氢能知识 | 氢的高压与液化储运应用前景

随着全球经济的快速发展和世界人口的快速增长，人类对能源的需求与日俱增。为了满足新发展理念的需要和高质量发展的要求，使用传统化石燃料导致了严重的污染和温室效应。中国政府提出了能源发展目标CO2峰值和CO2中性。目前，所有国家都致力于开发太阳能、风能和氢能等可再生能源，其中氢能具有显著优势，具有高质量和能量密度并且可以容易地与其他可再生能源结合。2020年9月8日，国家发展和改革委员会等四个部门发表意见，在国家的鼓励和支持下，指导加快新能源开发和制氢加氢厂建设。规划建设了一批储氢、运输和应用项目，中国氢能产业进入快速工业化道路。

中国西部地区可开发的绿色氢资源超过3亿吨，完全满足中国可持续发展的能源需求，将从根本上确保能源战略安全。在“生产、储存、传输、分配和应用”的整个氢能链中，储存和运输成本超过30%，这是中国氢能分配的最关键环节和瓶颈储氢技术可以分为物理存储和化学存储。

在物理存储技术中，氢可以以高压气态氢、液态氢、低温压缩氢、污泥氢和物理吸附的形式存储。其中，压缩氢和金属氢化物被认为是中小型储氢的有效方法。液态氢和低温液态氢是大规模储存和运输的有效方式。高压气态氢储存的单位质量氢储存密度为1.0%～5.7%，低于常温和20MPa的氢储存密度是17.9kg/m3，每千克仅需2kW h功率。储存和运输的能源效率超过90%。该技术成熟、能耗低、成本低，但存在体积密度低、长途运输成本高等问题。低温液态氢的体积储氢密度为70.6kg/m3，储存和运输的能效约为75%。然而，生产1千克液态氢需要12～17千瓦/小时的电力，而且还存在挥发性和成本高的缺点。

化学储氢技术是将氢储存在具有高储氢能力的化合物中，或将氢与金属/合金结合起来，以固态金属氢化物的形式储存，包括通过氢化物（金属氢化物、复合氢化物、化学氢化物和间质氢化物）储存氢，液态有机氢载体（LOHC），其中，有机液态氢的单位质量储存密度高达5.0%~7.2%，氢的体积储存密度达60kg/m3。储存和运输方便，储存和运输的能效约为85%。它可以回收，但成本高，操作条件苛刻。2021，中国只有一家公司活跃于有机液氢储存领域。氢化物储氢的体积储氢密度可以达到50kg/m3，储存和运输的能量效率约为85%，但单位质量的储氢密度仅为1.0%～4.5%，并且对氢气吸收和解吸温度有要求，在未来十年中，气态高压储存和液态氢储存将继续是最重要的储氢方法。

氢气主要通过管道、长管拖车和罐车运输。储存和运输的能源效率高达95%，维护成本相对较低。如果运输距离为100公里，每公斤仅需1元，但初期成本较高。目前，长距离氢气输送管道的成本达到每公里63万美元，但由于氢脆问题，天然气管道需要更换。长管拖车的单个氢气运输能力仅为200~300kg，仅为长管拖车总重量的1%~2%。100公里的运输成本高达1.1美元/千克。与压缩氢相比，低温液态氢运输可以运输更高密度的燃料，但由于需要隔热和冷却系统，成本更高。