存储和运输问题影响了氢能利用

20210526期来自:科技日报

化学元素氢(H),在元素周期表中位列第一,是所有原子中最小的。

但这个无色无味的“小家伙”却是宇宙中最常见的元素,氢及其同位素占到了太阳总质量的84%,宇宙质量的75%都是氢。

“我们现在还生活在碳时代,但是在未来,氢能将是举足轻重的能源。”周少雄告诉记者,氢资源丰富,可以由水制取,氢供给燃料电池的产物还是水,不仅是世界上最干净的能源,还能实现能源物质循环利用、可持续发展。

当前,我国正面临着能源安全和碳排放两大挑战,在碳中和、碳达峰的目标下,必须调整当前过度依赖化石能源的能源结构,而将氢能纳入整个能源体系中,有助于改善我国的高碳能源结构,保障能源安全。

但是,从人类认识到氢气可以燃烧至今,已经过去200多年,氢能的高效利用仍然进展缓慢。

“氢能的利用,涉及制氢、储运、应用3个环节,其中高密度安全储运氢是主要的瓶颈问题。”周少雄说,氢在通常条件下以气态形式存在,且易燃、易爆、易扩散,这就给氢的储存和运输带来了很大的困难。

目前,氢气的储运主要分为气态、液态和固态3种方式。

气态储氢较为常见,可分为低压和高压两种。过去,街头巷尾卖气球的小贩,会载着一个大钢瓶,这就是低压储氢罐。而高压气态储氢最高气压可达70兆帕,目前我国常见的高压储氢气压也达到35兆帕,这就对压力容器提出了极高要求,目前高压储氢罐采用碳纤维制造,成本极高且要消耗较大的能源进行压缩。

氢气在一定的低温下,会以液态形式存在。因此,可以将氢气压缩、冷却实现液态储存。常温、常压下液氢的密度为气态氢的845倍,但低温液态储氢不经济。氢气液化要消耗较大的冷却能量,而且必须使用超低温用的特殊容器,目前仅在储存空间有限的场合使用,如火箭发动机等。

与化石能源或电力等其他非化石能源相比,氢能由于尚未很好地解决储运问题,所以一直处在叫好不叫座的尴尬境地。因此,开发新型高效的储氢材料、安全的储氢技术对氢能的开发利用至关重要。

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