降本提效正在成為氫能發展的首要難題,無疑,氫氣的儲運已經是降本關鍵。行業關注的焦點也開始從“制氫”逐漸轉向“儲運”,從一個環節轉向整個產業鏈。
縱觀整個氫儲運產業,有專家表示,不管是何種制氫方式,液氫儲運在成本上最具優勢。然而不可忽視的是,液氫儲運的技術問題尚未突破。我國是產氫大國,可以充分保證氫燃料電池產業所需的氫源。但我國的氫氣主要來源與煤炭工業聯系緊密,集中在我國的三北地區,而東部沿海地區能源需求量巨大,因此存在嚴重的氫能供需錯配問題。所以,我國氫能和燃料電池產業發展的核心問題不在于使用氫,而在于輸運氫。
近日,國家能源局綜合司發布關于建立《“十四五”能源領域科技創新規劃》實施監測機制的通知。其中明確提到對液氫儲運技術的研究與攻關:
集中攻關:開展安全、低能耗的低溫液氫儲運,高密度、輕質固態氫儲運,長壽命、高效率的有機液體儲運氫等技術研究。
示范試驗:研發大規模氫液化、氫儲存示范裝置。
液態有機物儲氫使得氫可在常溫常壓下以液態輸運,儲運過程安全、高效,但還存在脫氫技術復雜、脫氫能耗大、脫氫催化劑技術亟待突破等技術瓶頸。若能解決上述問題,液態有機物儲氫將成為氫能儲運領域最有希望取得大規模應用的技術之一。
目前,全球液氫產能達到485t/d。美國(共計18套裝置,總產能為326t/d)和加拿大(共計5套裝置,總產能81t/d)的液氫產能占據了全球液氫總產能的80%以上。我國具備液氫生產能力的文昌基地、西昌基地和航天101所,均服務于航天火箭發射領域。在民用液氫領域,由101所承建的國內首座民用市場液氫工廠(產能為0.5t/d)和研發的具有自主知識產權基于氦膨脹制冷循環的國產噸級氫液化工廠(產能為2t/d)已分別于2020年4月和2021年9月成功施工,將我國的液氫產能提升至6t/d。但距離發達國家的液氫產能規模,仍有較大差距。
液氫的儲運方式可以分為兩類,即采用容器儲運和采用管道輸運。其中,容器儲運在儲存結構形式上一般采用球形儲罐和圓柱形儲罐,在運輸形式上采用液氫拖車、液氫鐵路槽車和液氫槽船等。
除了考慮常規液體運輸過程中所涉及的沖擊和震動等因素,由于液氫沸點低(20.3K)、汽化潛熱小、易蒸發的特點,容器儲運環節必須采用嚴格的減小漏熱的技術手段,或采用無損儲運方式,將液氫的汽化程度降到最低或零,否則會引起儲罐升壓,導致超壓風險或放空損失。如下圖所示,從技術途徑角度,液氫儲運主要采用減小熱傳導的被動絕熱技術和在此基礎上疊加的主動制冷技術,以減小漏熱或產生額外冷量。
由于氫液化冷箱等關鍵設備及技術發展滯后,2021年9月之前,國內航天領域的氫液化設備全部被國外公司壟斷。大型氫液化核心設備受到國外相關貿易政策管制,限制設備出口并禁止技術交流。這使得氫液化工廠的前期設備投資較大,加之國內目前的民用液氫需求量較小,規模化應用程度不足,產能規模上升緩慢,導致液氫的單位生產能耗比高壓氣氫更大。
中科院理化所研究員謝秀娟博士表示:預計到2035年,國內將出現高壓氣氫儲運、液氫儲運和管道儲運等多種氫氣儲運形勢并存的局面。國外70%左右使用液氫運輸,安全運輸問題已經得到充分驗證,掌握核心技術和裝備;國內氫液化儲運目前出于系列化和產品化的發展階段,實現核心技術和關鍵裝備自主可控。