Pilas de combustible para almacenamiento y transporte de hidrógeno
El almacenamiento y transporte de hidrógeno es un eslabón clave en el desarrollo de la industria energética del hidrógeno.
Durante mucho tiempo, el almacenamiento y transporte de hidrógeno de alta densidad ha sido una parte importante del desarrollo de la industria de la energía del hidrógeno, y también es el cuello de botella del diseño de la energía del hidrógeno de mi país.
La energía del hidrógeno puede mejorar eficazmente la estructura energética actual de nuestro país y tiene una importancia estratégica importante en la transformación hacia un sistema energético moderno limpio, bajo en carbono, seguro y eficiente. La principal vía de implementación es aumentar significativamente la proporción de energía renovable en el consumo de energía primaria y secundaria mediante el acoplamiento del hidrógeno con diversas formas de energía. Sin embargo, los centros de recursos de energía renovable y los centros de carga de mi país están distribuidos inversamente y el país carece de tecnología de transporte y almacenamiento de alta densidad y bajo costo, lo que limita aún más el potencial de la producción de hidrógeno de energía renovable de mi país. Además, el almacenamiento y transporte de hidrógeno dependen en gran medida del progreso tecnológico y la construcción de infraestructuras, lo que supone una dificultad para el desarrollo industrial. La tecnología de almacenamiento y transporte de hidrógeno proporciona un apoyo importante a la importancia estratégica de la energía del hidrógeno.
Los métodos de almacenamiento de hidrógeno incluyen principalmente el almacenamiento de hidrógeno gaseoso a alta presión, el almacenamiento de hidrógeno líquido a baja temperatura, el almacenamiento de hidrógeno en hidruro orgánico y el almacenamiento de hidrógeno en estado sólido. Los principales métodos de transporte de hidrógeno incluyen remolques de hidrógeno gaseoso, camiones cisterna de hidrógeno líquido y transporte de hidrógeno por tuberías.
El almacenamiento de hidrógeno gaseoso a alta presión es el principal método de almacenamiento en mi país.
Actualmente existen tres formas de almacenar energía de hidrógeno en mi país: almacenamiento de hidrógeno gaseoso a alta presión, almacenamiento de hidrógeno líquido a baja temperatura y almacenamiento de hidrógeno en estado sólido.
El almacenamiento de gas a alta presión es la forma más común de almacenar hidrógeno. El hidrógeno tiene baja densidad y normalmente requiere una alta presión de más de 1,5 MPa para almacenarse en un cilindro especial. En la actualidad, existen en el mundo cilindros de gas de material liviano con una resistencia a la presión de hasta 80 MPa. Para el almacenamiento de hidrógeno en ubicaciones fijas, se puede utilizar el almacenamiento subterráneo en condiciones geológicas y geográficas adecuadas y con una buena tecnología de sellado. Este método no requiere contenedores especiales para el almacenamiento de hidrógeno y puede reducir en gran medida los costos de almacenamiento de hidrógeno.
El almacenamiento criogénico de hidrógeno líquido significa que el hidrógeno se congela a -252,72 grados Celsius bajo presión atmosférica estándar para convertirse en líquido y luego se almacena en un recipiente aislado especial con alto vacío. Los matraces Dewar son más comunes y los más ideales, pero los matraces Dewar son caros y no se pueden utilizar ampliamente. Actualmente, el hidrógeno líquido se utiliza principalmente como combustible para cohetes.
En la actualidad, la tecnología de almacenamiento y transporte de hidrógeno gaseoso a alta presión de mi país está relativamente madura. El hidrógeno se comprime mediante un compresor en botellas de almacenamiento de hidrógeno con una presión de aproximadamente 30 MPa y luego se transporta en contenedores y remolques de tubo largo. La industria de equipos de transporte con remolques de tubo largo está relativamente madura, pero el costo y la tecnología del almacenamiento y transporte a larga distancia a gran escala aún deben mejorarse aún más, y el desarrollo general está por detrás del nivel avanzado internacional.
Las empresas nacionales que producen botellas de almacenamiento de hidrógeno a alta presión incluyen Jingcheng Co., Ltd., Sinoma Technology, CIMC Enric, etc.
Sin embargo, el almacenamiento nacional de hidrógeno líquido a baja temperatura es relativamente débil y todavía quedan muchas dificultades por superar en términos de tecnología de almacenamiento y transporte de hidrógeno líquido, plantas de hidrógeno líquido e industrialización relacionada. Una pequeña cantidad de hidrógeno líquido se utiliza principalmente en los campos aeroespacial y militar; el almacenamiento de hidrógeno con hidruro metálico y el almacenamiento de hidrógeno con hidruro orgánico se encuentran en la etapa de laboratorio.
El almacenamiento de hidrógeno gaseoso a alta presión y el almacenamiento de hidrógeno líquido en el extranjero son mejores que la situación actual en el país.
Los principales métodos de almacenamiento de hidrógeno en el extranjero son principalmente hidrógeno gaseoso a alta presión e hidrógeno líquido a baja temperatura. A diferencia de nuestro país, la presión del hidrógeno a alta presión en el extranjero ha alcanzado los 70 MPa, y el almacenamiento y transporte de hidrógeno líquido también está relativamente maduro.
Un tercio de las estaciones de servicio de hidrógeno del mundo utilizan tecnología de hidrógeno líquido, y Estados Unidos y Japón promueven principalmente la tecnología de almacenamiento y transporte de hidrógeno líquido. En Estados Unidos, la industria electrónica petroquímica representa el 33,5% del uso total de hidrógeno líquido, la industria aeroespacial representa el 18,6% y las estaciones de hidrogenación de vehículos de pila de combustible representan aproximadamente el 10%. Los proyectos de cadenas de suministro de hidrógeno en Japón y Australia también utilizan vehículos de hidrógeno líquido para transportar hidrógeno a largas distancias.
