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在氫能制取、氫能儲運、氫能應用三大環節中,儲運環節是高效利用氫能的關鍵,也是影響氫能向大規模方向發展的重要環節。目前主要的氫儲運方式分為氣態儲氫、液態儲氫和材料儲氫。”與氣態儲氫和液態儲氫相比,固態儲氫既可以大幅提高體積儲氫密度,又可以提高儲運氫的安全性,可解決人們最關心的氫能高密度儲存和安全應用這兩個問題。常用的儲氫材料分為:金屬氫化物、配位氫化物、液態有機物、多孔材料等。金屬鎂在儲氫研究領域具有成本低、質量輕、無污染等優點,被認為是最有發展潛力的固態儲氫材料之一。
固態儲氫具有儲氫密度高、成本低、安全穩定和使用周期長等特點,而金屬鎂在儲氫研究領域具有成本低、質量輕、無污染等優點,被認為是最有發展潛力的固態儲氫材料之一。
鎂儲氫的優勢:重量可以占到7.6%,可以比液氫更高,體積密度每一升可以有110克的氫,儲氫的壓力是常壓,循環特性現在已經做到接近3400,到了2400循環,就是充放氫基本上不篩減,特別有用的特性叫雜質氣體,如果這個氫,因為工業用的氫經常有雜質氣體,它只接受氫,其他氧化碳其他氣體不要,放出來的氫就是5個9的氫,叫凈化儲氫,所以雜質氣體基本沒有,可以直接用于燃料電池。
鎂作為功能材料是固態儲氫材料的極佳選擇,鎂基固態儲氫材料不僅儲氫量高、而且安全。鎂儲氫密度可達7.6 wt.%,超過美國能源部提出的車載氫源系統終極目標,且實驗結果顯示,2500次循環無明顯衰減。鎂基固態儲氫材料水解產氫量更高,可達到15.2wt.%,相當于液態儲氫的3倍。同時,鎂基固態儲氫材料還有明顯的成本優勢,單位氫氣儲運成本可下降40%,降低6.48元/公斤。
用鎂合金來儲存氫的技術可以應用到交通領域,如汽車、摩托車等。普通汽車的油箱儲油量相當于5公斤-6公斤的氫產生的能量,需要80公斤-90公斤的鎂合金容器,這與普通油箱的重量差不多,但體積較小。用氫作為動力并不是通過燃燒氫來獲得,而是把氫直接轉化為電能,進而為汽車提供動力。汽油燃料的效率在20%-30%,而氫通過能源電池直接轉換為電能,效率可達70%-80%。
此外,由于鎂材料的特性,還可以實現工業副產氫凈化儲運一體化,具有直接充裝、純化氫氣,存儲運輸、更低成本等優點,可以實現大容量固態儲氫,單車可裝載20個儲氫罐、1.2噸氫氣,實現常溫常壓運輸,從而實現更純的氫氣,更遠的距離,更低的價格以及更高的安全。
在當前氫燃料電池汽車產業中,加氫站所使用氫氣來源主要是傳統高壓氣氫,車主付出的加氫費用,至少1/3消耗在運輸環節。隨著市場規模擴張,終端需求量上升,行業一直在尋找更有效率的下一代氫氣儲運路徑,液氫和固態儲氫是希望之星。
加氫站是氫燃料電池汽車發展的必要前提條件之一。我國建成加氫站數量遠低于歐洲和美、日等國家。這很大程度是由于當前國內加氫站單站建設存在成本高、投資回報期長等問題。用鎂基固態儲氫的儲運車,兩輛可裝載氫氣2.4噸,可直接變成加氫站,為3000輛重卡加氫。這種新型的加氫站具有占地面積小、加氫車輛多,氫氣成本低,加氫能力大大增強,發展前景看好。
氫儲科技曾對高壓氣氫、液氫、鎂基固態儲氫的運營的經濟性做過測算,從原料氣開始,到最后的加氫站,將過程中每個環節的設備折舊和能耗進行比對,并計算出三種儲運氫方式在100、300、500公里三個運輸半徑的經濟性情況。測算結果如下:
2021年10月10日,中共中央、國務院印發的《國家標準化發展綱要》。對鎂基氫化物固態儲運氫系統技術在產業化落地的過程中更好地發揮“引導、規范、監督”的作用,推動形成具有中國影響力的固態儲氫標準。
新時期,正能集團致力于新能源和制氫加氫一體化項目以及鎂基新材料產業鏈的延伸拓展。
2022年6月,正能集團的原生工業鎂錠的生產與銷售通過國際質量管理體系ISO9001:2015認證,其所涉及的相關環境管理活動通過國際環境管理體系ISO14001:2015的認證,獲得《質量管理體系認證證書》、《環境管理體系認證證書》,標志著正能集團原生工業鎂錠的生產與銷售向著規范化、標準化、科學化、環保化的管理模式邁出重大步伐。
正能集團目前已獲批5.5萬噸的金屬鎂、2.4萬噸鎂合金壓鑄件項目,分公司陸寶鎂業獲批3萬噸金屬鎂,以上項目均手續完備。現正能集團廠區已建成1.5萬噸金屬鎂項目,陸寶鎂業也建成1.5萬噸金屬鎂項目。完全徹底建成8.5萬噸金屬鎂+2.4萬噸鎂合金項目,是正能集團既定戰略目標和項目合作的核心需求,也是打造全國性鎂基儲氫材料示范項目的堅實保障。
2022年5月7日,正能集團與圣圓能源集團、上海氫楓能源、濱華氫能源共同簽署了《鎂基固態儲氫戰略合作協議》,確立了合作四方企業今后圍繞“雙碳目標”,發揮各自在資本、技術、生產、應用場景建設等領域的優勢,著重在制氫、固態鎂基儲氫運氫、氫能源應用場景、加氫站建設、氫能源應用閉環上加強全方位戰略合作,形成合力,在當下國內綠色氫能產業方興未艾之際,搶占行業制高點,包括產能制高點,技術制高點,共同發展構建內蒙古地區制氫、固態鎂基儲氫運氫、加氫站建設、氫能車輛運營等氫能產業鏈商業模式以及氫能上下游產業鏈的投資布局,打造國家級鎂基儲氫材料示范性項目。
8月19日,上海氫楓能源攜上海交通大學氫能研究中心相關領導和技術專家前來正能集團,就鎂基固態儲氫項目合作落地具體事宜進行深入的溝通洽談,為項目的全方位落地開啟加速度。
(文中部分圖片來源:上海交通大學氫科學中心、氫楓能源,
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