氢:还未来的燃料吗?

不知为什么,我们需要减少60%的能源相关的二氧化碳排放量在未来30年,将全球变暖限制在2°C。解决所面临的挑战更为紧迫的全球人口变得越来越富裕。加入所做的损害相关的空气污染,这是不足为奇的焦点是回到一个丰富的元素,不会产生任何碳排放燃烧时,和化石燃料能量密度的两倍:氢。氢的吸引力在于它可以作为原料和能量载体。

在全世界范围内,研究人员正在试图提高生产的效率和成本,储存、运输和使用氢等众多应用程序的热量和运输。发展是频频:来自先进的制氢新催化材料,可以替代铂的聚合物电解质膜燃料电池将削减成本。演示项目正在进行中,可以提供数据和技术说明以及氢如何取代化石燃料。但在某些时候政治家们将不得不作出决定鼓励基础设施建设。需要的是重塑我们的整个能源系统,Jon Clipsham说氢开发经理在欧洲海洋能源中心在奥克尼群岛,英国。

日本已经做出承诺,在2011年海啸和福岛核灾难。它打算使用2020年东京奥运会展示技术与成千上万的氢燃料电池汽车,一个加油站网络和氢动力运动员村。日本的汽车制造商出售氢燃料电池汽车和丰田是建一家工厂,生产燃料电池堆栈。日本房屋被配备燃料电池技术提供电力和植物正在建设使氢使用可再生能源。与澳大利亚这个国家也将进口氢,看似领跑者,利用其丰富的煤炭供应,使氢和捕获产生的二氧化碳排放。

做最轻的元素

今天氢的大部分是由甲烷蒸汽重整,但这必须结合碳捕获和存储-或更好的利用,如果是免费排放。然而,二氧化碳排放量仍估计为25 - 35%低于柴油。这不是最后的照片,但是一个好的中介,“Pierre-Etienne法郎、先进的业务和技术在液化空气集团副总裁必威体育 红利账户全球合作,去年推出后的氢。

氢也是由电解水,提供所需的纯氢燃料电池,但是它的低效率和更昂贵的比蒸汽转化。可持续的天然气研究所估计通过电解制氢的成本每千瓦时4-9p,相比2-5p每千瓦时蒸汽甲烷改革天然气和碳捕获和存储。

差距的扩大将降低,提供了一种利用可再生能源过剩,否则会被浪费。存储氢气可以缓冲间歇每日和季节性发电。例如,去年英国风电场业主报告了£100 m时关掉涡轮机比网格可以应对更多的能量。的氢委员会设想,到2030年,剩余230 - 250太瓦时太阳能和风能可以转化为氢。这表明氢可以提供几乎五分之一的总能量消耗,到2050年,并削减二氧化碳排放量约六十亿吨。此外,它将解决空气污染,是很多工业化国家的弊病。

其他技术正在探索。的哈集团,分离出来的西澳大利亚大学开发了一个铁矿石催化剂将天然气转化为氢气。过程的一个主要优势是,碳捕获为合成石墨用于锂离子电池。去年,该公司生产的第一个氢和石墨pre-pilot植物,和正在运行流程不断优化条件。

利用太阳的能量来分解水是另一个重要的研究课题,和亨特一直在第一次证明了合适的电极材料,因为它在40年前的日本科学家。在英国埃克塞特大学的科学家认为他们可能已经开发出:photo-electrode,由镧纳米颗粒、铁和氧气,释放氢的水。¹在其他地方,欧盟资助项目开发了太阳能热化学制氢反应器在西班牙南部水溶胶的工厂。它现在可以产生750千瓦的电力(足够的功率约200户),并产生了氢公斤数量。研究人员预测技术将是可行的在十年左右规模。

系统思考

可再生能源可以产生足够的绿色氢来满足我们的需求,并且可能氢促进致力于可再生能源?Clipsham认为:“奥克尼充斥着氢。现有集群的潮汐、风和波浪发电的容量超过5兆瓦的电力,但潜在的5兆瓦。这比在约克郡Drax电站的输出。但奥克尼不能添加任何更多的英国电网的能力而不昂贵的新水下电缆。