Se espera que el almacenamiento criogénico de hidrógeno líquido penetre aún más.
En comparación con el almacenamiento de hidrógeno líquido a baja temperatura, el almacenamiento de hidrógeno gaseoso a alta presión no tiene ventajas en el transporte a larga distancia. Su costo de transporte es muy sensible a la distancia, y es necesario mejorar aún más la eficiencia del almacenamiento y el transporte. . La densidad aparente del almacenamiento y transporte de hidrógeno líquido es cinco veces mayor que la del almacenamiento y transporte de gas a alta presión. Es más económico en el almacenamiento y transporte de hidrógeno a media y larga distancia, y es una dirección importante para el futuro almacenamiento y transporte de hidrógeno.
Según datos de la Agencia Internacional de Energía, cuando el costo de transporte sea de 500 kilómetros, el costo de distribución del hidrógeno líquido solo aumentará alrededor de 0,3 dólares por kilogramo, mientras que el costo de distribución del transporte de gas a alta presión aumentará más de cinco veces. , acercándose a los 2 dólares EE.UU. por kilogramo.
Técnicamente hablando, el hidrógeno líquido es más de 800 veces más denso que el hidrógeno gaseoso. En comparación con el almacenamiento y transporte de hidrógeno a alta presión, un contenedor unitario puede almacenar más hidrógeno líquido a baja temperatura, lo que mejora en gran medida la eficiencia del transporte, reduce los costos de almacenamiento y transporte y mejora en gran medida la pureza del hidrógeno durante la licuefacción, asegurando así la vida útil. y rendimiento. Con la popularidad de los automóviles, una de las direcciones para el almacenamiento y transporte de hidrógeno a gran escala es el almacenamiento y transporte de hidrógeno líquido.
Además, el hidrógeno SPERA desarrollado por la empresa japonesa Chiyoyo puede mantener el estado líquido del hidrógeno a temperaturas y presiones normales, lo que es suficiente para atraer la atención del exterior. El hidrógeno de SPERA se produce haciendo reaccionar tolueno con hidrógeno en gasolina y aceite ligero en metilciclohexano líquido utilizando el método del hidruro químico orgánico. A temperatura y presión normales, puede ser transportado en petroleros y petroleros existentes, o puede almacenarse en tanques de petróleo en puertos y fábricas durante mucho tiempo. Esto es más conveniente para métodos que requieren comprimir el volumen de hidrógeno a alta presión o almacenar hidrógeno a temperaturas ultrabajas, al tiempo que elimina la necesidad de contenedores e instalaciones especializados.
Los avances en la tecnología y los equipos de hidrógeno líquido doméstico son de gran importancia para el desarrollo.
Actualmente, la capacidad nacional de producción de hidrógeno líquido es muy baja y no puede satisfacer la creciente demanda de energía del hidrógeno. Los equipos de licuefacción de hidrógeno a nivel mundial son proporcionados principalmente por fabricantes como AP, Praxair, Linde y Alemania en los Estados Unidos. El desarrollo de la tecnología y las capacidades de los equipos nacionales de hidrógeno líquido está rezagado y su ámbito de aplicación es muy limitado, especialmente en el ámbito civil. Actualmente, China cuenta con 101 Institutos Aeroespaciales y el Instituto de Energía de Hidrógeno Guo Fu involucrados en el desarrollo y la investigación de la licuefacción de hidrógeno. Los datos muestran que la escala de licuefacción de hidrógeno más grande en China es de 2 toneladas por día. El equipo de licuefacción depende de las importaciones y la brecha tecnológica con los países extranjeros es obvia.
A juzgar por el estado actual de desarrollo y las tendencias de la tecnología y los equipos de hidrógeno líquido, hay margen para reducir el consumo de energía y el coste de la licuefacción del hidrógeno en el futuro. Los datos relevantes muestran que cuando la escala de producción de la unidad de hidrógeno líquido es inferior a 5 toneladas/día, el consumo de energía de la licuefacción del hidrógeno supera los 10 kWh/kg. Cuando la escala alcanza 50 toneladas/día y 150 toneladas/día, el consumo de energía. de licuefacción de hidrógeno se puede reducir a aproximadamente 7kWh/kg y 6kWh/kg. Cuando la escala de la unidad de licuefacción de hidrógeno aumenta de 5 toneladas a 50 toneladas por día, el costo total de licuefacción de hidrógeno se puede reducir en un 50%.
Según la lista de control comercial de EE. UU., China tiene restringida la importación de tecnología y equipos de licuefacción de hidrógeno con una producción diaria promedio de más de 10 toneladas, así como equipos clave como válvulas de hidrógeno líquido, expansores y Bombas de hidrógeno líquido por encima de DN50. En el contexto de las restricciones a las importaciones, los avances en la tecnología y los equipos nacionales de hidrógeno líquido para uso civil son de gran importancia. Se entiende que la tecnología y los equipos nacionales de hidrógeno líquido se mejoran constantemente. Aerospace 101, el primer sistema de licuefacción de hidrógeno de 1 m3/h desarrollado de forma independiente en China, ha iniciado la investigación y el desarrollo de un sistema de licuefacción de hidrógeno a gran escala basado en la expansión del hidrógeno y tiene la intención de formar una serie de productos.
Los avances en la tecnología y los equipos de hidrógeno líquido tienen un profundo impacto en el desarrollo sostenible de la industria de la energía del hidrógeno. Los esfuerzos en el campo civil promoverán el proceso de localización y son de gran importancia para el diseño del hidrógeno nacional. industria energética. La integración de tecnologías civiles y de defensa y empresas relacionadas trabajarán juntas para resolver problemas clave, que es la única manera de lograr avances.
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