氢的单位质量能量很高,是极好的燃料,但长期储存一直昂贵且困难。瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)研究人员找到一种方法:使用铁将氢气储存在普通钢壁容器中数月而不逃逸到大气。
研究人员塞缪尔·海尼格(左,手持一罐铁矿石)和温德林·斯塔克教授(右)站在三个装有氢气的不锈钢反应器前。
从过去寻找解决方案:1784年的蒸汽熨斗制氢工艺
苏黎世联邦理工学院功能材料教授温德林·斯塔克(Wendelin Stark)领导的研究小组翻阅历史实验记录,从1784年首次发明的蒸汽熨斗制氢工艺中找到灵感。这种存储方案特别适合瑞士这类夏季太阳能充足、冬季匮乏的国家:夏季用富余太阳能分解水制氢,氢气在400℃下流入充满铁矿石的不锈钢反应器,从氧化铁中提取氧,留下铁和水,可在不消耗大量能量的情况下储存。

简单的储铁技术:工作原理与优点
需要用氢时,将蒸汽送入反应器即可回收储存的氢气,再转化为电能或热量。该方法优点包括:反应器使用的铁矿石价格便宜、储量丰富且无需加工;反应器本身仅由不锈钢制成;充电过程在环境压力下进行,无需使用通常储氢所需的高压罐(35~70兆帕)。
测试这个有数百年历史的想法
研究团队在理工学院Hönggerberg校区用三个不锈钢反应器测试技术:每个容量1.4立方米,可装2~3吨铁矿石。该试验工厂可长期储存约10兆瓦时氢气,产生4~6兆瓦时电能,足以在冬天维持三到五个瑞士家庭的用水。

(Hönggerberg校区装有铁矿石的不锈钢反应器)
该试点项目计划到2026年扩大规模,团队希望从夏季开始利用太阳能满足校园冬季五分之一的电力需求。根据团队发表的研究论文,目前该系统为单个家庭使用比电网供电更贵;扩展到100户家庭后,能源成本几乎与电网一致,且随规模扩大只会更便宜。
为瑞士及其他地区提供动力
研究人员指出,扩大存储容量只需增加更多反应器,加工材料在需要更换前可履行数年氢-电循环职责。为在冬季为整个瑞士供电,团队估算每年需要约15~20 TWh绿色氢气、约1000万立方米铁矿石(约占澳大利亚铁矿产量的2%),以及约1万个各能存储1GWh的氢能存储系统。
目前难以从小型试点项目得出明确的平均存储成本。尽管瑞士计划到2050年用太阳能满足40%以上电力需求,但尚不确定其是否会在全国范围投资此类氢能存储。与大多数科研人员向前看不同,这项回看数百年的老工艺,似乎也有望满足未来的季节性能源需求。
