1.4　氢气储运的问题与发展趋势

氢气的储存和运输是实现氢经济非常重要的一环。人们已经开发了多种氢气的储存技术,但是迄今为止,能够规模化应用的技术不多,且都存在各种问题。

高压储氢是目前多数燃料电池汽车企业优选的储氢方式,如日本丰田的“未来(Mirai)”采用的是70MPa的高压储氢罐。遗憾的是,中国目前尚未掌握70MPa的高压储氢技术,更遑论让人们克服心中固有的高压氢使用不安全的心理障碍。

液态储氢是太空运载、国防等特殊领域沿用已久的成熟的储氢技术,但由于能耗过大、汽化率高、安全性等问题,目前还不适合应用于民用市场。

现已开发的固态储氢材料种类繁多,真正能够实用化的较少。最成功的示例是LaNi5体系的储氢合金,自20世纪末至今,已被应用于镍氢电池的负极材料,即使是热卖的混合动力车Prius和新开发的燃料电池车Mirai,其辅助电源均采用了镍氢电池,其原因在于镍氢电池具有安全性、可靠性和长期服役的稳定性。利用气固储氢的LaNi5系、TiFe系以及Zr系储氢合金还被成功地应用于燃料电池自行车、三轮车及燃料电池手机充电器等小型移动设备中,TiFe系储氢合金还被用于潜艇的不依赖空气推进系统(AIP)中。直接水解制氢系统是另一个实用化案例,被成功应用于小型移动电源设备上。物理吸附材料的储氢密度不高,特别是体积储氢密度低,且操作温度低,在实用化方面鲜见报道。复杂氢化物的释氢温度高、动力学性能差、吸放氢可逆性等都是迫切需要解决的问题,离实用化还有很长一段路要走。

各种储氢方式复合是人们尝试的一种新思路。不同储氢方法之间取长补短,在原子尺度上重新组合成新的材料或可获得理想的储氢材料。

氢的运输方式需要根据所服役的条件择优选择。管道输送无论在成本上还是在能量消耗上都将是非常有利的方法。目前多数制氢方式是化石燃料制氢,一般规模较大,生产较为集中,如加氢站或者氢供应商也比较集中,则可以考虑管线运输。当然,氢经济的黄金时期尚未到来,世界各国对氢经济的认知也各有不同,输氢管线在美洲和欧洲已有一定的布局,但在中国部署输氢管线还需要进一步考察市场需求和经济性,相应的标准也应当提上议事日程。利用天然气管线输送天然气和氢气的混合物,在加氢站里根据需要提取氢气的设想正在讨论之中。如果把管道本身的压力提高,则在加氢站里将降低压缩机的工作量,这是管线输氢的一个有益的尝试[32]。

当然,如果制氢车间和加氢站分布比较分散,则可以选择氢的车运或者船运等方式。通常可以采取液态或者固态储氢的方式。在具有实用性的储氢合金中,AB5、AB2和AB型的储氢合金(详见第5章)可逆储氢量基本不大于2%(质量分数),加上储罐本身的质量,如果用于氢的转运,不具有经济性。钒基储氢合金理论储氢量可达3.8%(质量分数),常温附近可逆放氢量接近3.0%(质量分数),且具有极好的安全性,如果制氢车间与加氢站距离不算远的话,用于氢的转运也不失为一种具有吸引力的选择。