中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：5月19日至21日，“第八屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)”在深圳隆重召開， 來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、加拿大、西班牙、日本、韓國(guó)、澳大利亞等國(guó)和地區(qū)1500余位政府機(jī)構(gòu)、科研院所、行業(yè)組織、電力公司、新能源項(xiàng)目單位、系統(tǒng)集成商等代表出席本次大會(huì)。
中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用聯(lián)盟理事長(zhǎng)程寒松在氫能與燃料電池專場(chǎng)，以“氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)及其應(yīng)用”為題，發(fā)表了精彩演講。
演講內(nèi)容如下：
程寒松：氫能經(jīng)濟(jì)有四個(gè)主要的挑戰(zhàn)，現(xiàn)在大家都很清楚，一是要有足夠的氫。二是要非常有效的把氫進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸。三是需要廉價(jià)、高效、長(zhǎng)壽命的燃料電池。四是有相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施。想把這個(gè)東西做長(zhǎng)，這四者缺一不可。過去的一二十年里，特別是過去十年里，中國(guó)在氫能方面有特別大的發(fā)展。從今天的情況來(lái)看，豐富的氫的來(lái)源不再是一個(gè)問題，同時(shí)大量的燃料電池現(xiàn)在也在市場(chǎng)上，價(jià)格越來(lái)越低。我知道中國(guó)現(xiàn)在燃料電池公司的數(shù)量遠(yuǎn)高于其他國(guó)家燃料電池的總和都有可能，非常多的燃料電池公司，這是個(gè)好事也是個(gè)壞事。這兩個(gè)挑戰(zhàn)基本上可以應(yīng)對(duì)。真正的挑戰(zhàn)是氫的儲(chǔ)存和運(yùn)輸，還有相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，我們知道基礎(chǔ)設(shè)施相當(dāng)昂貴。我們可以看到儲(chǔ)氫和運(yùn)氫是制約產(chǎn)氫和用氫的瓶頸。瓶頸的解決方式，目前國(guó)際上的主流方式，以歐美和豐田為代表，700個(gè)大氣壓的高壓儲(chǔ)存罐放在車?yán)锩?，你的加氫站的壓?00個(gè)大氣壓，在中國(guó)目前的標(biāo)準(zhǔn)是加氫站450個(gè)大氣壓，在車上350個(gè)大氣壓。這里面除了成本以外，還有安全性的問題。目前大家都是比較了解的。同時(shí)對(duì)它的大規(guī)模推廣是很大的制約。還有兩種其他的方式，深冷液化和吸附技術(shù)，如果把氫不是用高壓，而是冷凍到負(fù)的253度變成液體，是一種方式。還有找吸附材料，用吸附技術(shù)把氫有效的吸附起來(lái)，海綿吸水式的吸附起來(lái)，也可以把氫進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸。
