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中国工程院院士丁文江:氢气净化储运技术研究进展

北极星储能网  来源:北极星储能网    2019/9/11 12:34:41  我要投稿  

北极星储能网讯:“净化储氢,杂质气体基本没有,可以直接用于燃料电池。从成本优势来讲,大概可以下降40%。” 中国工程院院士丁文江智慧能源与绿色发展论坛上发表了重要讲话,并主题分享《氢气净化储运技术研究进展》。

丁文江.jpg

专题链接:现场直播丨智慧能源与绿色发展论坛

丁文江:我是搞金属材料里面——镁,想起15年前石定寰老领导,当时科技部秘书长,那时候就安排了十五重大研发计划,有一个镁专项,镁就是金属镁的镁。那时候我在专家组,后来就开始到处参观镁行业,调查镁行业。到现在为止,中国的镁已经占了全世界90%,90%的镁都是中国的,那么多的镁都是镁的蒸汽变的,这个蒸汽能不能让它变成霜?这样一来镁就变成一个很细的镁粉,可以在其他方面发挥更大作用呢?这样一个很朴素的想法,后来就做了,一做发觉非常困难,镁的活性很强,它跟氧结合非常强,弄的不好就要爆炸。在这个时候就用了一个办法,用镁粉把氢赶走,就这么一个想法便开始做氢气的净化储氢。

大概介绍一下,第一,氢能源非常热,特别是燃料电池也非常热,但我对燃料电池不懂,我是了解氢储运是难制约氢能产业发展,一不方便、不安全;二成本高;三容量低,难以满足氢应用的需求。它应用基本上是三种应用,一个是高压态,钢瓶,液态是负258度,还有一个是固态,从这个角度来讲,镁跟氢结合,镁氢二就有应用之地。高容量、安全便捷储运氢还是世界难题,中国还是35MPa气罐,如果体积来比的话,同样的体积氢的含量最高的是固态的。到了运输成本大家可以看到,如果在100公里左右,如果用镁储氢,占了世界上90%,镁元素在地球上面基本上只要有海水就有,基本上用之不竭、取之不尽。

镁储氢的优势:重量可以占到7.6%,可以比液氢更高,体积密度每一升可以有110克的氢,储氢的压力是常压,循环特性现在已经做到接近3400,到了2400循环,就是充放氢基本上不筛减,特别有用的特性叫杂质气体,如果这个氢,因为工业用的氢经常有杂质气体,它只接受氢,其他氧化碳其他气体不要,放出来的氢就是5个9的氢,我叫净化储氢,所以杂质气体基本没有,可以直接用于燃料电池。

从成本优势来讲,大概可以下降40%,每公斤的运输成本大概是16元,如果固态储氢车是9元多一点,大概可以下降40%。如果实现了工业副产氢,用镁基固态材料来储氢,硫脱掉,可以直接充装,充装同时可以把氢气纯化,运输的时候像面粉一样基本没有危险性,成本相对更低。

可以看看国家的副产氢量很大,比方说氯碱、焦炭里面的含氢量都非常高,比方说烧碱的都有10万吨,而且大部分有的是放掉了,有的烧掉了,有50%不用了,如果把这个氢用镁储氢的办法,低成本的工业副产品的氢就会变成非常重要的途径。同时,因为刚才讲风、电,实际上氢也是个储能的手段,如果把氢储用起来的话也是一个非常客观的储能方式,把废弃不用的电用来变成氢,氢是可以随时把它储存起来。

现在这样一个事情可以看到,各种各样的氢通过电解制氢气变成镁基固态储氢。

第二,技术,技术经过十五年做出一点成果出来,做成纳米结构的储氢材料,性能非常优良,现在也可以以一吨一吨的水平进行生产,放大的话,如果将来他们特别是搞镁产,冶炼的时候就可以直接接上工艺,可以进行大批量的生产。

第三,把镁储氢成型材料可以做成一个个固态的粒子,也可以做成固态储氢原型的型材,长期循环基本上没有动力学的衰减和容量损失;

第四,释放氢非常快,不燃烧,很安全,不会造成爆炸,我们现在做了两个罐可以储50公斤的氢,正在做充放氢的实验。现在考虑的是大型储氢的储罐氢,每一辆车用我们这个材料可以装1.2吨氢气,常温常压下运输,避免储氢爆炸的危险都得到有效改良。而且更可贵是什么?这个罐基本上可以随意的搬运,而且可以多联频组,可以个性化定制,你要多大我给你做成多大的方式。特别是适合用于长距离,如果跟我们现在的钢瓶来运的话,我们大概是它3-4倍的运氢量,而且安全,而且长距离运输可以这样一种运输方式可以做到氢气更纯、距离更远、价格更低、更安全。现在运氢,氢气连隧道不让你过,一定要安全控制非常严,用这样一种方式我觉得是将来发展空间非常大。

通过这样一种方式以后,这个线下来的储氢罐可以变成加氢站,对加氢站免去高压的过程,也比较方便,直接变成运过去就是变成加氢站。两辆储运车可以2.4吨氢气,2.4吨氢气可以大概供几千辆汽车每天的用车。加氢站占地面积少,而且加氢供应的车子越多,氢气成本也比较低,因为加氢能力大大得到增强。

另介绍一下,因为我们接触的氢,在上海交通大学专门成立氢科学中心,这个氢科学中心主要是研究氢能源、氢医学、氢农学,希望实现深度融合的学科交叉,主要是关心前沿,这是今天刚刚开始,因为除了氢能源以外,氢医学现在也是刚刚开始风行,在座的大家知道,人的老化是一个氧化的过程,它氧化了以后大家知道抗氧化吃维生素D6、维生素E,最好的抗氧化就是氢,氢对人体来说非常重要,全世界搞了一个现在新兴起来的医学,叫氢医学,这个氢医学提了这样一个口号,叫没有氧活不了,没有氢活不好,就是这样,所以叫氢医学。氢农学,通过含氢的肥料加到农作物上面去,这个农作物的根系就会非常发达。非常发达以后,这个植物免疫功能也得到有效提高,也可以进一步,甚至于不用农药,或者是极少量的农药都可以用,这个就是我们做的氢科学。

我的报告到此为止,谢谢大家!

(发言为北极星太阳能光伏网根据速记整理,未经本人审核)

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