導讀
液體有機物儲氫技術在儲氫密度和儲運便利性上兼具優勢，但存在加、脫氫溫度較高、催化劑成本和效率難以兼容、裝置複雜等問題，未來能否成為主流氫氣儲運方式，氫雲鏈認為這樣取決於其技術完善程度和市場推廣速度……
煤炭、石油、天然氣等能源的普及離不開相關儲運基礎設施的完善，極具未來能源潛力的氫氣自然也不例外。目前，我國氫氣儲運以高壓氣態（35MPa）為主，國外則多用70MPa高壓瓶和低溫液態儲氫。在追趕與國外的儲氫技術差距中，除了發展70MPa高壓儲氫罐和低溫液氫儲運，還應該關注液體有機物儲氫。主要儲氫手段各有利弊（見表1），從技術儲備多元化的角度來看，有機液體儲氫技術值得投入。從表1可以看出，有機液體儲氫技術的儲氫量介於高壓氣態儲氫和低溫液態儲氫之間，鑑於目前我國70MPA高壓氫氣儲運標準滯後，低溫液態儲氫成本高，技術難度、成本、運輸便利性適中的有機液體儲氫技術或許能扛起氫氣儲運的大旗。
表1 主要儲氫技術優缺點
有機液體儲氫技術藉助某些烯烴、炔烴或芳香烴等儲氫劑和氫氣產生可逆反應實現加氫和脫氫（見圖1）。與常見的高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫、固體儲氫材料儲氫相比，有機液體儲氫具有以下特點：
（1）反應過程可逆，儲氫密度高；
（2）氫載體儲運安全方便，適合長距離運輸；
（3）可利用先有汽油輸送管道、加油站等基礎設施。
同時，有機液體儲氫也有一些問題有待解決：
（1）技術上操作條件相對苛刻，加氫和脫氫裝置較複雜；
（2）脫氫反應需在低壓高溫下進行，反應效率較低，容易發生副反應；
（3）高溫條件容易使脫氫催化劑失活。
圖1 液態有機儲氫的加氫、脫氫反應路徑（以乙基咔唑為例）
有機液體儲氫的關鍵在於選擇合適的儲氫介質。目前研究中主要採用的儲氫介質見表2。環己烷利用苯-氫-環己烷的可逆化學反應來實現儲氫，具有較高的儲氫能力，在常溫下為液態，脫氫產物苯在常溫常壓下也是液態，方便運輸。甲基環己烷脫氫產生氫氣和甲苯，且甲基環己烷和甲苯在常溫常壓下都是液體，因此甲基環己烷也是比較理想的儲氫載體。十氫化萘儲氫能力強，常溫下是液體，但在加氫、脫氫及運輸過程中可能出現原料的不斷損耗。上述三種介質屬於傳統有機液體儲氫材料，它們有一個共同缺點就是脫氫溫度高，比如環己烷的脫氫溫度在270℃以上；甲基環己烷根據條件不同脫氫溫度至少有230℃，最高可達400℃；十氫化萘的脫氫溫度也在240℃以上。傳統有機液體氫化物難以實現低溫脫氫，導致難以大規模應用和發展。因此有人提出用不飽和芳香雜環有機物作為新型儲氫介質，其中咔唑和乙基咔唑是典型代表。咔唑主要存在煤焦油中，可通過精餾或萃取等方法得到，常溫下為片狀結晶。研究表明咔唑可在250℃下加氫、在220℃下脫氫。
乙基咔唑常溫常壓下也是無色片狀晶體，可以在130℃~150℃下快速加氫，在150℃~170℃下脫氫，是較為理想的儲氫介質。從媒體報道來看，國內氫陽能源的液態有機儲氫技術很可能採用了乙基咔唑作為儲氫介質。表2 主要有機液體儲氫介質
創建於2014年的湖北氫陽能源專注於常溫常壓液體有機儲氫技術，目標在三到五年內實現基於常溫常壓液態有機儲氫的配套裝備。其推出的新型有機液態儲氫材料安全指標遠高於汽油、柴油等傳統能源，見表3。氫陽新型液體儲氫材料在常溫常壓下能夠實現58g/L的儲氫密度，雖然不及液氫（-253°C）的70g/L，但已高於70MPa高壓氫的39g/L，一旦技術成熟實現量產，前景將非常廣闊。據媒體今年11月13日報道，氫陽能源全國首個常溫常壓液體儲氫材料生產基地在湖北省宜都市啟動建設，計劃今年12月20日投產，預計年產1000噸乙基咔唑。
值得注意的是該項目屬於中試項目，中試是產品從實驗室走向工業化規模生產的過度環節，說明氫陽的液體有機儲氫材料基本完成實驗室研發階段，正在為大規模量產做準備。早在2016年，氫陽能源就與揚子江汽車合作推出第一代基於液態有機儲氫材料的氫燃料電池客車“泰歌號”，2017年兩家再次聯手研發第二代氫燃料電池客車“氫陽號”（見圖3），相比第一代優化了有機液態儲氫與燃料電池的耦合，提高續航里程到400公里。今年2月份，氫陽能源與三環集團簽訂戰略協議，共同研發基於有機液體儲氫技術燃料電池的新能源汽車、火車機車氫燃料電池動力裝置；兩家公司在今年6月推出了世界首臺常溫常壓氫能物流車（見圖2）。表3 氫陽能源“氫油”與汽油、柴油主要安全數據對比
德國Hydrogenious Technologies（HT）成立於2013年，同樣致力於液態有機儲氫技術的研發推廣。其產品技術已經進入歐洲和美國，目前正在開拓中國市場。2018年1月，大洋電機發布公告稱公司將持有HT公司10.2%的股權，成為HT第三大股東。大洋電機計劃向HT採購一定數量的液態有機儲氫系統，預計2019年開始在國內建立並運營第一座基於液態有機儲氫技術的加氫站。同時，HT不斷通過合作優化自家產品的性能。例如，今年6月，HT宣佈與特種化學制造商科萊恩合作，通過藉助科萊恩的高活性催化劑優化液態有機儲氫材料的生命週期和效率；同時採用HyGear的氫氣淨化系統，淨化儲存的氫氣。
圖4 HT液態有機儲氫項目
總體來看，液態有機儲氫技術目前處於從實驗室向工業化生產過度階段。
氫雲鏈認為，液態有機物儲氫未來能否成為氫氣運輸主流方式，取決於以下2個方面
（1）技術迭代速度能否快於其他儲氫手段；
（2）工業化和市場化速度能否快於低溫液態儲氫成本降低速度。
當前高壓氣態儲氫是主流，但是因為安全性其發展一直受到限制，且儲氫密度較低，不適合大規模長距離運輸；低溫液態儲氫由於高成本、儲運難度大，在國內的發展面臨重重困難；液態有機儲氫技術在安全性、儲氫密度、儲運效率上極具優勢，在我國70MPa高壓儲氫和低溫液態儲氫均發展滯後的前提下，有望成為未來我國氫氣儲運的主要方式之一。
閱讀更多 氫雲鏈 的文章
