有机液态储氢技术是通过液体有机物和氢结合,实现储氢,并通过可逆反应实现氢的释放的技术。
有机液态储氢技术由储氢——运氢——脱氢三个环节构成。
在储氢环节,有机液态储氢的储氢密度可达60g/L,可逆储氢量可达5.6wt%,储氢量和储氢密度与高压储氢、固态合金储氢相比有更大优势。
在运输环节,有机液态储氢技术安全性较高,且在储运过程中的能量损失较低,并且能够兼容当前已有的化学运输和加油基础设施,能够满足大规模、远距离和跨季节存储需求,有望成为打破氢能储运技术与成本瓶颈的解决方案之一。
西安交通大学化工学院教授方涛指出,与传统的石油燃料易运输、可规模化存储不同,当前主流的氢储运技术在能效、安全性和成本上尚存难点。利用有机液体储氢技术,每千克氢的储运成本最高可降低47%,在运输环节具有规模大、高周转等明显优势。
在脱氢环节,有机液态储氢技术有脱氢速度快、氢气纯度高的特点,且脱氢后的储氢载体可以多次使用,降低运氢成本。
另一方面,脱氢时所需温度较高,温度不足会导致反应效率降低,氢气纯度不高等问题。
若在车载储氢系统中应用有机液态储氢技术,还需要达到更高的储氢密度,同时对脱氢速度和纯度、脱氢设备的集成度和安全性也有更高要求。
有专家提出,有机液态储氢的技术重点在于储氢载体的选择,需要从储氢质量和体积储氢性能、不易挥发、载体稳定性、脱氢速率高、释氢纯度高、载体成本、安全性、环保性等方面进行综合考虑,寻找更高效、环保的有机液态储氢介质。
国内的主要研究方向在甲基环己烷体系、乙基咔唑体系和二苄基甲苯体系等储氢介质,这三种介质分别有以下特点:
当前虽有多种储氢介质进入应用示范阶段,但还存在着脱氢不完全等问题。在今后的发展中,仍需要对常见的工业化合物进行筛选,或对新介质进行研发,同时还要满足成本低廉的需求。
目前国内有机液态储氢技术已走出实验室,进入小规模实践阶段。相关企业主要在加氢站、建筑供热和工业领域进行示范应用项目的推进,尚未实现规模化、产业化应用。
1、中船七一二所
2022年2月,中船七一二所自主研制的国内首套120千瓦级氢气催化燃烧供热的有机液体供氢装置完成安装,并实现与燃料电池相匹配,后期将在绿色船舶、大规模氢储运等场景应用。
2、中氢源安(北京)科技有限公司
2022年,中氢源安与北京热力集团合作开展首个基于安全有机液储运氢技术的纯氢供热示范项目,该项目每年可减少燃气消耗4.5万标方,二氧化碳减排量约90吨。
3、陕西氢易能源科技有限公司
2023年3月,氢易能源年产万吨有机液态储氢材料及配套催化剂项目开工建设,并将于2024年投产。
2023年4月,氢易能源完成近亿元A轮融资并主持实施基于自主催化技术的10m3/h级芳杂环可逆储放氢中试试验。
4、瀚锐氢能科技集团有限公司
2023年6月,瀚锐氢能开工建设国内首个通过液态有机储氢为加氢站供氢的示范项目。
5、中国化学建投公司
2023年7月,中国化学建投公司联合氢阳公司打造的全球首套常温常压有机液体储氢加注一体化示范项目在上海碳谷绿湾产业园(原上海金山第二工业区)成功完成全流程贯通,各项指标均达到了可以商业化的预期目标。
政策层面,辽宁省2022年发布的《氢能产业发展规划(2021-2025年)》和湖北省发布的《支持氢能产业发展的若干措施》等政策中都提出,积极展开有机液态储氢技术创新。
对于有机液态储氢的未来发展,相关专家表示:“该技术能够打破制约氢能产业发展的储运技术难题,通过建立完善的氢能储运体系,实现从制氢端到用氢端的全产业链融会贯通,为氢能在建筑、交通、工业等领域应用提供高安全、低成本的储运服务,对于推动能源转型,增加能源供应安全性具有重要意义。”
同时也有专家表示,有机液态储氢技术能否走向商业化应用,主要取决于其降本速度能否快于低温液态储氢。
资料来源:袁胜楠,张龙龙,赵 宁等.液态有机物储氢技术发展历程与问题分析[J]. 太阳能, 2022(9):5-14.