下面我想關(guān)于這些技術(shù)做一些簡(jiǎn)單的介紹，首先我想談?wù)剦嚎s氣體的儲(chǔ)存和運(yùn)輸，氫的來(lái)源可以是從傳統(tǒng)的化石能源，也可以用再生能源電解水產(chǎn)生。你將這些氫純化以后壓縮到20MPa，放到長(zhǎng)管里面，放到長(zhǎng)管里面還是有些挑戰(zhàn)的。我和德國(guó)林德氣體公司做了仔細(xì)的討論，林德說用這種方式很難得把它量化，因?yàn)槊總€(gè)罐子要罐7、8個(gè)小時(shí)，量大了，每個(gè)罐子很貴。我曾經(jīng)想租一個(gè)長(zhǎng)罐，一天一千元。所以它是很難得大量做，這也是非常有挑戰(zhàn)性的問題。放到長(zhǎng)罐車?yán)?，用卡車?yán)郊託湔?，進(jìn)行增壓，增壓到45MPa或者70MPa，目前是這樣的過程。這是目前相對(duì)比較成熟的技術(shù)。
另外是用深冷液化的方式，氣的來(lái)源是一樣的，可以用化石能源和可再生能源，純化以后進(jìn)行壓縮和液化，壓縮液化以后要把液體用槽車?yán)郊託湔?，槽車?yán)臍涞牧渴?倍于20MPa壓縮空氣的容量，所以它很大，對(duì)儲(chǔ)存很好。但是它有一個(gè)問題，這個(gè)儲(chǔ)存的氫氣也要保持在這么低的溫度下，長(zhǎng)時(shí)間很難做到，它也有一定的困難。但是總的來(lái)說，這個(gè)技術(shù)是很成熟的，到加氫站，用液氣泵壓縮，也可以儲(chǔ)存，但是儲(chǔ)存時(shí)間不能太長(zhǎng)。這個(gè)相對(duì)高壓氫還是大一些。這個(gè)技術(shù)也是相對(duì)成熟，有些商業(yè)化的應(yīng)用。
我今天主要是想以氫的吸附的方式來(lái)把氫進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸，你要有一個(gè)材料，這個(gè)材料能夠把氫有很好的表面積和很高的孔徑把氫進(jìn)行吸附。可以選擇性的把氫吸附上去，吸附以后壓力小了，溫度可以接近常溫，這是吸附最大的好處。吸附的方式可以通過變壓吸附或者變溫吸附，可以進(jìn)行吸附、脫附，這是很成熟的技術(shù)。關(guān)鍵就是材料，有相應(yīng)的材料做吸附劑。絕大部分情況下，低溫的時(shí)候可以吸附量很高，但是溫度高了以后吸附量就變低。尤其物理吸附，有些物理吸附的量很低，有兩種吸附，一是物理吸附，二是化學(xué)吸。通常物理吸附是相對(duì)比較弱，化學(xué)吸附就太強(qiáng)。弱吸附的直接后果是吸附量太小，強(qiáng)吸附是吸附上去脫不下來(lái)，這都是非常重要的問題。
我們希望找到一些材料，這些材料是非常強(qiáng)的物理吸附或者非常弱的化學(xué)吸附，這是材料科學(xué)里面在過去一二十年里面非常活躍的領(lǐng)域。今天我想大致介紹一下這些儲(chǔ)氫材料有哪些類。
儲(chǔ)氫材料要什么特征？一是化學(xué)性穩(wěn)定，不能老變，老變不能多次用，整個(gè)成本上去。二是容量要高，高到可以跟高壓氫或者深冷液化比。三是高度可逆，不可逆，用一次，那整個(gè)再生的過程就挺麻煩，經(jīng)濟(jì)性都是有一定的問題。所以我今天主要是講可逆吸附的問題。四是長(zhǎng)壽命。五是成本低，方便使用。六是安全。這幾個(gè)性質(zhì)都是非常重要的。
物理吸附，在過去20來(lái)年里，人們找到成千上萬(wàn)的材料，比如最多的金屬有機(jī)骨架的結(jié)構(gòu)，目前已經(jīng)有幾百種不同的材料，全世界很多的研究機(jī)構(gòu)都在做這類的材料，我們可以看到這些材料有很大的孔徑，有非常高的表面積，這樣也許可以讓氫能夠吸附上去。除了這個(gè)以外，還有其他的高分子材料、碳的材料，比方說我們看到石墨烯、石墨，這是大家都討論過的，包括碳納米管這樣的碳材料。所有這些材料都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，它在液氮的溫度下，比如77K，有的吸附量很高，可以高于百分之十幾，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過美國(guó)能源部規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。但是一旦到了常溫下，吸附量都是遠(yuǎn)低于1%。原因是吸附太弱，非常弱的物理吸附。這些材料是高度可逆，長(zhǎng)壽命，非常安全，但是弱物理吸附導(dǎo)致常溫的吸附量小于1，所以對(duì)很多應(yīng)用來(lái)說沒有實(shí)際意義。
