文章图片
文章图片
文章图片
绿氢作为能源 ， 最早的应用可以追溯到19世纪末的一个村庄 。 丹麦科学家保罗·拉·库尔在他任教的阿斯科乌 ， 用风机产生的电力电解水 ， 位于风力涡轮机大楼下面的电解地下室 ， 一共装有10个电解槽 。 在有风的日子里 ， 每小时生产多达1000升（1m3）氢气 。
百年以后 ， 面对“环境危机”和“能源转型” ， 氢的制、储、运、用技术成为21世纪最受瞩目的焦点 。
|01 制取绿氢需要哪些资源？
电解水制氢 ， 生产原料主要是“绿电”和“纯水” 。
“绿电”就是风、光等可再生能源生产的清洁电力 ， 制取1kg氢气 ， 约需消耗56度电 。
纯水也称为“原料水” ， 用来制氢需要符合国内相关的水质要求 ， 即GB/T 37562—2019《压力型水电解制氢系统技术条件》中的规定——电导率≤1mS/m(碱性电解水制氢系统） 。
根据反应式 ， 理论上制取1kg氢气需要9kg的水 ， 但考虑到制取纯水的消耗和其他消耗 ， 实际上制取1kg氢气需要15-18kg的水 。
设备方面 ， 主要是光伏组件和制氢设备 ， 以及设备安装场地 。
表一：制取1kg绿氢需要的资源（仅参考）
|02 储氢的主要方式有哪些？
氢是宇宙中最简单也是最轻的元素 ， 通常情况下 ， 用高压气态储罐/地下空间来储存 ， 但它会占据大量空间 。
如高压气态储氢 ， 常见的高压储氢瓶有35MPa和70MPa两种规格 ， 分别对应25g/L和41g/L的氢气密度 ， 储气量小 。
压缩成液氢 ， 常温常压下对应的液氢密度约是70kg/m3 ， 但技术难度较大 ， 主要应用在航天领域 。
此外 ， 还有固态储氢和有机液态储氢方式 ， 现阶段很难实现大规模应用 。
被市场看好的还有化合物储氢 ， 即将氢与其他元素结合 ， 制造出更容易储存和运输的化合物 ， 如合成氨 。
表二：不同燃料能量密度数据（仅参考）
|03 我们能用绿氢来做什么？
氢的热值高达142MJ/kg ， 是煤炭、汽油等化石燃料的3-4倍 ， 它可以通过氢内燃机和氢燃气轮机直接燃烧提供动力和电力 ， 还能够通过氢燃料电池发生电化学反应实现供热供电 。
当氢作为动力采用燃料电池的方式来利用时 ， 以燃料电池系统效率为50% ， 汽油机位28% ， 柴油机为38% ， 锂电池系统效率为90%来计算：1kg氢气用于燃料电池车辆时 ， 相当于6.9L汽油、45L柴油或者18.6k电量的锂电池 。
最重要的是 ， 绿氢燃烧产物只有水 ， 不产生碳排放 。
可以用绿氢取代一部分灰氢、蓝氢 ， 甚至煤油气的使用 ， 对钢铁、住宅、水泥、工业、汽车、商业、石油化工、轻卡和公交车、航运铁路等行业降低碳排放量有重要意义 。
表三：我们能用1kg绿氢做什么？（仅参考）
|写在最后
电力需求具有明显的季节性特点 ， 在寒冷的冬天或者炎热的夏天 ， 电网势必将承受比春秋季节更大的压力 。
如果将氢和电结合在一起 ， 可以平息可再生能源发电的间歇性波动 ， 同时也可以作为能源的季节性储备 ， 形成一个强大的耦合能源网络 。
同时 ， 氢的应用场景非常广泛 ， 它可以灵活交易 ， 有观点认为氢将是未来能源界的“新石油” 。
在此 ， 引用1874年的小说《神秘岛》里儒勒·凡尔纳关于氢能的设想：“总有一天 ， 水可以被电解为氢和氧 ， 并用作燃料 ， 而构成水的氢和氧……将会成为供暖和照明的无限能源 。 ”
氢能 ， 驱动未来 。
【1分钟，提升对绿氢的认识】作者：仲新源
推荐阅读
- 地球最毒蛇之一，亚洲一哥银环蛇，如何与其它“黑白蛇”区分？
- 翟志刚：从太空回来，要学习走路！航天员返回地面为啥无法走路？
- 人类文明和宇宙的“恩恩怨怨”？
- 欢迎来中国空间站做客！神舟十四号航天员向全球青少年发出邀请
- 继长征九号之后，新921也改构型了，一个学星舰另一个学重型猎鹰？
- 太空经济的核心组成——卫星产业分类：通信、导航、遥感
- 今年北半球出现罕见高温，为何科学家说，这是未来最凉爽的夏天？
- 意义重大，我国亚轨道运输新技术立项，未来一小时可到达全球各地
- 银环蛇近亲，吞食眼镜王蛇！中国十大毒蛇之一——金环蛇