氫能被稱為21世紀(jì)最高效清潔的能源,燃料電池是氫能廣泛利用的最高效技術(shù)。然而,市場上尚未實現(xiàn)氫能大規(guī)模應(yīng)用,主要瓶頸在于氫氣的存儲與運(yùn)輸導(dǎo)致無法獲得低成本、安全的氫氣。
衡量氫氣存儲技術(shù)好壞的依據(jù)包括有儲氫成本、儲氫密度和安全性等幾方面。此前,各國專家曾發(fā)明多種氫能儲存方式,包括高壓儲氫、液化儲氫、物理吸附儲氫、液態(tài)有機(jī)化合物儲氫、金屬氫化物儲氫等,均存在不同程度缺陷,致儲氫含量低,成本高,穩(wěn)定性、循環(huán)性和安全性能不足。
高壓儲氫:氫質(zhì)量含量1~5.8wt%,壓力為35/45/70/90MPa,目前已經(jīng)商業(yè)化。對于氫能汽車中的高壓儲罐,一般有35Mpa和70Mpa兩種,采用碳纖維復(fù)合材料組成鋁內(nèi)膽外面纏繞碳纖維材料。日本通過將減少碳纖維強(qiáng)化樹脂的用量,使重量效率比原來提高了20%,儲氫重量密度達(dá)到了5.7wt%。
液化儲氫:氫質(zhì)量含量>5wt%,將純氫冷卻至-253℃儲存,超低溫消耗能量大,成本高,優(yōu)勢在于儲氫密度高,多用于航天、軍工領(lǐng)域。
固態(tài)吸附儲氫:氫質(zhì)量含量5.3~9wt%,使用以碳材料為主進(jìn)行物理儲氫,環(huán)境為77k、4MPa,納米碳材料儲氫性能好,還處于實驗階段。
液態(tài)有機(jī)化合物儲氫:氫質(zhì)量含量6~8wt%,常溫常壓,儲氫容量大,目前還處于實驗階段。
金屬氫化物儲氫:氫質(zhì)量含量1.4~3.6wt%,常溫常壓,安全性好,但是儲氫合金存在易粉化、能量衰減和變質(zhì),目前還處于實驗階段。
自然儲氫:包括水儲氫、甲醇儲氫等。其中,水儲氫的氫質(zhì)量含量為11.1wt%,常溫常壓,能量比度高,成本高,以電解水制氫為主。甲醇儲氫的氫質(zhì)量含量為12.5wt%,常溫常壓,能量密度高,低成本,大規(guī)模甲醇制氫技術(shù)早已實現(xiàn)商業(yè)化,微型化甲醇制氫技術(shù)已實現(xiàn)突破,商業(yè)化價值極高。
甲醇(CH3OH)是自然界中最佳的儲氫介質(zhì),其來源廣泛,成本低,除了可以通過傳統(tǒng)化石能源獲得,還可以通過太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)等可再生能源獲得。甲醇作為液體儲存和運(yùn)輸?shù)陌踩院捅憬菪远际堑锰飒?dú)厚的,其儲氫重量密度高達(dá)12.5wt%,常溫常壓下的甲醇儲氫要明顯優(yōu)于液化(多級壓縮且冷卻能耗巨大)、高壓(安全性無法保證)和其他儲氫技術(shù)。
甲醇作為燃料電池的氫源的微型化能量轉(zhuǎn)化設(shè)備早已被向華博士及其團(tuán)隊在“水基能源向華理論”、“動氫理念”的指導(dǎo)下成功攻克,該團(tuán)隊率先在國內(nèi)實現(xiàn)小型可移動甲醇水制氫和燃料電池發(fā)電高效集成的一體機(jī)(即水氫機(jī))的研發(fā)和生產(chǎn)。
水氫機(jī)是采用催化重整及純化多項技術(shù)從甲醇水中獲得高純氫,通過質(zhì)子膜系統(tǒng)產(chǎn)生電、熱等多種能源的裝置,具有成本低、壽命長,操作簡單,高效節(jié)能,靜音簡潔,來料方便,安全環(huán)保等特點。它實現(xiàn)了在同一小型化裝置內(nèi)進(jìn)行分布式制氫和發(fā)電的目標(biāo),避免氫氣的壓儲運(yùn)卸,為氫能的廣泛應(yīng)用打開了大門,解決了安全問題,解決了重大加氫基礎(chǔ)設(shè)施的重大投資問題。
通過對各種儲氫方式對比分析可以得出一個很有意思的結(jié)論:人們費(fèi)盡心思的去尋找最安全、最便捷、低成本的制氫儲氫方式,卻沒有高度重視大自然的饋贈。
標(biāo)簽:氫能