比如金屬氫化物，包括氫化鎂、氯化鎂，現(xiàn)在在座的有些企業(yè)家就是做這類材料的。這類材料從文獻(xiàn)上可以看到大量這類材料，可以成噸、成噸的做，這些材料可以變成氫化物。變成氫化物的過程有的很復(fù)雜，對(duì)于氫化鎂我非常熟悉的，很復(fù)雜，制造工藝上來(lái)說成本很高。對(duì)同樣量的氫，如果用20MPa，你要用很大的桶。如果把深冷液化小一點(diǎn)，如果用金屬合金，比如說鎳類合金，可以看到它比液態(tài)氫密度還要高，還有一些化學(xué)氫化物的密度更高了。對(duì)于金屬來(lái)說，在把氫加上去的過程中是放熱過程，有些放熱非常高。在脫氫的過程是吸熱過程，這就導(dǎo)致了脫放氫過程中變得很復(fù)雜，比如氫化鎂，如果真的要脫氫要450度以上才可以真正脫氫，所以還是非常困難的。
總結(jié)，對(duì)這類材料儲(chǔ)氫量高的時(shí)候可逆性差，儲(chǔ)氫量低的時(shí)候可逆性比較好。我們知道今天有一類合金，比如鈦鐵合金是非常可逆的，它可用的儲(chǔ)氫量是1.4左右，相對(duì)來(lái)說是很低的，而且這個(gè)材料目前還是比較貴。這是對(duì)于金屬氫化物合金的情況。
有些化學(xué)氫化物的密度遠(yuǎn)高于各種各樣的技術(shù)要求，但是可逆性就很差，只有部分氫可以釋放出來(lái)。甲醇重整，這是非常成熟的化學(xué)過程，甲醇和水在高溫下進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生3個(gè)氫加二氧化碳，里面可能還有一氧化碳產(chǎn)生，一氧化碳的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致催化劑中毒，所以在甲醇的重整，盡管也有應(yīng)用，但是這個(gè)應(yīng)用從今天來(lái)看，用于氫燃料電池還是有相當(dāng)大的困難。還有一些金屬、氮?dú)潴w系，比如鋰氮?dú)洌ㄒ簦┮灿泻芨叩膬?chǔ)蓄量。鋰氮?dú)湟灿羞@種問題，但是這種材料比較怕水。所有這些材料都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，但是這類材料有一個(gè)很大的弱點(diǎn)，就是可逆性比較差。通常是一次性使用，它就要再生非常困難。
我今天主要想講有機(jī)液體儲(chǔ)氫，這是我本人做得最多的體系。我們知道有機(jī)液體儲(chǔ)氫是比較簡(jiǎn)單的過程，我們知道日本Chiyoda公司用甲苯和氫氣反應(yīng)，變成甲基環(huán)己烷，這是非常經(jīng)典的化工過程，但是這個(gè)材料有很大的缺點(diǎn)。氫放上去很容易，而且是液體，我們知道甲苯和甲基環(huán)己烷常溫情況都是液體，氫放上去，這個(gè)過程是放熱的過程，但是是很強(qiáng)的化學(xué)吸附。導(dǎo)致氫脫附很困難，一般脫附要400多度。這兩個(gè)分子在100度左右開始?xì)饣?，所以里面氣體就非常不純。Chiyoda公司用這樣的方式把澳洲、非洲的氫用液化的方式運(yùn)回日本，他拿回去發(fā)電，不在乎氫的純度。
還有德國(guó)的一個(gè)公司，這個(gè)材料是一個(gè)有機(jī)芳香的化合物，和氫氣發(fā)生反應(yīng)，從烯烴變成環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)，這個(gè)過程也是可逆的。這個(gè)分子也有一個(gè)問題，它的化學(xué)吸附是很強(qiáng)的，導(dǎo)致了它的溫度要到320度，還要用鉑做催化劑。這個(gè)公司已經(jīng)把它來(lái)用氫的儲(chǔ)存和運(yùn)輸。
