氢能是一种清洁、高效、安全、可持续的二次能源,可通过多种途径获取;氢能是目前最为理想的清洁能源,可广泛应用于工业、交通、建筑、发电等领域,在经济活动中围绕氢的制取和应用,形成由上游制氢、中游储运、下游用氢构成的氢产业链。
一、制氢:氢气制取包括化石能源制氢、工业副产提纯制氢、电解水制氢三种方式。根据生产来源和碳排放量的不同,氢气可以分为灰氢、蓝氢、绿氢三种类型:
1、灰氢,是通过化石燃料(煤炭、石油、天然气等)燃烧产生的氢气,在生产过程中会有二氧化碳等排放。灰氢的生产成本较低,制氢技术较为简单,碳排放量最高。目前是当下载的最主流制氢方式。
2、蓝氢,是指工业副产氢气或将天然气通过蒸汽甲烷重整、自热蒸汽重整制成的氢气。虽然天然气也属于化石燃料,在生产蓝氢时也会产生温室气体,但是生产过程中使用了碳捕集、利用与封存(CCUS)等先进技术,捕获温室气体,实现了低排放生产。
3、绿氢,是通过使用再生能源(太阳能、风能、核能等)制造的氢气,例如通过可再生能源发电进行电解水制氢,在生产绿氢的过程中基本没有碳排放,因此这种类型的氢气也被称为“零碳氢气”。
二、储氢
1、氢气在常温常压下具有密度低、易燃烧及易扩散的特点,为其储存带来极大的挑战。如何实现安全可靠且高效储氢是亟待解决的技术难题之一。目前,储氢方法主要有高压气态储氢、低温液态储氢及固态储氢等途径,中长期内主要以高压气态储氢为主,最终目标是实现高效固态储氢。高压气态储氢是应用最广泛的一种储氢方式,其技术核心在于内胆材料、外层碳纤维材料及其缠绕成型技术
2、继高压气态储氢及低温液态储氢之后,利用固体材料及有机液体材料进行储氢,已逐渐发展成为一种极具潜力的储氢方式。虽然关于储氢材料的研究已近半个世纪,但目前仍处于探索阶段,尚无大规模应用实例,这主要是因为缺乏廉价、高效、长寿命的新型储氢材料。理想的储氢材料需同时满足一系列苛刻条件,如储氢密度高、储放氢速度快且工作条件温和、可逆循环性能好、使用寿命长等。
3、目前已有多种材料被用于储氢研究,主要包括无机材料与有机材料两大类。其中,无机储氢材料主要有金属与金属合金、配位氢化物及碳基材料等,有机材料主要有有机框架化合物、有机液体及多孔高分子等。从目前的研究热点来看,储氢材料已从传统金属及合金逐渐转变为以轻质元素氢化物(如配位氢化物等)和多孔吸附材料(如金属有机框架结构)为主。
三、运氢、运氢技术主要有三种:气态运输、液态运输和固体运输。长管拖车为主的气态运输,是当前较为成熟的运输方式。
四、加氢站:加氢站是氢能行业重要的配套基础设施。根据中国氢能联盟的统计,截至2022年底,全球主要国家在营加氢站数量达到727座,我国累计建成加氢站358座,其中在营245座,加氢站数量全球第一。根据中国氢能联盟的预测,2050年中国加氢站数量将达到1.2万座。
1、燃料用氢:氢能是氢和氧进行化学反应释放出的能量,是一种二次清洁能源,燃烧热值高,氢燃烧的产物是水,具有绿色低碳的特点,是世界上最干净的能源,被誉为“21世纪终极能源”。目前燃料用氢的应用在全球范围内尚有限,主要原因是燃氢轮机等设备技术成熟度低、经济性不高。氢燃料电池车是目前最主要的应用之一。
2、原料用氢:氢气是重要的工业气体,化工行业需要用氢制备甲醇、合成氨等产品,冶铁需要利用氢气作为还原剂。
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