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淺談高壓儲氫技術的“痛點”

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氫氣是世界上已知的密度最小的氣體,在儲運過程中極易發生泄漏。這種特殊性在開放空間里,對安全更有利,但是一旦散逸受阻,大量氫氣積聚,又可能造成人員窒息,且達到一定濃度的時候遇火就會燃燒,甚至爆炸。所以,在儲存和運輸時有很大的安全難度。當前國內企業采用較多的儲運技術是高壓儲氫技術,如富瑞特裝、浙江巨化、北京科泰克、中國中氫等公司都采用該技術路線。

淺析高壓儲氫技術的“痛點”

表為國內采用高壓儲氫路線的部分相關企業

高壓儲氫時的加氫過程是一個儲氫氣源與使用單元的物質和能量交換,使大量的高能氣體進入到空氣瓶中的過程。根據生產和使用的不同應用方式,高壓儲氫設備大致可分為三種:車用高壓儲氫容器、高壓氫氣輸運設備、固定式高壓氫氣儲存設備。

淺析高壓儲氫技術的“痛點”

無論采用哪種設備進行儲氫,都存在兩方面風險:

1.壓力風險

(1)高壓氫氣儲運設備一般都在幾十個MPa下使用,儲存著大量的能量,因超溫、充裝過量等原因,設備有可能強度不足而發生超壓爆炸;

(2)車用儲氫容器和高壓氫氣運輸設備,需要頻繁重復充裝,不但原有的裂紋類缺陷有可能擴展,而且可能在使用過程中萌發出新的裂紋,導致疲勞破壞。

2.充裝風險

(1)高壓氫氣儲運設備在充裝氣體的時候,氣體介質在壓力降低時會放出大量的熱量,通過熱的傳遞過程,使得設備的各連接部分溫度升高;

(2)溫度過高可能會使充裝氣體的人員受到損害,同時也改變了設備承壓材料的本構關系,影響到承壓能力;

(3)在抽送或壓縮氫氣時、檢修、動火過程中各種原因導致氫氣與氧氣或其它助燃氣體混合,達到一定的濃度極限時,遇火源會引起爆炸事故。

(4)除了高壓儲氫存在一定安全風險外,其他儲氫方式也存在一些問題,如:包含高壓儲氫的物理儲氫的安全性最差,且對儲罐材質要求較高;

(5)化學儲氫通過生成穩定化合物以實現儲氫,雖然安全性較高,但放氫較難,且難得到純度較高的氫氣;固態儲氫雖能一定程度上避免物理儲氫安全性低的問題,但也一定程度存在化學儲氫放氫難、儲氫密度不高等其他問題。

基于以上問題,對于氫氣儲運的安全問題建議從以下幾方面處理:

1.加快輕質、耐壓、高儲氫密度、高安全性的新型儲罐的研發工作;

2.完善化學儲氫技術中相關儲氫機理,以期從理論角度找到提高儲氫密度、降低放氫難度、提高氫氣濃度的方法;

結合氫能的利用工藝、條件,合成高效的催化劑,優化配套的儲氫技術,以綜合提高氫能的利用效率;

3.提高各類儲氫技術的效率,降低儲氫過程中的成本,提高安全性,降低能耗,提高使用周期,探究兼顧安全性、高儲氫密度、低成本、低能耗等需求的方法;

4.復合儲氫技術的研發,綜合各類儲氫技術的優點,采用兩種或多種儲氫技術共同作用。探究復合儲氫技術的結合機理,提高復合儲氫技術的效率。

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