氢储存:氢能发展的关键难题

氢能发展的难点痛点之一,便是确定其存储之地及存储方式。氢气是宇宙中最轻盈的元素,若制氢后未能妥善保存便会悄然飘走,氢存储由此成为以氢替代化石燃料的关键课题。

储存氢气绝非仅仅是捕获它这么简单:以气态储存需占据大量空间;压缩储存要求容器具备额外耐用性以承受不断增加的压力;以液氢形式储存则需要更大的压力与超低温度。无论采用何种方法,设计都必须极具战略性以防止泄漏——氢气以善于逃逸而声名在外。

KAUST的湖泊储氢构想

阿卜杜拉国王科技大学(KAUST,位于沙特阿拉伯西海岸吉达,号称世界上科研经费最多的大学,专攻理工领域、仅招硕博研究生)的研究人员一直探索储存氢气的新途径,包括在水库或湖泊中运用管道和砾石储氢。研究人员表示,这在未来十年内或许会成为欧洲、中国、日本或美国的一个充满希望的机会。

图2

研究人员近期宣称:"实施这种储氢系统所需的技术是现成可用的,既简单又廉价。"该方式需采用高密度管道:他们提议用高密度聚乙烯(HDPE)制作管道,并以沙子、砾石或尾矿填充固定,使管道能在水库或湖泊下输送或储存氢气,尤其适合没有盐穴等大型自然储氢选择的地方。

图3

储氢原理:内外压力相等,无需碳纤维加固

研究人员之一朱利安·亨特表示:"在湖泊和水库中储存氢气,使用的管道和砾石之所以成本低廉,是因为在固定深度下,罐内的压力始终与罐外的压力相等。"这一点十分理想,因为管道无需用成本高昂的碳纤维加固。深度每增加10.2米,罐内压力便会增加1 bar。

填充材料的经济性排序:采矿尾矿最经济(还能解决矿山废料安置问题),砾石通常价格昂贵,沙子是相对更便宜的选择。

图4

应用前提与挑战

亨特表示,水库和湖泊的底部必须平坦,系统才能正常运行——平坦的底部可防止沉积物流动损坏被沉积物覆盖的储罐。深度至关重要,但并非唯一关键因素。

不过,这种储氢方式目前仍停留在实验室构想的概念阶段,投入实际应用前仍面临诸多挑战。亨特指出最大的问题是:"如果管道出现泄漏,可能无法对储罐进行修复。"