氢的储存与运输

氢的储存与运输

氢在一般条件下是以气态形式存在的，这就为贮存和运输带来很大的困难。氢的贮存有三种方法：高压气态贮存；低温液氢贮存；金属氢化物贮存。

1．高压气态贮存

气态氢可贮存在地下库里，也可装人钢瓶中。为减小贮存体积，必须先将氢气压缩，为此需消耗较多的压缩功。一般一个充气压力为20MP的高压钢瓶贮氢重量只占1.6％；供太空用的钛瓶储氢重量也仅为5％。

2．低温液氢贮存

将氢气冷却到-253℃，即可呈液态，然后，将其贮存在高真空的绝热容器中。液氢贮存工艺首先用于宇航中，其贮存成本较贵，安全技术也比较复杂。高度绝热的贮氢容器是目前研究的重点。现在一种间壁间充满中孔微珠的绝热容器已经问世。这种二氧化硅的微珠直径约为30～150μm，中间是空心的，壁厚l～ 5μm。在部分微珠上镀上厚度为1μm的铝。由于这种微珠导热系数极小，其颗粒又非常细可完全抑制颗粒间的对流换热；将部分镀铝微珠（一般约为3％～5％）混入不镀铝的微珠中可有效地切断辐射传热。这种新型的热绝缘容器不需抽真空，其绝热效果远优于普通高真空的绝热容器，是一种理想的液氢贮存罐，美国宇航局已广泛采用这种新型的贮氢容器。

近来，将氢气经特殊处理溶解在液态材料中，实现氢能的常态化、安全化应用，甚至用普通矿泉水瓶也能装运，这一愿景正在逐渐接近现实。中国化工报记者从中国地质大学(武汉)可持续能源实验室了解到，他们开发的液态储氢技术已经完成了实验室阶段的研究，正准备进行大规模中试和工程化试验。

（中试就是产品正式投产前的试验，是产品在大规模量产前的较小规模试验。企业在确定一个项目前，第一要进行试验室试验；第二步是“小试”，也就是根据试验室效果进行放大；第三步是“中试”，就是根据小试结果继续放大。中试成功后基本就可以量产了。）美国氢动力飞机试飞

据中国地质大学（武汉）可持续能源实验室主任、国家“千人计划”特聘教授程寒松博士介绍，他带领的团队利用不饱和芳香化合物催化加氢的方法，成功攻克了氢能在常温常压下难以贮存和释放这一技术瓶颈，实现了氢能液态常温常压运输，而且克服了传统高压运输高成本、高风险的弊病，所储氢在温和条件下加催化剂释放后即可使用。储氢材料的技术性能指标超过了美国能源部颁布的车用储氢材料标准。

实验室研究显示，储氢分子熔点可低至-20℃，能在150℃左右实现高效催化加氢，并在常温常压下进行储存和运输；催化脱氢温度低于200℃，脱氢过程产生氢的纯度可高达99.99%，并且不产生CO、NH3等其他气体；储氢材料循环寿命高、可逆性强（高于2000次）；质量储氢容量>5.5wt%，体积容量>50kg(H2) ·m-3。程寒松告诉记者，所用催化剂无需再生即可重复使用，5年内无需更新。业界认为该技术处于国际领先水平，并有可能引发氢能利用革命。

日前，中国地质大学、张家港氢力新能源有限公司签订了江苏氢阳能源有限公司投资合作协议。江苏氢阳能源公司由中国地质大学（武汉）可持续能源实验室、武汉地质资源环境工业技术研究院联合张家港富瑞特装公司等单位共同成立。根据协议，项目前期总投资7060万元，江苏氢阳能源公司负责氢能存储、转化、应用材料、装备及技术的研究开发与制造、销售，富瑞特装将为液态储氢技术中试研发提供研究平台。

“我们的技术可以做到在常温常压下储氢，而且产品形态也已成熟，可以批量生产。”程寒松说。

据了解，氢的储运技术是制约氢能发展的最主要技术瓶颈，目前其研究主要集中在高压储氧罐、轻金属材料、复杂氢化物材料、有机液态材料等氢储运技术。

3．金属氢化物贮存

氢与氢化金属之间可以进行可逆反应，当外界有热量加给金属氢化物时，它就分解为氢化金属并放出氢气。反之氢和氢化金属构成氢化物时，氢就以固态结合的形式储于其中。用来贮氢的氢化金属大多为由多种元素组成的合金。目前世界上已研究成功多种贮氢合金，它们大致可以分为四类：一是稀土镧镍等，每公斤镧镍合金可贮氢153L。二是铁一钛系，它是目前使用最多的贮氢材料，其贮氢量大，是前者的4倍，且价格低、活性大，还可在常温常压下释放氢，给使用带来很大的方便。三是镁系，这是吸氢量最大的金属元素，但它需要在287℃下才能释放氢，且吸收氢十分缓慢，因而使用上受限制。四是钒、铌（ni)、锆（gao)等多元素系，这类金属本身属稀贵金属，因此只适用于某些特殊场合。在金属氢化物贮存方面存在的主要问题是：贮氢量低，成本高及释氢温度高。进一步研究氢化金属本身的化学物理性质，包括平衡压力一温度曲线、生成时转化反应速度、化学及机械稳定性等，寻求更好的贮氢材料是氢能开发利用中值得注意的问题。金属氢化物的贮氢装置既有固定式也有移动式，它们既可作为氢燃料和氢物料的供应来源，也可用于吸收废热，储存太阳能，还可作氢泵或氢压缩机使用。

4．氢气的运输

氢虽然有很好的可运输性，但不论是气态氢还是液氢，它们在使用过程中都存在着不可忽视的特殊问题。首先，由于氢特别轻，与其他燃料相比在运输和使用过程中单位能量所占的体积特别大，即使液态氢也是如此。其次，氢特别容易泄漏，以氢作燃料的汽车行驶试验证明，即使是真空密封的氢燃料箱，每24h的泄漏率就达2％，而汽油一般一个月才泄漏1％。因此对贮氢容器和输氢管道、接头、阀门等都要采取特殊的密封措施。第三，液氢的温度极低，只要有一点滴掉在皮肤上就会发生严重的冻伤，因此在运输和使用过程中应特别注意采取各种安全措施。