純電動汽車之外,日本已經開始考慮氫能源的儲存和運輸了

分享到  

面對日益高漲的石化燃料價格以及日本國內越來越大的能源漏洞,日本開始尋找真正的可替代能源。這項能源或許暫時是不清潔的,暫時是高成本的,但一定是要有希望的,能真正掌握的。

不是日本沒有考慮過天然氣,也不是說甲烷燃料電池的劣勢太多,真正讓日本放棄天然氣的原因之一就在于這項能源的多數標準都不在日本手里。這意味著未來如果使用天然氣類能源,仍將向海外支付大筆的專利費用。氫氣不存在這種情況,目前日本掌握的相關氫能源的專利遙遙領先,國內氫能源規模在全球或許不是最大的,但實用率卻是最高的。加之川崎重工以及千代田化工研發的CSS二氧化碳捕捉技術以及氫化物運輸方法,都讓日本的氫社會看起來十分明朗。

NEDO出臺了氫能源白皮書,把氫能源定位國內發電的第三支柱,氫能源越發受到重視。

日本國內的資源貧乏以及能源危機都讓日本不得不注重超節能技術。如果在氫能源上走出一條道路,那么日本多年以來困擾的能源問題將徹底解決掉。至少看起來是這樣的。

從目前來看,日本在氫能源發展的道路上缺少盟友,美國的頁巖氣,歐洲的天然氣,日本想部署的氫能源似乎只集中在了美國和本國內,加上豐田新上市的氫燃料電池車日本國內給予了大幅補貼,這也讓所有人都把氫能源看做島國綜合征。絕大多數專家都認為氫能源僅僅能在日本實現騰飛,在其他國家無法發展。的確,我也沒看到日本有在除美國和本土以外發展氫能源的計劃。

氫不僅僅作為一種能源,也作為一種能源介質存在。日本發展氫能源的目的很簡單,主要通過購買或者合作開發一些利用效率不高的石化資源,甚至可以在西伯利亞購買剩余電能用來電解水制氫。在氫能源實施的過程中首當其沖的便是運輸難題。

氫的天然密度低,通過何種方式才能達到高密度運輸方式成為日本當前主要課題。在此課題之下,日本國內主要有高壓氫氣、液氫、有機物三種方式,當然此外還有利用管道運輸氫氣。氫氣的不同運輸方式根據距離、地點等實際情況的不同而不同。

高壓氫氣

這種運輸方法一般適用于陸地制氫站或者氫基地短途的運輸,一般采用20MPa的壓力高壓壓縮,用傳統運輸車運輸,目前的技術可以達到每輛車2300-3000立方米的運輸量。具有低成本的優勢,缺點是不利于長途運輸。

川崎重工在報告中指出目前可以根據容器材質、運輸方式實現三種不同的壓力運輸,分別為14.7MPa-19.6MPa,19.6MPa以及超高壓45MPa.

高壓氫氣在任何行業中幾乎通用。高壓氫氣可以為家庭燃料電池供應氫氣,在氫燃料電池車普及階段可以為加氫站提供氫氣通過壓縮機壓入蓄壓器中,為FCV提供燃料,此外還可以在半導體、液晶、冶煉、發電中應用。

液化氫氣運輸

液化氫氣適用于大規模長途運輸氫氣。將氫氣在-253℃的溫度下液化,體積可以縮小800倍以上,相比較陸上高壓運輸效率提升12倍以上,是目前效率最高的一種方式。由于維持-253℃高溫花費成本較高,同時不利于長期儲存,所以這項技術原本是航空技術研發,但目前日本企業加大了實用化進度。

可運輸的小型液氫灌通常都采用了雙層真空式的設計,與我們常見的熱水瓶內膽相似。此外加入一些反射涂層,防止外部熱量進入。液化氫通常會通過集裝箱運輸,當然也存在液化氫移動工作站的方式運輸。

巖谷產業利用的是斷熱膨脹理論生產純度可以達到99.9999%的液化氫,因為氫氣的液化在-253℃左右,可以不斷的去除其他雜質。至于將溫度控制在-253℃,巖谷產業利用的是熱脹冷縮的基本原理。這種常見的原理與夏天自行車輪胎發熱相似,輪胎內空氣溫度升高壓力增大,而外界空氣溫度較低使輪胎內壓力又會變小。巖谷產業選擇了氮氣這種在-190℃左右液化的氣體,通過液氮膨脹壓縮氫氣,利用其它一系列的設備達到-253℃的目的。

液氮的制造成本頗高,目前正圍繞這種技術實用化不斷研發,而且由于超高壓的液氫對容器要求十分嚴格。通常金屬在-253℃以下強度下降,液氫也面臨著泄露量過大的問題。目前川崎重工在遠程液氫運輸方面取得了很大的成就,采用了液氫運輸船的方式運輸在澳大利亞開采褐煤生產的氫氣。運輸船采用了可以容納2500立方米液氫的極低溫蓄壓式設備,并且氫灌的泄漏量也控制在0.09%左右。

有機物運輸

有機物運輸氫氣主要是氫氣合成和逃逸的過程,這個過程需要特殊的催化劑。目前千代田化工已經在進行此類的實驗。通過氫氣與有機物反應,體積可以縮小500倍以上,但由于目前多采用芳香族有機物,這種苯、萘以及甲苯、十氫化萘極其穩定而且劇毒,催化劑則成了重中之重。有機物運輸方便,對設備要求不高,運輸效率比傳統陸上高壓運輸至少提高5倍以上,這種技術也受到了日本企業的關注。

目前關于有機物的合成主要集中在苯和環己烷、萘和十氫化萘、甲基環己烷和甲苯之間進行。不同反應之間也有不同利弊,有些是固體有些在常溫常壓下呈現液體。主要運輸方式為在氫生產地與甲苯發生化學反應,然后以有機物的方式進行運輸,最后脫氫。其中催化劑可以循環利用,如果考慮到反應的放熱和吸熱,也可以充分利用到家庭供暖中使用。

在使用有機物以外,HyGrid也曾考慮將氫氣轉化為氨等化學燃料運輸。氨氣可以直接電解產生氫氣,但日本企業考慮的重點并不是此處,他們認為氨氣的運輸比起氫氣更加方便。在海外合作開發能源可以將剩余熱量以及剩余電力通過水和氮氣之間的反應產生氧氣和氨進行儲存。制備氨之后利用運輸船的方式運輸到國內,通過電解等更重方式產生氫氣。

可以說目前運輸氫氣的方法,日本國內均有實用化的案例和企業。就目前的幾種氫氣運輸方法而言,國內大力研發的有機物、氨以及液化氫技術主要針對國外能源利用開發。這大概反映出了日本在石化燃料方面面臨的巨大壓力。無論是氫氣的運輸還是氫氣的制造,日本目前最主要的問題還在于降低氫燃料的成本。

編輯:說書先生

網友評論

正在改版,即將上線。
正在改版,即將上線。
正在改版,即將上線。
正在改版,即將上線。
正在改版,即將上線。
正在改版,即將上線。
正在改版,即將上線。
正在改版,即將上線。
世界杯吉祥物救援彩金 c新浪体育 向上360理财平台 广东快乐十分 11选5 st板块股票推荐 北京11选5 现在什么理财方法好 2011中超足球直播吧 快速赛车 31选7 江苏11选5 全部股票价格查询 15选5 上市股票指数 期货配资公司ˉ杨方配资开户 天津快乐10分