率:储氢压强非常高,承压70MPa时,单位质量储氢密度为10wt%;承压MPa时,单位质量储氢密度为60wt%。

高安全:不会产生氢脆现象、防氢渗漏性能强、耐化学腐蚀、防撞击性能好、极端情况下氢气泄露量十分微小且有序。

长寿命:工作温度范围-20°C~+80°C;预期使用寿命次充放循环/20年。

操作简便:具有高速充气能力,可实现在使用现场充气。氢气释放操作简单。

灵活使用:模块化使用不受形状大小制约,适用于各种氢气场合。

成本低:材料成本低可循环使用、没有来源瓶颈限制、大规模生产成本低。

微型应用端,类似手机充电宝大小供单兵设备系统集中供电持续使用48小时应用市场很广泛

设想如果有光纤储氢技术这种高安全性的存在,以及我国拥有近12万座加油站的便利条件,是否可以将这些加油站改造为加油、充电、加氢综合一体站呢?如果能够充分利用加油站的地理位置优势,并且不需要重复投资建设新的加氢站,那么氢能源车发展的最后一块短板就能够得以补齐。我国有望率先成为大规模推广氢能源车的国家,进一步巩固在汽车领域的领先优势。同时,燃油车也可以平稳过渡,并换装为真正的新能源车!

总结:一旦我国成功弥补氢能领域中最后一块储氢短板,氢能源便将更加深入到我们的日常生活中。届时,我国将逐渐摆脱对石油、天然气和煤炭等化石能源的依赖,逐步实现能源独立,进而使我们的国家更加安全!

北京冬奥会共计投入使用辆氢燃料电

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