储运成本偏高已经成为制约氢能产业发展的瓶颈和挑战。在多种氢储运技术中,液体有机氢载体(LOHC)储氢被认为是最具发展潜力的方向之一,有望在氢能社会中发挥重要的作用。对几种LOHC体系进行了比较,认为甲基环己烷体系、N-乙基咔唑和二苄基甲苯体系目前相对成熟,正在走向商业化。对包括氢气跨洋运输与国际氢供应链、大宗氢气储运、可再生能源储能、基于LOHC储氢的站内制氢加氢站等未来能源体系中几种新型应用场景进行了分析,梳理了目前LOHC储氢研究面临的难题和研究方向,并提出了研究建议。
氢电互补是未来能源转型的重要方向,是新型智慧能源体系的核心。氢能是一种零碳的二次能源,其能源属性更类似于电,但相比电力更易实现储存,具有来源广泛,质量能量密度大(120MJ/kg),转化利用过程高效,产物仅有水等优点,是实现人类社会低碳化、清洁化转型,控制温室气体排放的有效抓手,被视为本世纪最具发展潜力的能源。氢气的利用方式主要是燃烧和通过燃料电池电化学转化,其中通过燃料电池的转化由于不受限于卡诺循环效率最高,且非常适合于热电联产。近年来燃料电池技术取得了突破性的快速发展,成本大幅降低,掀起了全球氢能发展热潮。国际氢能委员会(Hydrogen Council)预测,2050年氢能将占终端能源消费的18%,减排6Gt二氧化碳。
但氢能产业的发展还存在一些瓶颈和难题,主要体现在氢气的终端销售成本依然很高,相比传统化石能源的市场竞争力不足。目前我国已运行的加氢站氢气售价普遍在60~80元/kg,相比汽油、柴油和纯电动没有竞争优势,短时间依靠补贴的模式不能解决产业发展的根本问题。预计只有当加氢站的氢气售价低于40元/kg时才能真正使氢能走向“市场驱动”。
氢气密度极低(0.0899kg/m³),具有极大的质量能量密度(33kW·h/kg)的同时,也具有极小的体积能量密度(0.003kW·h/L)。目前应用最广泛、最成熟的氢气储运方式是压缩氢气(CH2)。压缩氢气的运输常用管束车,操作压力多为20MPa,满载氢气的质量仅约200~300kg,且由于回空压力限制整体利用率仅约75%~85%,造成氢气的运输成本高昂。燃料电池汽车用氢普遍使用35MPa、70MPa甚至更高的储存压力,但即使70MPa的高压氢气情况下的体积能量密度仍也仅约为1.3kW·h/L,依然大幅低于汽油的体积能量密度(10kW·h/L),且增压过程会消耗氢气总能量的13%~18%。初步估计,储运成本约占加氢站终端销售成本的20%~40%,储氢能力提高24%约能降低20%的储氢费用[1]。因此,氢气的储运问题是制约氢能产业发展的瓶颈和挑战。