貫穿氫能製備、儲存、運輸和應用
【青蛙化工網訊】因具有發熱量高、燃燒性能好、過程清潔、最終產物為水以及利用形式多樣等特點，氫能作為一種新的能源應用形式正為各界所關注，氫能產業關鍵技術的突破以及下游的大規模應用也被提到議事日程。
在近期召開的石化和化工產業轉型升級綠色發展大會上，石油和化學工業規劃院能源化工處項目經理劉思明表示，氫能源要進行全產鏈的技術創新，通過製備、儲運、應用各環節的技術突破，推動氫能的發展。
發展熱潮開始顯現
從全球氫能源產業的利用來看，美國、德國和日本走在世界前列。日本是亞洲氫能利用做得最好的國家，近幾年日本汽車廠商和能源研究所形成了氫能源開發聯合體，實現了氫燃料電池汽車全流程的生產和量產。
反觀我國氫能產業的發展，目前新能源汽車的發展速度非常快，但燃料電池汽車的發展卻相對緩慢，主要是因為技術尚不成熟，成本不具比較優勢。
“我國已經對氫能源產業發展規劃了路線圖：到2020年有5000輛左右的氫燃料電池示範車輛和100座左右的加氫站;到2030年實現商業化運行，加氫站達到1000座的網絡化目標。就在今年，國家能源集團牽頭成立了中國氫能利用產業聯盟，表明能源主力軍已正式進入該領域，氫能源產業的發展熱潮已經開始顯現。”劉思明說。
產業存在六大問題
“在發展熱潮之下我們要冷靜看待氫能產業存在的六大核心問題。”劉思明認為，一是其關鍵系統——燃料電池系統的可靠性和耐腐性與國外主流產品還存在一定差距;二是國內燃料電池系統在環境適應性方面與國外產品也存在差距;三是燃料電池中使用的關鍵核心材料、設備，如催化劑、電解質膜等，國內還不能達到穩定的工業量產級水平;四是目前量產汽車中所採用的核心零部件，如氫氣循環泵、大功率的直流電壓變換器等，大多仍採用國外技術和設備;五是在氫氣的儲運環節，高壓儲氫設備材料特別是以高強度碳纖維為依託的材料，研發水平還存在差距;六是氫能安全標準尚未健全，這是未來影響氫能利用和民眾接受度的一個很重要的因素。
對此，劉思明建議：“氫能產業的明顯特徵是通過技術創新推動產業發展，因此未來包括制氫、儲氫、運氫、加氫技術的研發，將是實現該產業大規模應用的關鍵要素。所以在未來五年，最重要的是加大這些方面的投資，儘早取得技術突破。”
四大模塊全面創新
對於具體要發展哪些技術，劉思明做了進一步分析。氫能的利用可以分為四大模塊，包括氫能製備、氫能儲存、氫能運輸及氫能應用。
氫能製備 目前能夠梳理出來的傳統制氫路線有重油氣化制氫、煤氣化供氫、煤焦化供氫、氯鹼工業供氫等7種。而新能源的制氫路線有太陽能、風能、生物質和電解水制氫4種。
根據測算，化學燃料或化工原料的制氫成本較低，是目前最經濟的、能夠大規模穩定供氫一種方式。而新能源的制氫成本要高於它。預計近期氫能源電池汽車的氫能供應仍以化學燃料或化工原料制氫為主，其他方式佔比較小。但隨著技術的進步，太陽能和風能能源轉化效率的提高，新能源制氫也將會成為一個可選擇的途徑。
氫能儲存 氫能儲存有三種方式，即高壓儲氫、低溫液態儲氫和有機液態載體儲氫。目前我國所能做出來的實驗室級別的儲氫壓力可以達到70MPa，但缺乏工業驗證。所以未來的發展重點就是在高壓碳纖維複合材料儲氫罐設備的研發上，希望能在可控的成本之下研發出一種高強度且抗腐蝕能力比較強的儲氫容器。
有機液態儲氫在日本、德國受到關注並取得一些進展。其工作原理是利用化學反應，使有機液體成為氫能的一種載體，通過加氫形成化合物。以這種非常穩定安全的方式將氫運送到加氫站以後，通過加氫再使氫氣得到釋放。
從目前來看有機液態儲氫有幾個明顯的優點，一是儲氫量大，儲氫密度高;二是比較適合長距離氫能的輸送;三是由於這個反應是可逆的，其中應用的有機液體成本相對低廉，而且可循環，所以操作成本比較低。這種方法也將成為未來儲氫和運氫的非常重要的方式。目前國內一些民營企業已經在模仿國外的路徑發展有機液態儲氫技術，但這些技術還有待工業化和大規模的驗證。
氫能運輸 目前比較切實可行的是長距離輸送管道的運輸。在化工企業中，氫氣的短途運輸已經實現了工業化。但是氫氣管道的造價要比傳統天然氣管道高出一倍，所以未來實現氫氣和天然氣的混輸，降低整個氫氣管道的造價，是實現氫氣大規模長距離運輸的核心。
氫能應用 目前重點關注的是氫能利用的核心載體——燃料電池系統，該系統主要是質子交換系統，主要包括膜電極和雙極板兩大關鍵材料。在全產業鏈中，最為核心的是氫燃料電池系統的研發與製備，目前我國在這一領域急需大量的技術研發。
此外，對現有加油站改造，並將其升級為加油、加氫一體化的供應模式也值得關注。
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