氫陽(yáng)能源有限公司想做的，起源最先是我在美國(guó)公司期間做的，回國(guó)以后我們做了大量新的研究和新的材料的設(shè)計(jì)和制備，我們找到一類材料，這類材料就把它稱之為儲(chǔ)油。這個(gè)材料是不飽和芳香軸化合物（音），和氫氣反應(yīng)，變成另外一類新的化合物，常溫常壓下這兩個(gè)都是液體，它的好處是脫附溫度是200度，比較低，是弱化學(xué)吸附。常溫常壓下是液體，高度的穩(wěn)定。你把這些材料暴露在空氣中兩個(gè)月，基本不揮發(fā)。同時(shí)點(diǎn)火燒，燒不著，但是燃點(diǎn)150度，遠(yuǎn)高于柴油和汽油，非常安全。高度可逆，產(chǎn)生的氫氣純度99.99以上，吸附量也很高，5.5-6，我們知道一般的合金可用的大概就是1.2-1.4。
我們知道用高壓氫，在700MPa，每升大概含39克氫，你如果是冷凍到負(fù)的253度，每升含70克氫，這個(gè)常溫常壓含60克氫，密度很高。這個(gè)有很大的優(yōu)勢(shì)，液體有機(jī)儲(chǔ)氫材料有很大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗F(xiàn)在的基礎(chǔ)設(shè)施完全匹配，我們可能知道現(xiàn)在有沒有石油，我們就有一個(gè)制造儲(chǔ)油的基地來(lái)專門制造材料，我們有煉油廠，就可以把石油拿到煉油廠里面變成汽油，用氫就可以把儲(chǔ)油拉到化工廠里面變成氫油，在煉油廠里面煉好的汽油用槽車?yán)郊佑驼?，用同樣的槽車把練好的氫油拉到加氫站，把氫釋放出?lái)的儲(chǔ)油又用同樣的槽車?yán)鼗S，重新變成氫油，用這樣的方式可以做到完全的循環(huán)，和現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施完全匹配。這個(gè)技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)和現(xiàn)有技術(shù)完全匹配，基本上不需要建新的加氫站，成本就會(huì)比較低。它的安全性能非常好，遠(yuǎn)好于高壓性和液體性。適合長(zhǎng)期儲(chǔ)存和運(yùn)輸，你可以把這些材料放幾年，作為儲(chǔ)存也沒有問題。這是它很大的優(yōu)點(diǎn)。
在儲(chǔ)能上做比較，1萬(wàn)度電，10MWH的儲(chǔ)能，你可以用高山蓄水的方式儲(chǔ)，你要33000立方米的水抽到100米以上才可以，壓縮空氣要20Bar 5500立方米的空氣。鋰電池是40噸以上，如果用液體有機(jī)，常溫常壓要4噸多的液體就可以，跟深冷液化得到的液氫密度差不多，所以它的能量密度是相當(dāng)高的。這就是非常好的儲(chǔ)能手段，可以把不能上網(wǎng)的可再生能源用這種方式，用氫油的方式儲(chǔ)存起來(lái)，運(yùn)到需要的地方去。事實(shí)上我們目前的氫陽(yáng)能源公司已經(jīng)開始做一些中等規(guī)模的示范，跟南方電網(wǎng)、中船重工，我們和他們合作，把不能上網(wǎng)的電，南方電網(wǎng)是水電，我們把它變成氫油，在車上用起來(lái)，通過電解水產(chǎn)生氫氣，通過這套裝置，這套裝置在昆明，一個(gè)電解水的裝置再加上做氫油的裝置。裝置大概看上去就是這樣子，把儲(chǔ)油和氫氣在罐子上混合好以后下來(lái)就是氫油，非常簡(jiǎn)單的化學(xué)過程。