Emec是12个伙伴之一来自欧洲各国的合作在奥克尼的热门项目。这是为了证明otherwise-curtailed可再生能源可以被用来制造氢,可以存储和使用一系列的热量和电力应用程序:提供燃料的氢广域光车队,加热建筑物和提供辅助动力和热渡轮港口停靠在柯可沃尔。

丹麦技术大学的研究人员在鲁开德将分析成本和环境影响。伊娃Ravn尼尔森解释说,他们将会计算出精确的成本每千瓦时的电力生产的每个服务,以及环境影响从摇篮到坟墓准确比较奥克尼与今天可用的集成系统。

“我们有一个巨大的自然资源与波浪和潮汐能,15年的经验与金属在水中,“Clipsham说。的进步(它)的需求市场的一条捷径。”,投资者必须被说服。因此,一个€11 m(£9.6)项目可靠的潮汐能源融入欧洲电网,使用氢存储和提供产能过剩。

世界能源理事会设想氢转换可能发生在退休在北海石油和天然气平台和现有管道基础设施用于将气体上岸。使用风能的分析表明,包括海上和陆上的电解可以提供一个容量为10兆瓦,到2030年,超过50千瓦到2050年,投资的€27到€370亿-其中大部分将电解槽。

鸡和鸡蛋

燃料电池开发商说最大的斗争是让产量足够创造规模经济,降低成本。但这要求的需求,这就需要基础设施建设。

在5月,英国政府发起了£20米基金旨在压低成本,使得氢,或者至少改善排放节约的潜力。另外,领导的一个团队设计和工程集团Arup将定义一个氢质量标准,和国内氢和商业开发和测试设备作为£25 m计划的一部分。为设备制造商有现实的挑战,氢是无色、无臭,燃烧时发出的紫外线。

ITM权力,总部位于英国的谢菲尔德,升级现有五个氢气站,将添加另一个4£4.3 m的运输。政府还希望看到氢列车运行在网络上,作为承诺的一部分,删除2040年柴油机车。作为第一步,法国列车制造商阿尔斯通——尝试氢列车在德国——是添加氢燃料坦克和一些现有的电动火车。氢燃料电池巴士被部署在欧洲,和苏格兰是一个早期采用者。项目希望推动商业化的公共汽车是经济可行的没有补贴,因此鼓励政府监管对于零排放公共交通。

使用氢

行业已经使用大约每年5500万吨氢作为原料,和氢本身就是作为工业过程的副产品。英国化学公司英力士使用氢是氯碱生产的副产品提供一些天然气锅炉的燃料,和供应氢燃料电池制造商。当化工集团沙特基础工业公司重组后的乙烯工厂提使用廉价的乙烷原料来自美国,它还改变了氢炉的燃烧器使用乙烷裂解的副产品。

氢从工业过程将使捕获二氧化碳回收到的化学物质,例如甲醇。的乔治Olah植物在冰岛回收超过每年5000吨的二氧化碳。1994年诺贝尔化学奖得主的名字命名它使用电解产生氢气,这是转换与二氧化碳催化反应生产五百万升的甲醇。碳捕获dioxde从邻近的地热发电厂的烟气。

欧洲主要项目Carbon2Chem反思波动问题的可再生能源利用炼钢等大型工业设施能源缓冲区。想法是,化学品将当廉价的盈余可再生能源制氢。挑战在于设计催化剂和流程,能够应付波动,而不是今天的连续生产。的项目,蒂森克虏伯钢铁工厂在德国,有望达到规模大约10年了。Emec的Clipsham表明氢也可能使化学合成比目前分布在较小的网站。

然后清洁绿色

去除碳氢化合物从英国的供热网络——占超过30%的排放——被证明是一个难对付的家伙。然而,现有的基础设施可以用来使用氢-心喜的是,现有的铁管网络正在取代聚乙烯,可以携带氢。有一个先例:在天然气被发现之前,热是由燃烧气体,由氢50%左右。

