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北极星氢能网获悉,近日,中国科学院院士李灿、清华大学核能与新能源技术研究院教授毛宗强做客央视科教《透视新科技》节目,针对目前氢能存在的一些列问题,做出了解答。
人类对氢能的利用,早在1807年就已经开始了,瑞士人制造了使用氢气内燃机的汽车,二十世纪五十年代,氢能应用到航天领域,我国的长征2号、3号运载火箭上都使用了液氢作为燃料。与传统的煤炭、石油等化石能源相比,氢能清洁高效、存储量巨大,但是作为一直被看好的清洁能源,氢能源在现代生活中,却始终没有得到更广泛的应用。2022年3月23日,国家发改委、国家能源局联合印发了《氢能产业发展中长期规划》,这是我国首个氢能产业的中长期规划,首次明确了氢能是未来国家能源体系的重要组成部分,这标志着氢能源在中国的发展将进入一个更加快速的轨道。要想实现氢能的大规模应用,我们还有哪些问题需要解决?
制氢成本高,技术难度大,到底难在哪儿?
这主要是因为氢的特点决定的,地球上本来没有游离态的氢,就没有现成的氢气,都是要分解带氢的化合物,比如水、比如硫化氢的化合物,支取出来是比较困难的。水是大家很熟悉的,但是水是非常稳定的,所以从水里拿出氢来就会比较难,要付出很大的代价,要注入很高的能量,才能把这个水分子化学键打断,把氢气拿出来,但是因为它的氢氧键很难打断,所以这么多年来,一直进展的很慢。
电解水制氢中,得到一立方米的氢气,差不多需要消耗4.5度电,成本很高,为什么没发展起来主要是两个问题,一个就是刚刚说的成本,另外一个就是因为它是能源载体,需要一次能源去制备,柴火价格就定在那儿,用柴火做氢气,氢气就加上柴火的成本就更贵。第二是缺乏基础设施,像柴油汽油的车已经有了,加油站也有了,所以在以后的使用中会很方便,但是在氢的交通领域中,还需要一系列的基础设施得跟上去,所以这一些都是制约了它的发展。
实际上氢的应用很早,甚至比电还早,实际上在电发明之前,城市里的路灯靠煤气、煤炭制取的气,其中煤气中的成分百分之五十多都是氢气。后来其他的能源就是煤、石油、天然气,代替了煤炭,氢的发展也就相对晚了一些。
氢能源和其他能源比较,优势体现在哪些方面?
一方面氢能源生成水,绿色低碳是将来发展的方向。二是氢的能量密度很高,煤、石油、天然气都不及它。三是氢的存储量很大。从原料的资源来讲,氢能量是非常丰富的,取之不尽用之不竭,用完之后释放出来还是水。氢也存在安全问题,凡是能源都有安全问题,但是氢的好处是,假设万一发生安全事故,发生完之后生成水,不会生成次安全的问题,这一点很重要。
在氢能领域取得了哪些技术成果?目前,在电解水制氢领域,还是有一定的困难,特别是利用太阳能直接把水里面的氢拿出来,现在还是一个世界性的难题。实际上国际对氢的颜色是五彩缤纷的,除了灰氢、蓝氢、绿氢之外,还提出红氢(核能发电制氢)。目前绿氢的制取中,电解水制氢有很大的进步,常用的是碱性电解制氢,耗电为10.5度电每立方氢气,每小时可以达到一千立方米的产量,国内的高温氧化电解水制氢和国际上差不多。
氢能的储运方面难题在哪?有哪些技术突破?
氢是元素周期表第一个元素,非常轻,一立方米的氢气才几克重,所以在储运环节中,氢的重量能量密度很高,体积能量密度很低,储运的效率就很低,所以储运的时候需要高压压到小的空间里,此外还可以冷冻降温,降到零下253摄氏度,就会变成液氢,密度就增加了800倍,这也是储运的方法,大规模需要可以用管道来输送。但是目前氢气的管道不是太多,只有几千公里。
中国科学家已经在实验室里做到了在一种符合的金属材料里面,把氢吸进去,而且吸的比例也很高,超过8%,另外请不但能吸进去,还能放出来。希望这种新型的进展能够迅速的倍证实、产业化,这是个技术的突破。
目前,氢气可以和氮气形成合成氨,就有17%的储存量,到用的时候将氨分解出来。另外一个是人们将氢气和二氧化碳反应生成甲醇,用的时候将甲醇的氢再放出来。
氢能在应用上有哪些突破?
氢能主要应用在发电、供热、建筑、交通这几个领域,其中交通领域用氢比例并不是很高,除了陆路交通,氢能还可以在船运、飞机、无人机等领域应用。交通领域来讲,在短距离的小轿车,这个锂离子电池技术还是很不错的,和氢燃料电池有一比,但是在长距离的重卡领域,氢燃料电池可能会发挥更大的作用。
我国的氢能源发展瓶颈在哪儿?实现广泛应用还要多久?
缺乏基础设施,如果想大力发展氢能源汽车的话,目前已经开始将加油站改成油氢合建站,除了基础设施外,第二是国家关于氢的很多标准还没有完全出来,而且国家还把氢列为一种危化学品,这些是氢能的瓶颈所在。氢能预计2030年将实现广泛应用,现在已经离我们很近,但是说远也很远,一些基础设施跟上去,配套的制储运都跟上之后还要十年以上。未来氢能的发展会带来更多的蓝天白云,雾霾会减少,另外整个社会会变得更加轻便,植物会变得更漂亮,未来也有可能助力航空航天,以及人类的登月、登火星。
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