中國儲能網(wǎng)訊：5月19日至21日，“第八屆中國國際儲能大會”在深圳隆重召開， 來自中國、美國、德國、英國、加拿大、西班牙、日本、韓國、澳大利亞等國和地區(qū)1500余位政府機構(gòu)、科研院所、行業(yè)組織、電力公司、新能源項目單位、系統(tǒng)集成商等代表出席本次大會。
中國氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與應用聯(lián)盟理事長程寒松在氫能與燃料電池專場，以“氫儲運技術(shù)及其應用”為題，發(fā)表了精彩演講。
演講內(nèi)容如下：
程寒松：氫能經(jīng)濟有四個主要的挑戰(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行儲存和運輸。三是需要廉價、高效、長壽命的燃料電池。四是有相應的基礎(chǔ)設(shè)施。想把這個東西做長，這四者缺一不可。過去的一二十年里，特別是過去十年里，中國在氫能方面有特別大的發(fā)展。從今天的情況來看，豐富的氫的來源不再是一個問題，同時大量的燃料電池現(xiàn)在也在市場上，價格越來越低。我知道中國現(xiàn)在燃料電池公司的數(shù)量遠高于其他國家燃料電池的總和都有可能，非常多的燃料電池公司，這是個好事也是個壞事。這兩個挑戰(zhàn)基本上可以應對。真正的挑戰(zhàn)是氫的儲存和運輸，還有相應的基礎(chǔ)設(shè)施，我們知道基礎(chǔ)設(shè)施相當昂貴。我們可以看到儲氫和運氫是制約產(chǎn)氫和用氫的瓶頸。瓶頸的解決方式，目前國際上的主流方式，以歐美和豐田為代表，700個大氣壓的高壓儲存罐放在車里面，你的加氫站的壓力900個大氣壓，在中國目前的標準是加氫站450個大氣壓，在車上350個大氣壓。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。同時對它的大規(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，海綿吸水式的吸附起來，也可以把氫進行儲存和運輸。
下面我想關(guān)于這些技術(shù)做一些簡單的介紹，首先我想談談壓縮氣體的儲存和運輸，氫的來源可以是從傳統(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，放到長管里面，放到長管里面還是有些挑戰(zhàn)的。我和德國林德氣體公司做了仔細的討論，林德說用這種方式很難得把它量化，因為每個罐子要罐7、8個小時，量大了，每個罐子很貴。我曾經(jīng)想租一個長罐，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。放到長罐車里，用卡車拉到加氫站，進行增壓，增壓到45MPa或者70MPa，目前是這樣的過程。這是目前相對比較成熟的技術(shù)。
另外是用深冷液化的方式，氣的來源是一樣的，可以用化石能源和可再生能源，純化以后進行壓縮和液化，壓縮液化以后要把液體用槽車拉到加氫站，槽車拉的氫的量是5倍于20MPa壓縮空氣的容量，所以它很大，對儲存很好。但是它有一個問題，這個儲存的氫氣也要保持在這么低的溫度下，長時間很難做到，它也有一定的困難。但是總的來說，這個技術(shù)是很成熟的，到加氫站，用液氣泵壓縮，也可以儲存，但是儲存時間不能太長。這個相對高壓氫還是大一些。這個技術(shù)也是相對成熟，有些商業(yè)化的應用。
我今天主要是想以氫的吸附的方式來把氫進行儲存和運輸，你要有一個材料，這個材料能夠把氫有很好的表面積和很高的孔徑把氫進行吸附。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，可以進行吸附、脫附，這是很成熟的技術(shù)。關(guān)鍵就是材料，有相應的材料做吸附劑。絕大部分情況下，低溫的時候可以吸附量很高，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，二是化學吸。通常物理吸附是相對比較弱，化學吸附就太強。弱吸附的直接后果是吸附量太小，強吸附是吸附上去脫不下來，這都是非常重要的問題。
我們希望找到一些材料，這些材料是非常強的物理吸附或者非常弱的化學吸附，這是材料科學里面在過去一二十年里面非?；钴S的領(lǐng)域。今天我想大致介紹一下這些儲氫材料有哪些類。
儲氫材料要什么特征？一是化學性穩(wěn)定，不能老變，老變不能多次用，整個成本上去。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，那整個再生的過程就挺麻煩，經(jīng)濟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。四是長壽命。五是成本低，方便使用。六是安全。這幾個性質(zhì)都是非常重要的。
物理吸附，在過去20來年里，人們找到成千上萬的材料，比如最多的金屬有機骨架的結(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共同的特點，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，遠遠超過美國能源部規(guī)定的技術(shù)指標。但是一旦到了常溫下，吸附量都是遠低于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，長壽命，非常安全，但是弱物理吸附導致常溫的吸附量小于1，所以對很多應用來說沒有實際意義。
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雜，對于氫化鎂我非常熟悉的，很復雜，制造工藝上來說成本很高。對同樣量的氫，如果用20MPa，你要用很大的桶。如果把深冷液化小一點，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，還有一些化學氫化物的密度更高了。對于金屬來說，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，這就導致了脫放氫過程中變得很復雜，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)，對這類材料儲氫量高的時候可逆性差，儲氫量低的時候可逆性比較好。我們知道今天有一類合金，比如鈦鐵合金是非?？赡娴?，它可用的儲氫量是1.4左右，相對來說是很低的，而且這個材料目前還是比較貴。這是對于金屬氫化物合金的情況。