用這種方式可以來(lái)制氫，這是我們給中船重工做的做氫油的裝置。做好以后把儲(chǔ)能變成氫油，用塑料桶或者鐵桶來(lái)運(yùn)氫，這樣運(yùn)輸成本會(huì)大大降低。也可以用槽車來(lái)做，一般說來(lái)30噸的槽車所含的氫量大于4個(gè)這樣的長(zhǎng)管車含的氫量，從運(yùn)輸成本來(lái)說可以大大降低，用管道輸送。電解水的裝置是為南方電網(wǎng)正在做的，我們現(xiàn)在正在做比這個(gè)大一百倍的做氫油的裝置，有效把不能上網(wǎng)的水電變成氫油。加氫站，這里大概是10立方米，它能夠含600公斤氫氣，我們可以看到整個(gè)泵和普通的加油站差不多，有兩個(gè)泵，一個(gè)泵是往車?yán)锩婕託溆停硗庖粋€(gè)泵是往車?yán)锩姘逊磐隁涞膬?chǔ)油再抽出來(lái)的。所以有兩個(gè)泵，跟目前的加油站唯一不一樣的地方。整個(gè)加氫站的成本不到30萬(wàn)人民幣，只是高壓氫的零頭，成本上來(lái)說很有優(yōu)勢(shì)，它非常安全，跟加汽油一樣的加法。通過這樣的方式做了幾輛車，大家的體驗(yàn)還是不錯(cuò)的。歡迎各位方便的時(shí)候到武漢試乘一下這個(gè)車。
總結(jié)，我們從各種各樣的儲(chǔ)氫方式可以做一個(gè)比較。這是我從文獻(xiàn)下載的PPT。金屬儲(chǔ)氫或者合金儲(chǔ)氫，可逆的儲(chǔ)氫，一般說不會(huì)高于3%，它的儲(chǔ)氫量不會(huì)高于3%，用35和70MPa，在紅的范圍，它的體積密度和重量密度相對(duì)高一點(diǎn)。液氫在藍(lán)色的部分更高一點(diǎn)，有機(jī)液體儲(chǔ)氫比這個(gè)都要高，從這個(gè)意義來(lái)說是很有發(fā)展前途的一個(gè)方向。我們現(xiàn)在正和林德公司合作，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在正在推廣的有三類儲(chǔ)運(yùn)方式，第一類儲(chǔ)運(yùn)方式是完全可逆的，液氫模式，這個(gè)量可以稍微大一點(diǎn)，但是儲(chǔ)存時(shí)間不能太長(zhǎng)。二是氣體儲(chǔ)氫，壓縮空氣儲(chǔ)氫，他認(rèn)為目前的量不能太大。如果說你的運(yùn)輸半徑高于50公里，就有成本問題。三是有機(jī)液體儲(chǔ)氫，我們正在和林德公司合作，希望在寧波做一個(gè)示范項(xiàng)目來(lái)做這個(gè)事。
最后我想談?wù)剼潢?yáng)能源最近的發(fā)展項(xiàng)目。我們正在做環(huán)評(píng)、安評(píng)在湖北的宜都，建年產(chǎn)一百萬(wàn)噸儲(chǔ)油的工廠。同時(shí)也在湖北宜都做年產(chǎn)萬(wàn)噸的催化劑。在湖北枝江年產(chǎn)2萬(wàn)噸氫油。目前我們和中國(guó)化工部第四設(shè)計(jì)院結(jié)成戰(zhàn)略聯(lián)盟，很多工藝工程由他們幫我們做。同時(shí)，我們也承接一些中型的儲(chǔ)運(yùn)項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目目前正在和林德公司討論，每天將5-10噸氫氣運(yùn)送至20家工業(yè)用戶。在武漢建MW級(jí)的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，現(xiàn)在正在籌備。我們和湖北三環(huán)專汽有生產(chǎn)100臺(tái)燃料電池輕卡的項(xiàng)目。我們目前想把這個(gè)技術(shù)推廣到船和火車上，軌道交通里面，這是前不久和維京郵輪交流，一個(gè)是內(nèi)河郵輪，一個(gè)是海運(yùn)郵輪，海運(yùn)郵輪裝20MW的燃料電池、電堆，內(nèi)河的郵輪是6MW的燃料電池、電堆，現(xiàn)在用1MW的示范系統(tǒng)作為商業(yè)考察的模型，希望把它復(fù)制到大型的用電裝置上去。
感謝各位的聆聽。謝謝！
（本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄音整理，未經(jīng)本人審核）
