氢气经济 - 液体氢载体是答案吗?

于2020年1月20日发布

氢气,尽管是所有元素的最小和最轻,难以运输。在其普及的普遍性中作为替代燃料,交付和储存的物流构成了一个问题。各种方法用于递送,其中一些是昂贵的或复杂的。液体氢载体(LHCs)可以是物流问题的解决方案。

氢气(H2)是最小和最轻的元件。用氧气燃烧,它产生水。在越来越多的追捕二氧化碳排放和温室效应中,H2已成为未来的燃料。H2的体积密度仅为0.00075千克/加仑(在1atm压力和0°C),而汽油的相同条件下是2.75千克/加仑。这种特别低的密度是燃气输送和储存中最大的障碍。目前,H2通过管拖车,管道或船舶以气态或液体形式传送。两种运输方式都是能量密集型和昂贵的。气态H2需要压缩至700巴,而液体H2需要冷却到低温温度,昂贵的过程。在美国,2018年,H2的平均零售价(5.60美元/加仑)是汽油(2.72美元/加仑)的两倍。

为了加快氢的采用,需要减少与递送相关的成本。为此提出了各种新型载体,例如MOF,氢化物和液体载体。与MOFS和氢化物缓慢反应动力学相关的高成本为液态氢载体(LHC)作为转运H2的优选方法铺平了液体氢载体(LHC)的方式。

关于液体载体

液体载体以与分子氢不同的化学状态储存H2。结果,它可以传统地运输而没有任何压缩或低温转化。在递送站点,H2从这些载波中提取以进行使用。然后再循环液体载体并为另外的递送制备。因此,液体载体是用于在体积中递送H2的可持续溶液。液体有机氢载体(LOHC)是一种液体载体的子集,已被证明是对H2的运输和储存的承诺。LOHC的概念基于氢化和脱氢反应。它们的能量密集较小,因为氢化过程中产生的热量可用于脱氢。

图1:LHCS运输周期

然而,液体载体的唯一缺点是提取H2后所需的额外净化,这增加了整个递送成本。

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:LHCS的储存能力与美国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的液体载体具有明显的体积密度作为汽油;因此,目前用于运输汽油的基础设施也可用于运输H2。唯一的添加是从递送部位的液体载体中提取H2的单元。因此,现有的基础设施可用于更快地采用H2技术。

积极的实体
日本巨型Chiyoda Corporation采用基于甲苯液体载体的Spera氢技术首次进行H2的批量发货。

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。

供应链未来

图3:H2经济中的供应链(说明性)

外表
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。