氫元素在元素周期表中位于第一位，是最輕的元素，也是宇宙中含量最多的元素。從1766年化學(xué)家卡文迪許發(fā)現(xiàn)氫元素，到1874年科幻小說家凡爾納在《神秘島》中幻想“總有一天，水可以被電解為氫和氧，并用作燃料”，再到1970年約翰·鮑克里斯教授提出“氫能經(jīng)濟(jì)”概念，直至如今世界各國紛紛完善氫能發(fā)展戰(zhàn)略，氫能終于從科學(xué)幻想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的產(chǎn)業(yè)浪潮。
中國工程院院士涂善東說，氫能是我國發(fā)展高比例可再生能源電力、實(shí)現(xiàn)流程工業(yè)零碳再造的關(guān)鍵。但是，氫氣具有易泄漏、極寬的燃燒范圍、極低的點(diǎn)火能量、易燃易爆、氫脆（又稱氫致開裂或氫損傷，是一種由于金屬中氫引起的材料力學(xué)性能下降、塑性下降、開裂或損傷的現(xiàn)象）等危險(xiǎn)屬性。如日本福島核事故其實(shí)就是機(jī)組燃料廠房氫氣爆炸導(dǎo)致的。
氫氣儲存貫穿氫能全產(chǎn)業(yè)鏈，從能量利用角度考量，高壓儲氫是當(dāng)前最佳選擇，但高壓是氫能全產(chǎn)業(yè)鏈最突出的風(fēng)險(xiǎn)要素，會增加氫氣泄漏發(fā)生火災(zāi)乃至爆炸事故的風(fēng)險(xiǎn)。
常見儲氫方式包括金屬氫化物、化學(xué)氫化物、吸附儲氫、液化儲氫、壓縮儲氫等。這其中，高氫碳比化合物甲醇儲氫最具優(yōu)勢。
相比氣態(tài)氫，甲醇在常溫下為液態(tài)，穩(wěn)定、安全。從能量密度看，氫氣在35兆帕壓力下為4.41兆焦/升，而作為氫含量最高的液體燃料，甲醇能量密度達(dá)到22.7兆焦/升。
運(yùn)輸方面，氫氣需要特定的長管拖車，對運(yùn)輸存儲裝置材料要求高，而甲醇作為液體可管道運(yùn)輸，利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施即可，儲運(yùn)安全便捷。價(jià)格方面，甲醇成本也較低。1千瓦時電的當(dāng)量體積，氣態(tài)氫為333升，液氫（零下253攝氏度）也要400毫升，而甲醇在常溫下只要200毫升。
目前，我國生產(chǎn)甲醇及用甲醇制化學(xué)品的體系相對成熟。甲醇可由煤、天然氣、焦?fàn)t氣等原料制成，也可由綠電、核電、生物質(zhì)氣化制氫合成。同時，甲醇用途很廣，可制二甲醚、甲醇汽油、甲醛、汽油添加劑、醋酸、DMF（N,N-二甲基甲酰胺）、精細(xì)化工品、輕烴等。
因此，涂善東提出，可以建立基于甲醇的綠氫碳中和能源系統(tǒng)。如以甘肅蘭州為甲醇制備中心，輻射周邊500/1000/1500公里范圍的城市，通過鐵路運(yùn)輸儲氫和儲碳介質(zhì)，在目標(biāo)城市通過甲醇重整制氫為終端提供氫氣，實(shí)現(xiàn)“西氫東送，東碳西運(yùn)”。
近日，中國石化自主研發(fā)的分布式甲醇制氫技術(shù)，就在中石化燃料油公司大連盛港綜合加能站落地，站內(nèi)每日制得1000公斤99.999%高純度氫氣，將有力推動在全國范圍構(gòu)建安全、穩(wěn)定、高效的氫能供應(yīng)網(wǎng)。
相比甲醇，氨是另外一條氫液化儲運(yùn)技術(shù)路線。
氨含氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.6%，常溫下1兆帕壓力即可液化，易于儲存和運(yùn)輸，其運(yùn)輸成本為0.1元/（千克·100公里），氫氣則達(dá)到10元/（千克·100公里）。氨能量密度大，1升液氨所含能量等同于35兆帕下4.5升氫氣。氨不易燃，具有的刺激性氣味就是可靠報(bào)警信號，安全性高。氨的終端無碳排放，只生成氮?dú)夂退?/span>
因此，氨也可以破解儲運(yùn)氫技術(shù)瓶頸和儲氫技術(shù)“卡脖子”問題?？稍偕茉措娏﹄娊庵茪洹铣砂薄眱洹脷洌蓸?gòu)成以氨為儲能載體的“零碳”循環(huán)路線。
相比較，氨-氫路線的儲氫效率、制氫效率、總效率均略高于甲醇-氫碳路線。同時，氨現(xiàn)場制氫-加氫成套技術(shù)，可解決加氫站長距離長周期儲氫用氫難題，加氫站成本降低35%。分布式“氨-氫”燃料電池發(fā)電技術(shù)，可解決分布式高效長周期儲能、發(fā)電難題，度電成本節(jié)約超過45%，每千瓦裝機(jī)容量年減少碳排放近兩噸。無碳超低氮氧化物“氨-氫”熱機(jī)發(fā)電技術(shù)，可充分利用燃?xì)廨啓C(jī)/內(nèi)燃機(jī)余熱，解決大規(guī)模分布式用電難題，滿足100兆瓦以上級別發(fā)電需求。
無論甲醇還是氨，將氫從氣體能源變成液體能源，既可保障能源安全，又為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供了有效選擇。
來源：中國石化報(bào)
