氢气经济 - 液体氢载体是答案吗?

发布于2020年1月20日

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:lhc的运输周期

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了比赛?

目前正在研究的液体载体有氨、甲醇、甲苯、n -乙基咔唑、二苄基甲苯、甲酸、萘、1,2-二氢-1,2-偶氮硼酸和非乃静。从反应温度、工艺设计、能源需求、可扩展性、可用性和存储能力等参数来看,二苄基甲苯、n -乙基咔唑、甲苯和甲醇具有良好的发展前景。就成本而言,甲醇、二苄基甲苯和甲苯似乎是最可行的选择。二苄基甲苯和甲苯的相关技术已明显成熟。如果与n -乙基咔唑相关的原材料成本降低,甲醇合成规模增加,这些化学制品有潜力与现有成熟的有机碳化合物竞争。

图2:LHCS的储存能力与美国DOE目标(WT.-%)

灰色、蓝色或绿色的氢,对所有的氢都有效
灰氢是通过蒸汽甲烷重整(SMR)等传统方法生产的氢气,排放成吨的二氧化碳。蓝氢的生产是通过传统的方法加上二氧化碳捕获技术。最近,绿色氢,即利用可再生能源(风能或太阳能)电解水产生的,正在获得动力。该方法主要用于H2的现场生产。可以通过扩大这种方法来生产大量氢气,但这需要可行的气象条件(强风或充足的阳光)。适合这些条件的地方可能比较偏远,并且需要基础设施来交付生产的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技术有限公司已经开始将其储存和运输氢气的二苯甲苯技术商业化。它还与Framatome的储能品牌Covalion合作,后者提供基于lohc的解决方案。另一家德国公司H2-Industries SE也活跃在这一领域。

法国HySiLabs公司使用一种再生硅氧烷载体来运输和储存H2。西门子正在探索使用绿色氨技术储存和运输H2的可能性。

供应链未来

图3:H2经济中的供应链(说明)

外表
并购、合作和政府政策表明氢革命迫在眉睫。液氢载体相对没有存在的安全(压缩H2)和沸腾(低温H2)问题。随着进一步的创新和发展,液体载体可以成为提供负担得起的氢和推动氢经济的游戏规则改变者。