氢储存技术探究.docVIP

氢储存技术探究 摘要:日益严峻的能源危机和环境污染使得发展清洁的可再生能源成为各个国家的重要议题。氢能源以其可再生性和良好的环保效应成为未来最具发展潜力的能源载体。氢能开发与利用的关键在于氢气的储存,氢气储存是氢能应用的瓶颈技术。本文分析了当前能源现状和形势，并对氢的性质特点，氢能的储存技术为缓解日益严峻的能源问题和制定新能源战略计划提供了新的解决思路。 关键词:氢能储存。 1．背景 能源危机和环境污染已日益严峻，正威胁着人们的正常生产和生活。据世界能源组织调查显示，世界原油可采储量138.3Gt，天然气2.4Gt,合计140.7Gt，按年产3.2Gt计算，储采比44。现代工业生产和人们生活越来越离不开石油。航天、航空、船舶、汽车、化工等无不使用石油。然而，石油一旦短缺，世界将不堪设想。从能源战略发展来看，寻找一种新型能源代替石油，已迫在眉睫。氢能是最理想的能源，它有别于太阳能、核能、地热能、海洋能、生物质能等新型能源,可直接燃烧，是一种含能体能源。而且它燃烧热量高，无污染，来源广，是煤、石油、天然气等传统能源所无法比拟的。从根本上解决世界能源问题与环境问题，氢能是最理想的能源。 2．氢的性质及特点 2.1 氢是元素周期表中的第一号元素。 在所有元素中，氢原子结构最简单，它由一个带正电的原子核和一个核外电子组成； 2.2 资源丰富。 它主要以化合物的形态贮存于水中，可由水分解制取，而水是地球上最为丰富的资源，地球表面的70%以上被水所覆盖，地球上的水储量为21018 t，是氢取之不尽，用之不竭的重要源泉； 2.3 热值高[1]。 氢的热值高于所有化石燃料和生物质燃料，每千克氢燃烧后可产生热能120.4MJ，约为汽油的3 倍，酒精的3.9 倍，焦炭的4.5 倍； 2.4 环保性能好[2]。 与其他燃料相比，氢燃烧时清洁，不会对环境排放温室气体，氢本身无色无味无毒，燃烧的产物除水和少量氮化氢外不会有其它有害物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，而且生成的水又可以由电解继续制氢，从而不断循环； 2.5 燃烧稳定性好。 容易做到比较完善的燃烧，燃烧效率很高，这是化石燃料和生物质燃料很难与之相比的； 2.6 存在形式多。 氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求； 由以上特点可以看出，氢是一种理想的大有发展前途的高效、清洁的能源。 3．对储氢系统的要求 对储氢系统的要求很多,最重要的是提高储氢密度和保证安全。衡量氢气储运技术先进与否的主要指标是单位质量储氢密度,即储氢单元内所储氢质量与整个储氢单元的质量（含容器、存储介质材料、阀及氢气等）之比。到目前为止,还没有一种储氢系统能够满足这一要求。例如，汽车的燃料消耗与其行驶状态有关,快速行驶要求储氢系统大量供应氢气,而汽车在等待红灯时,则要求储氢系统停止供氢,这说明储氢系统应该有很好的动态响应，而汽车在中途补充燃料时,也希望在几分钟内完成,这就要求氢气的速度特别快。寒冷的季节,气温会降到零下几十度,此时要求储氢系统也能及时供应氢气，这些常见而实际的要求关系到氢能是否实用的全局,就是这些实际要求,有时也会给不同的储氢系统带来相当大的难题。安全则是氢经济的另一大挑战。氢气比石油更容易挥发,同时无色无味等独特物理特质决定了其火焰不可见、气味也闻不着、着火范围更宽、火焰传播速度更高、更容易泄漏、更容易爆炸。这使得如何对氢气安全而实用的储存都成为亟待攻关的问题。 4．氢气的储运技术探究 当前氢气的制备技术已日趋成熟，像电解水制氢，矿物燃料制氢，生物质制氢，太阳能热化学循环制氢等技术都在不断改进，并且取得了较大进步，人类可较易获得大量的氢气，但氢能的储存却限制了氢能的利用，储存技术已经成为氢能利用走向规模化的瓶颈。 衡量氢气储运技术的先进性与否的主要指标是单位质量储氢密度[指储氢单元内所储氢质量与整个储氢单元的质量(含容器、存储介质材料、阀及氢等)之比。例如,一个100 kg的钢瓶(含阀、内部氢气质量)储有1 kg的氢气,即单位质量储氢密度为1 %]和单位体积储氢密度( kg·H2/m3 )。对移动式或便携式氢气的应用,上述两项指标显得更为重要。当今工业上实际应用的储运氢气方法主要有以下三种:高压容器(钢瓶)、液氢储罐(低温贮槽)、金属氢化物储氢器。 4.1 高压气态贮存 氢气通常作为一种气体在高压状态下储存在钢瓶内，常温，常压下，储存4kg气态氢需要45立方米的容积。为了提高压力容器的储氢密度，往往提高压力来缩小储氢罐的容积[2]。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％。为提高贮氢量，目前正在研究一种微孔结构的储氢装置，它是一种微型球床，微型球系薄壁