有些化學氫化物的密度遠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。甲醇重整，這是非常成熟的化學過程，甲醇和水在高溫下進行反應，產(chǎn)生3個氫加二氧化碳，里面可能還有一氧化碳產(chǎn)生，一氧化碳的產(chǎn)生會導致催化劑中毒，所以在甲醇的重整，盡管也有應用，但是這個應用從今天來看，用于氫燃料電池還是有相當大的困難。還有一些金屬、氮氫體系，比如鋰氮氫（音）也有很高的儲蓄量。鋰氮氫也有這種問題，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，但是這類材料有一個很大的弱點，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液體儲氫，這是我本人做得最多的體系。我們知道有機液體儲氫是比較簡單的過程，我們知道日本Chiyoda公司用甲苯和氫氣反應，變成甲基環(huán)己烷，這是非常經(jīng)典的化工過程，但是這個材料有很大的缺點。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，這個過程是放熱的過程，但是是很強的化學吸附。導致氫脫附很困難，一般脫附要400多度。這兩個分子在100度左右開始氣化，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回日本，他拿回去發(fā)電，不在乎氫的純度。
還有德國的一個公司，這個材料是一個有機芳香的化合物，和氫氣發(fā)生反應，從烯烴變成環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)，這個過程也是可逆的。這個分子也有一個問題，它的化學吸附是很強的，導致了它的溫度要到320度，還要用鉑做催化劑。這個公司已經(jīng)把它來用氫的儲存和運輸。
氫陽能源有限公司想做的，起源最先是我在美國公司期間做的，回國以后我們做了大量新的研究和新的材料的設(shè)計和制備，我們找到一類材料，這類材料就把它稱之為儲油。這個材料是不飽和芳香軸化合物（音），和氫氣反應，變成另外一類新的化合物，常溫常壓下這兩個都是液體，它的好處是脫附溫度是200度，比較低，是弱化學吸附。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月，基本不揮發(fā)。同時點火燒，燒不著，但是燃點150度，遠高于柴油和汽油，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，你如果是冷凍到負的253度，每升含70克氫，這個常溫常壓含60克氫，密度很高。這個有很大的優(yōu)勢，液體有機儲氫材料有很大的優(yōu)勢，因為它跟現(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，我們就有一個制造儲油的基地來專門制造材料，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拉到加油站，用同樣的槽車把練好的氫油拉到加氫站，把氫釋放出來的儲油又用同樣的槽車拉回化工廠，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。這個技術(shù)最大的優(yōu)勢和現(xiàn)有技術(shù)完全匹配，基本上不需要建新的加氫站，成本就會比較低。它的安全性能非常好，遠好于高壓性和液體性。適合長期儲存和運輸，你可以把這些材料放幾年，作為儲存也沒有問題。這是它很大的優(yōu)點。
在儲能上做比較，1萬度電，10MWH的儲能，你可以用高山蓄水的方式儲，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，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高的。這就是非常好的儲能手段，可以把不能上網(wǎng)的可再生能源用這種方式，用氫油的方式儲存起來，運到需要的地方去。事實上我們目前的氫陽能源公司已經(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，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，把儲油和氫氣在罐子上混合好以后下來就是氫油，非常簡單的化學過程。
用這種方式可以來制氫，這是我們給中船重工做的做氫油的裝置。做好以后把儲能變成氫油，用塑料桶或者鐵桶來運氫，這樣運輸成本會大大降低。也可以用槽車來做，一般說來30噸的槽車所含的氫量大于4個這樣的長管車含的氫量，從運輸成本來說可以大大降低，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，我們可以看到整個泵和普通的加油站差不多，有兩個泵，一個泵是往車里面加氫油，另外一個泵是往車里面把放完氫的儲油再抽出來的。所以有兩個泵，跟目前的加油站唯一不一樣的地方。整個加氫站的成本不到30萬人民幣，只是高壓氫的零頭，成本上來說很有優(yōu)勢，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，大家的體驗還是不錯的。歡迎各位方便的時候到武漢試乘一下這個車。
總結(jié)，我們從各種各樣的儲氫方式可以做一個比較。這是我從文獻下載的PPT。金屬儲氫或者合金儲氫，可逆的儲氫，一般說不會高于3%，它的儲氫量不會高于3%，用35和70MPa，在紅的范圍，它的體積密度和重量密度相對高一點。液氫在藍色的部分更高一點，有機液體儲氫比這個都要高，從這個意義來說是很有發(fā)展前途的一個方向。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運方式，第一類儲運方式是完全可逆的，液氫模式，這個量可以稍微大一點，但是儲存時間不能太長。二是氣體儲氫，壓縮空氣儲氫，他認為目前的量不能太大。如果說你的運輸半徑高于50公里，就有成本問題。三是有機液體儲氫，我們正在和林德公司合作，希望在寧波做一個示范項目來做這個事。
最后我想談談氫陽能源最近的發(fā)展項目。我們正在做環(huán)評、安評在湖北的宜都，建年產(chǎn)一百萬噸儲油的工廠。同時也在湖北宜都做年產(chǎn)萬噸的催化劑。在湖北枝江年產(chǎn)2萬噸氫油。目前我們和中國化工部第四設(shè)計院結(jié)成戰(zhàn)略聯(lián)盟，很多工藝工程由他們幫我們做。同時，我們也承接一些中型的儲運項目，這個項目目前正在和林德公司討論，每天將5-10噸氫氣運送至20家工業(yè)用戶。在武漢建MW級的熱電聯(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臺燃料電池輕卡的項目。我們目前想把這個技術(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，一個是內(nèi)河郵輪，一個是海運郵輪，海運郵輪裝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)場錄音整理，未經(jīng)本人審核）
