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储氢技术持续突破!助力储氢产业降本增效!-凯发登录首页

2023-06-20 来源:氢能观察 浏览数:114

随着“3060”目标的提出,氢能产业在我国快速铺开,氢能储运在氢能产业中占据着重要地位。有报道称,储运环节的成本约占氢气总成本的30%-40%。储氢成本高是限制氢能发展的重要因素,降本增效是氢能储运技术发展的底层逻辑,也是实现大规模用氢的必行之路。

 随着“3060”目标的提出,氢能产业在我国快速铺开,氢能储运在氢能产业中占据着重要地位。有报道称,储运环节的成本约占氢气总成本的30%-40%。储氢成本高是限制氢能发展的重要因素,降本增效是氢能储运技术发展的底层逻辑,也是实现大规模用氢的必行之路。
 
当前氢能储运正处于蓬勃发展时期,储氢方式目前已超过10种,但根据氢气状态的不同,储氢方式可分为三大类:气态储氢、液态储氢和固态储氢。
 
 
部分氢能储运方式对比
 
01气态储氢
 
气态储氢中的高压气态储氢是我国目前最成熟、应用范围最广的储氢技术,具有运输成本低、能耗小、充放相应速度快的优点。
 
高压储氢瓶是压缩氢气的关键技术,目前高压储氢瓶根据材质分为4种,其中金属内胆纤维缠绕瓶(ⅲ型)和塑料内胆纤维缠绕瓶(ⅳ型)多为车载储氢瓶。随着燃料电池汽车应用需求的增加,市场对储氢瓶的性能也随之提高,轻质高压是储氢瓶技术发展的最终要求。
 
目前我国已经实现35mpaⅲ型储氢瓶的规模化应用,2021年12月,天海工业为北京冬奥会用车供应140套70mpa储氢系统,代表70mpaⅲ型储氢瓶已实现技术突破。但要想提高国际竞争力,做到燃料电池产业化,70mpaⅳ型储氢瓶是无法避过的门槛,其中碳纤维、阀门等核心材料材料零部件技术亟待突破。材料更新是高压储氢降本关键。
 
随着燃料电池汽车的发展,氢能应用需求不断上升,储氢瓶降本正快速提上日程。
 
2023年5月23日发布的国家标准《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》以及同时发布的《车用压缩氢气纤维全缠绕气瓶定期检验与评定》,为70mpaⅳ型储氢瓶提供了研发方向,市场向“ⅲ型瓶为主,ⅳ型瓶份额逐渐加重”的趋势发展。
 
碳纤维增强塑料是ⅲ型和ⅳ型储氢瓶的主要承载材料,也是车载储氢瓶的成本大头。据美国能源部统计,35mpaⅳ型瓶、70mpaⅳ型瓶、35mpaⅲ型瓶、70mpaⅲ型的碳纤维占比分别为76.58%、78.01%、62.43%、65.64%,可见储氢瓶的型号及压力是决定碳纤维用量的主要因素,ⅳ型瓶碳纤维占比要低于ⅳ型,相对来说成本更低。
 
 
02液态储氢
 
相比气态氢,液氢具有稳定、高效可控的优点。液态储氢主要分为低温液态储氢和有机液态储氢,低温液态储氢优点是储氢密度高、运输简单、安全性好,目前主要应用于航天工程领域。有机液态储氢的优点是储氢量大、设备简单,可利用石油基础设施进行运输加注,运输便利安全。仅从质量和体积上考虑,液氢储存是一种理想的储氢方式。
 
但在实际应用上,无论是低温液态储氢还是有机液态储氢,都存在许多限制。除有机液态储氢技术上还未取得突破外,氢气液化本身成本和效能的关系依然模糊不清。氢气低温液化温度为-253℃,要维持如此的低温,需要多个冷凝循环并消耗大量能量,理想情况下消耗能量约为氢气能量的8%,但实际上所消耗能量可能达到氢气能量的30%-36%。降低能量消耗是液氢降本关键。
 
规模是决定能耗与成本的关键因素,在规模效益下,氢液化的能耗和成本会大幅下降,同时技术工艺端也会优化,从而降低成本。有专家表明,对于液氢工厂来说,若规模为2吨/天,氢液化能耗会超过每公斤20度电,而当规模增加到50吨/天,能耗可降到每公斤8-9度电,规模越大,能耗越低。
 
近日,我国首台套10吨级氢气液化装置正加速落地临淄,计划投产后年产液氢13200吨,年产高压氢气7920万立方米。齐鲁氢能的董事长还表示:整个氢气液化系统采用多种创新技术,克服了液化成本高、能耗大的痛点,可大幅降低液氢生产成本。
 
 
随着我国液氢国标的实施以及储氢技术的进步,低温液态储氢与高压储氢呈互补共存的发展态势。
 
据国内组织预计,到2030年,中国氢气需求将达到3500万吨,氢能产业链年产值将超过5万亿,其中液氢占比为1/3,即1.65万亿左右。
 
03固态储氢
 
固态储氢是指利用物理或化学吸附将氢气储存在固体材料中,具有储氢密度高、储存时间长、安全性好的优势,被认为是目前最具前景的储氢技术。
 
固态储氢所使用的材料包括物理吸附所使用的碳基材料、无机多孔材料,化学吸附所使用的金属氢化物、配位氢化物以及化学氢化物等。目前已开发出多种轻质高容量储氢材料,但这些材料依然存在部分问题,如吸放氢速度慢、温度高、可逆性能差、低成本规模化技术不足等。有色金属原料价格波动以及本身工艺复杂也是造成成本高昂的重要因素。
 
开发性能更优、成本更低的固态储氢材料是降本关键。
 
稀土系储氢材料是最早发现的储氢材料之一,稳定性好、速率快,中国稀土产量占世界的80%,具有原料优势。但稀土材料也有许多缺点,如吸收氢气后重量增加、难以循环使用等。
 
目前多将稀土系储氢材料与镁系储氢材料结合起来使用,克服镁系材料反应慢、温度高的问题,达到降本的目的。
 
近日,国家稀土功能材料创新中心研发全国首台套固态储氢系统示范装置,实现氢能高密度存储。固态稀土储氢装置通过化学反应将氢气变为金属氢化物固体储存起来,打破常温常压下储氢合金如何高效吸放的技术壁垒,也促进稀土资源的综合利用,优化氢产业结构。与高压储氢相比,储氢压力可降低90%,与其他储氢材料相比,密度约提升15%,用于加氢站时,与现有加氢站相比成本约降低30%。
 
固态储氢仍处于发展初期,目前应用场景集中在密闭空间、小型应用及重量不敏感领域,未来解决大面积运输的成本问题,挖掘更多应用场景,是扩固态储氢大市场规模的重中之重。
 
我国目前高压储请瓶技术逐步成熟,液态和固态储氢技术进入示范阶段,据国内组织预测:我国氢能储运将按照“低压到高压”“气态到多相态”的方向发展,低成本高效能是氢能市场的不懈追求。
阅读上文 >> 六大方面!17条具体举措!洛阳再发政策助推氢能发展
阅读下文 >> 青海:加快氢能多元利用,推进制储输运销用全链条发展

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