氫是一種被廣泛看好的能源,但制約氫能發展的,不光是綠氫的制備,還有氫氣的儲存和運輸。今天咱們就來講講,氫氣的儲存問題。
氫的儲存,即使拍腦袋,也知道有三種,氣態、液態、固態。氣態最好搞,高壓充進氣罐就好了。液態稍微難一點,但也只不過是在低溫下加高壓,液化天然氣都能搞,液化氫也不是什么難題。那固態儲氫呢?是不是在低溫下,繼續加高壓,給壓成固體?
如果真是這樣,危險性就太大了,超低溫超高壓,爆炸威力可想而知。去年永安行出過一款氫能自行車,用的就是固態儲氫,儲氫罐大概就比可樂瓶大一點,如果里面是低溫高壓的固態氫氣,這車誰敢騎?并且高壓還好說,用碳纖維材料,應該承受的住。但低溫怎么辦?一個沒有外部供能的獨立裝置,如何保持持續低溫?
所以啊,這個固態儲氫,并不是在低溫高壓下,把氫氣壓成固態,而是用了物理或化學方法,把氫吸附到碳納米管上,或直接生成了固態氫化物。其中吸附屬于物理方法,除了碳納米管,還可以用富勒烯等。固態氫化物屬于化學方法,一般是用金屬氫化物,也有用非金屬甚至有機物的,但目前不是主流。這兩種方法,都不需要低溫高壓,自然也比較安全。
那具體怎么把氫氣,制成固態氫化物,又怎么讓固態氫化物,可控地釋放氫氣呢?以金屬氫化物為例,這其實也是目前的主流技術,它利用的是金屬氫化物,放熱吸氫加熱放氫的特性。金屬的選擇,主要有鎂系、鈦系、釩系、稀土幾種。這里說什么什么系,比如鎂系、鈦系,是因為它用的不光是鎂或鈦,還會用上其他元素,比如鎳或鐵,用的其實是金屬合金。
固態儲氫罐的結構,也不復雜,一般用鋁罐或不銹鋼罐就行。內部結構稍微復雜一點,因為要放固態金屬粉末,還要做溫控裝置,畢竟金屬氫化物,是靠吸熱放熱來反應的嘛。
說到這里,小伙伴們可能有個疑惑,那就是用金屬氫化物,它的儲氫量會不會下降?畢竟我氣態氫或液化氫,可是純純的氫,現在加點兒別的物質,那氫的濃度不就下降了嗎?
其實并不會,液氫的體積密度是70.6kg/m3,固態儲氫能做到90-110kg/m3。為啥會這樣呢?因為氫氣與金屬合金反應后,它的體積并不大,空間利用率還是很高的。但重量上確實會有影響,這也是鎂系合金儲氫量大的原因,因為鎂這種金屬比較輕,原子量只有24。不過呢,鎂系氫化物有一個缺點,那就是放氫溫度比較高,在300度以上,這個用在自行車上就不合適了。所以還有鈦系、釩系這些金屬氫化物,它們儲氫量小一點,但放氫溫度只要二三十度,常溫下就能使用。
當然我們也可以,把幾種金屬氫化物混合起來,變成復合儲氫合金。比如氫化鎂和鋁氫化鈉復合,在儲量量與氫化鎂相同的情況下,放氫溫度能降到175度。而將氫化鎂和硼氫化鋰復合,雖然放氫溫度有所升高,但儲氫容量比單純的氫化鎂提高了50%。
氫氣做成固態后,運輸也方便。高壓氣態氫,運輸50公里時,成本差不多3.6元/kg,但隨著運輸距離增加,成本快速攀升,運輸500km時,運輸成本接近30元/kg。而固態儲氫呢,對運輸距離不敏感,不管是50公里還是500公里,一公斤的價格,差不多都在10-13元之間。不過未來氫要用在汽車上,肯定也不是固態儲氫運輸,大概率還是管道運輸。當然你也可以自己在家里制氫,永安行現在就有,微型太陽能制充氫一體機,加點兒水曬著太陽就能產生氫氣。據說只要一杯水,就能讓它的氫能自行車跑40公里,
所以整體看下來呢,氫氣的儲運,應該不是制約氫能發展的瓶頸。我個人還是認為,目前制約氫能發展的主要問題,還是綠氫的制造成本太高。而這個,就只能靠電解槽技術的突破了。
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