氢经济-液氢载体是答案吗?

于2020年1月20日发布

尽管氢是所有元素中最小、最轻的,但它很难运输。在其作为替代燃料日益受欢迎的背景下,运输和存储的物流问题引起了人们的担忧。运送的方法多种多样,其中有些昂贵或复杂。液氢运输船(lhc)可能是物流问题的解决方案。

氢(H2)是最小、最轻的元素。在氧气燃烧时,它产生水。为了减少二氧化碳排放和温室效应,氢燃料已经成为未来的燃料。H2的体积密度仅为0.00075 kg/加仑(1 atm压力,0℃),而汽油的体积密度为2.75 kg/加仑。这种异常低的密度是天然气输送和储存的最大障碍。目前,H2以气体或液体形式通过管道拖车、管道或船舶运输。这两种运输方式都是能源密集型和昂贵的。气态H2需要压缩到700巴,而液态H2需要冷却到低温,这是一个昂贵的过程。在美国,2018年H2(5.60美元/加仑)的平均零售价是汽油(2.72美元/加仑)的两倍。

为了加速氢的使用,与运输相关的成本需要降低。为此提出了各种新型载体,如MOFs、氢化物和液体载体。MOFs的高成本和氢化物的缓慢反应动力学为液态氢载体(lhc)作为输送H2的首选方法铺平了道路。

关于液体载体

液体载体以不同于氢分子的化学状态储存氢气。因此,它可以常规运输,而不需要任何压缩或低温转换。在交付点,H2是从这些载体中提取出来使用的。然后,液体载体被回收并准备再次输送。因此,液体载体是大批量输送氢气的可持续解决方案。液态有机氢载体(液态有机氢载体)是液体载体的一个子集,已被证明是一种很有前途的H2运输和储存载体。lohc的概念是基于氢化和脱氢反应。由于氢化过程中产生的热量可用于脱氢,因此它们的能源消耗也较少。

图1:LHCS运输周期

然而,液体载体的唯一缺点是提取H2后需要额外的净化,这增加了整体运输成本。

二苄基甲苯和甲苯赢得比赛?

目前研究的液体载体是氨,甲醇,甲苯,N-乙基咔唑,二苄基甲苯,甲酸,萘,1,2-二氢-1,2-氮杂硼碱和苯氮杂物。基于反应温度,工艺设计,能源需求,可扩展性,可用性和储存能力等参数,二苄基甲苯,N-乙基咔唑,甲苯和甲醇的前景良好。就成本而言,甲醇,二苄基甲苯和甲苯似乎是最活泼的选择。与二苄基甲苯和甲苯相关的技术显着成熟。如果与N-乙基咔唑相关的原材料成本下降并且甲醇合成的规模增加,这些化学物质具有与现有成熟的LOHC竞争的可能性。

图2:lhc存储容量与US DoE目标(wt.-%)

灰色,蓝色或绿色氢气,它适用于所有人
灰色氢是由常规方法制备的H 2,例如蒸汽甲烷重整(SMR),其中吨二氧化碳排放量。通过添加CO2捕获技术,通过常规方法生产蓝氢。最近,通过使用可再生能量(风或太阳能)电解水的绿色氢是获得动量的。该方法主要用于现场生产H2。散装H2可以通过缩放这种方法来生产,但这需要可行的气象条件(高风或丰富的阳光)。偏好这些条件的地方可能是偏远的,并且需要基础设施来交付所产生的H2。

装载H2的液体载体具有与汽油相当的体积密度;因此,目前用于运输汽油的基础设施也可以用于运输氢气。唯一增加的是在输送点从液体载体中提取H2的装置。因此,可以利用现有的基础设施更快地采用H2技术。

活跃的实体
日本巨头千代田公司利用其基于甲苯液体载体的SPERA氢技术进行了有史以来第一批大批量运输氢气。

德国公司氢化LOHC Technologies GmbH已经开始将其基于Dinbenyltoluene的技术商业化,以存储和运输H2。它还与骨灰组的储能品牌共产值合作,提供了基于LOHC的解决方案。另一家德国公司H2- Industries SE也在这个领域中活跃。

法国公司Hssilabs使用再生硅氧烷的载体进行运输和储存H2。西门子正在探索使用其绿色氨技术来存储和运输H2的可能性。

未来供应链

图3:H2经济中的供应链(说明性)

前景
并购,合作和政府政策表明,氢革命迫在眉睫。液体氢载体相对不存在与安全性(压缩H2)和沸腾(低温H2)相关的存在问题。随着进一步的创新和发展,液体载体可以是在提供实惠的氢气和促进氢经济的过程中更换游戏。