作为开始,在英国基尔大学希望与天然气和混合20%氢混合物注入明年春天的校园网络。健康&安全执行官正在审查基尔的提议。伊恩•Madley基尔合作开发主管说,研究人员在过去15个月努力建立没有额外添加氢的风险。有很多的化学,确保所有的材料是由氢[…不利影响。)和氢行为如果有泄漏,”他解释说。我们正在试图做的是回答这个问题:你能气体注入氢气网络在足够高的水平改变,巨大的变量每日和季节性变化对天然气的需求吗?将由电解产生的氢。后期的研究设想增加风能混合,是否可以满足需求波动可再生。

的想法是,一个更广泛的推出一个氢混合物将有助于降低碳排放相对较快,而其他技术正在开发中。在英国,研究小组说,这将减少二氧化碳排放量600万吨,相当于270万辆汽车的。

有很多化学做的,以确保所有的材料是由氢造成不利影响

我们可以更进一步20%吗?H21项目范围的改造整个英国利兹城市天然气网络使用氢。它提出,氢是由四个蒸汽甲烷改革者位于提,和由此产生的二氧化碳压缩并存储在枯竭的油气田。氢,以满足日常和inter-seasonal需求可以存储在现有盐洞穴。在澳大利亚和爱尔兰等价的研究正在进行中。

丹·萨德勒H21项目经理,对最近的一次会议上说,他认为气候变化会议的任务目标下周五的重建你的房子”。H21的逻辑是“去清洁,可用的时间表,然后得到长期绿色”。

存储解决方案

的问题如何存储氢和有效地移动它是紧迫的。氢的低密度意味着它必须储存在压力,因此冷却。

氢燃料电池汽车使用增强碳纤维坦克和塑料衬管,它提供氢燃料电池所需的纯度。“到目前为止没有人想出了一个更好的解决方案,”根据大卫的书,能源材料教授在英国伯明翰大学的。的金属氢化物、镁合金纳米微观结构——总有某种致命缺陷。”,可能与温度或获得氢。重量的考虑,比如在静止的应用程序或驱动船只,氢可以存储在较低压力大的坦克。

可能会有更有效的方法来移动氢,并存储它,散装。一种选择是将其转化为氨,大量的工业产品运往世界各地。今天使用的燃料氢密度最高。可再生能源没有直接让氢,氨可以提供一个可行的解决方案。

没有多少事情无碳给你能量,相对紧凑的足迹

西门子和大学合作伙伴刚刚推出了一个氨存储演示在牛津郡,英国将运行整个周期从可再生能源生产氢;氨和破解它们转化为氢和氮。现在他们打算找出如果Haber-Bosch方法可以应付风能的间歇性。当前工业合成氨的占全球二氧化碳排放的2%,所以生产通过氢从可再生能源将产生很大的影响。

根据伊恩·威尔金森在西门子项目经理,90%的能量用于制造氨制氢。破解它回来还需要巨大的能量,但这是一个相对较小的部分,他说,尤其是使用催化来降低温度。20000吨罐将约50(小规模发电的假设燃气轮机效率为50%——作为对比,特斯拉的Gigafactory在美国内华达州将产能约35岁妇女。无碳的不是很多事情给你能量,相对紧凑的足迹,”威尔金森说道。

在氨可以燃烧发电厂——没有碳dioxde排放——它和氢产生氮氧化物(NO_x)在燃烧时排放(氨显然更是如此)。减排是一个活跃的研究领域,具有讽刺意味的是氨本身不能清理_x排放在合适的条件下。

另一个前景看好的技术涉及可逆的芳香族化合物的加氢。千代田一家能源公司总部设在日本东京,是使用甲苯:加氢生成甲基环己烷(妇幼保健),可在环境温度和压力存储为液体。在需要时,氢可以通过一个脱氢的过程,解放和甲苯回收。千代田预计,日本现有的石油基础设施分布可以用来处理妇幼保健。Hydrogenious大学的,一个德国公司剥离出来Erlangen-Nuremburg,适用于二苄基甲苯。它说57公斤的氢可以存储在一个立方米的液体载体——足以填满12车。

氢可能被证明是一个不可或缺的工具,使可再生能源电力地球吗?没有短缺的潜在应用。但还是有一些紧迫感。

安吉丽梅塔是一个基于科学作家在爱丁堡,英国