2、成本是王道
1)要想运输必然要考虑存储,根据存储形态的不同,氢气的储运大致分为四种,分别是低温液态储运、固态储运、有机液体储运以及高压气态储运;但结论说在前面,想穿过广袤的国土实现氢能的长距离运输,唯有最传统的方式最有效、成本最低,也就是通过管道以高压气态的形式运输氢气。其他方式为什么都做不到?
2)先来说低温液态储运,这个技术我国在十年前就已经掌握,当时的卫星发射就已经用上了液态氢。低温液态运输运的自然是-252.7℃、已经变为液体的氢,它会被加注到绝热容器中,再用特制的液氢槽罐车运输;液态运输的优点是能量密度、体积密度大,加注时间短,但问题是,氢气在液化过程中能耗非常大,约为15-25kWh/kg,能占到氢气自身能量的30%-40%。另一方面,槽罐车的关键技术长期由俄罗斯、美国、日本等企业把持,国产化的进程慢导致成本偏高,工业领域很少用到,主要应用于航天、军事领域;不过今年年初,国内已经有厂商上市了首台商用液氢罐车,一定程度上攻克了液氢超低温绝热、氢储运安全等难题,并且掌握了多层绝热、超低温系列匹配等关键核心技术。一旦国产化铺开,这个储运方式同样可以应用于长途,值得关注。
储氢方式概览
3、另一个和液体相关的“有机液体储运”,也叫做LOHC吸附储氢,指的是利用不饱和的液体有机物,通过可逆加氢和脱氢反应实现储氢,运输过程中氢气会变成氢有机化合物液体。这个方式储运氢气的密度高,安全性堪称独一无二,最重要的是,它能直接复用现有的石化运输体系,油罐车就能运输,长途也当然不在话下。但它最大的问题是工艺太复杂,储存和释放过程都要求很高的技术储备,导致现在只有德国、日本对这个技术比较热衷。
1)固态储氢和有机液体储氢有异曲同工之妙,均是借助储氢材料进行储运。从实现方式来看,又分为物理路径和化学路径,前者通过活性炭、碳纳米管、碳纳米纤维碳基材料进行物理性质的吸附氢气,后者利用金属氢化物储氢,是目前研究的重点。
2)以化学路径中最受欢迎的镁基固态储氢材料为例,氢气会先在其表面催化分解为氢原子,氢原子再扩散进入到材料晶格内部空隙中,以原子状态储存于金属结晶点内,形成金属氢化物。中国地质大学(武汉)可持续能源实验室主任程寒松解释,这个反应过程可逆,从而实现了氢气的吸收和释放,且都不需要很高的压力,只是释放氢要求比较高的温度。
3)程寒松还表示,单位体积的金属氢化物可以储存常温常压下近千倍体积的氢气,体积密度甚至优于液氢,而且对运输工具的要求都不高,并且在科研阶段“我们和国际上的差距并不大”。但它的工艺还是相对复杂了点,又要求热量的输入,所以大规模的应用还不多,但也不妨碍大部分业内人士看好他的前景。
4)对比下来,要技术成熟、又要机构工艺简单,最重要的是要秉承“成本优先”原则,那么满足这三点的只有高压气态储运,也就是最常见的管道运输。
全球输氢管网铺设(单位:km)
5)管道运输在欧美早就是基建计划的一部分,比如德国去年年中就提出要在2028年前,初步建立起氢能基础设施网络,包括超过1800公里长的改建和新建氢气管道。在我国同样是首选,由中国石化在新疆库车市建设的光伏绿氢一体化综合利用项目,是目前世界上最大的单体绿氢项目,运行一年多年产量已达2万吨,正在推进建设全长500多公里输送氢气管道,计划从内蒙古乌兰察布到北京的燕山石化。
6)世界最大的单体绿氢项目落地新疆;但这也是成本所在,大规模固定路线运输当然可以这样运输,比效率低且百公里单位运输成本在10元/kg的货车运输好得多,但由于氢气会和金属反应产生氢脆现象,导致管道韧性下降,造成氢气逃逸,所以需要含炭量低的材料作为运氢管道,造价大概是天然气管道的两倍以上;当然,如果下游需求足够、有人买单,那么这些成本就不是问题。
|