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氢能科普 | 绿氢到底可以用在何处?

发布时间:2023-03-09字体大小:

       研究者们认为氢能一旦制成,就像石油或天然气一样,起着能源载体的作用,可以通过管道输送或运输到需要的地方。氢每单位质量的能量存储量是传统汽油的三倍。当它在空气中“燃烧”时可以释放出存储的能量,并且它可以与氧气结合再次产生水。从这个意义上讲,氢能才是最终的绿色燃料。

       但是,氢作为燃料,它的安全问题导致其在实际应用中一直受限。近几十年来,创建“氢能经济”的想法一直集中在开发液态氢作为主要用于汽车的替代绿色燃料。同时,风能和太阳能发电场的电力成本迅速下降,使得使用清洁电力大规模地生产氢气成为可能。

应用在交通运输方面

       在氢能的用途中,把氢能应用在运输中是一个最有亮点的方向。近些年来,随着油价的上涨,电池驱动的电动汽车已成为一种可行的技术。但是对于较大的车辆,所需的电池又大又重,因此需要寻找新的可用能源,这会为氢能的应用打开一个突破口。

       阿尔斯通公司建造的两辆氢燃料电池列车分别于2018年在德国和2020年在奥地利投入商业服务。英国也一直在其铁路网络上使用这种方法。

       氢的高能量也引起了飞机制造商的关注。在英国,2020年看到了六座氢乘用飞机的飞行,而欧洲航空航天公司空中客车公司则推出了三架概念氢飞机。他们认为氢动力飞机的维护成本要比电池飞机低,因为电池的使用寿命有限。

       虽然大多数分析家认为电池电动汽车是乘用车的未来,但一些汽车制造商认为,相比于电池电动车,氢燃料汽车在某些方面也有不可替代的优点。首先,氢燃料汽车的加油速度更快,同时他们觉得氢燃料汽车的无排放是一个很重要的优点。比并且他们认为氢卡车也可能比电动卡车更可行,因为氢卡车不像电动卡车那样需要很大的电池。

应用于无碳家庭供暖

       氢的用途很多,除了前面提到的用途以外,氢能也可以应用到对家庭进行供暖方面。与传统的供暖方式相比,氢供暖可以避免碳的使用。但对此人们的意见褒贬不一。

       一些支持者称,包括英国在内的国家可以重新利用现有的天然气管网来输送氢气,并将天然气锅炉换成能够燃烧氢气的锅炉。但是持怀疑态度的人说,将热泵中的可再生电力直接用于房屋供暖,而不是先将其转化为氢而损失能源,效率会更高。

       英国的国家电网ESO表示,如果要实现净零排放,必须部署像氢一样的经营电网的公司的系统,并希望氢能通过提供像风能和太阳能一样,输出时只需要很低的电力或像当今天然气一样灵活,能在寒冷天气中来提供供暖。

应用于炼钢行业

       氢能也可以被应用在钢铁等重工业方面。就在2020年,国内首座氢能炼钢厂正式签约,并将于2021年投产,这意味着在全球已经初见端倪的氢能炼钢,终于要在全球最大的钢铁生产和消费国落地生根了!

       钢铁是世界上最大的碳排放源之一,炼钢过程中会产生很多的二氧化碳。氢能炼钢则利用氢气替代一氧化碳做还原剂,其还原产物为水,没有二氧化碳排放,因此炼铁过程100%绿色无污染。在全球应对气候变化形势下,主要国家或经济体制定了碳减排目标,钢铁企业纷纷进行减碳技术研究,以应对已经到来的碳减排挑战。欧洲和日本钢铁行业正积极开发氢还原炼铁工艺技术并建设示范工厂,这些技术有助于实现钢铁工业二氧化碳零排放。

应用于化工生产

       目前,全球的氢气每年产能约为7000万吨,主要用于制造氨肥和甲醇等化学物质,以及在炼油过程中去除杂质。化工行业当中,大部分氢气用于加氢处理、加氢裂化和脱硫。由于优质低硫燃料的需求激增,以及轻质低硫燃油的减少,氢的需求量在不断增长。过去氢气本身是化工的副产品之一,然而现在需量增加,导致供需失衡,石化工业目前也在采取天然气为原料进行氢气的制备。然而,其中约有96%本身直接由化石燃料制成,主要是天然气,其次是煤炭和石油。但未来氢能的发展方向是朝着可再生能源电解水制氢的“绿氢”方向发展。

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