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氢经济 编辑

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什么是氢经济

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氢经济是利用作为低碳燃料,特别是用于热 ; 但也可用于氢燃料汽车,季节性能量存储和长途运输能量。为了逐步淘汰化石燃料并限制全球变暖,氢开始被使用,因为它可以从水中产生,并且它的燃烧仅释放水而没有一氧化碳。氢是一种有力的燃料-实际上是火箭燃料中的常见成分-但存在许多技术挑战,无法建立有效的大规模氢经济体系。其中包括由于氢脆而难以开发长期存储,管道和发动机设备,相对缺乏目前可以使用氢安全运行的现成发动机技术,由于爆炸性/反应性高而引起的安全隐患氢燃料和空气中的环境氧气,并且缺乏有效的光化学水分解技术来提供足够的燃料。

但是,氢经济正在作为低碳经济的一小部分缓慢发展。然而,截至2019年,氢主要用作工业原料,主要用于生产氨、甲醇石油精炼。氢气在便利的储层中不会自然生成。截至2019年,全球每年工业加工消耗的7,000万吨氢中,几乎所有(95%)都是通过蒸汽甲烷重整(SMR)生产的。专用于从水中生产氢气,通常作为副产品产生少量氢气(5%)从海水中产生氯的过程的概述。截至2019年,没有足够的廉价清洁电力(可再生和核能)使这种氢气成为低碳经济的重要组成部分,二氧化碳是SMR工艺的副产品,但可以捕获并存储。

氢经济

集中式生产与分布式生产

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在未来的全氢经济中,主要能源和原料将被用来生产氢气作为存储能源,供经济的各个部门使用。从除煤炭、石油和天然气以外的主要能源中产生氢气,将导致这些化石能源燃烧的温室气体产量降低。

氢经济的一个关键特征是在移动应用(主要是汽车运输)中,能源的产生和使用可以分离。与当前使用碳氢燃料一样,主要能源将不再需要随车辆行驶。能源(和污染)可以从点源(例如具有更高效率的大规模集中式设施)中产生,而不是由排气管产生分散的排放物。这将使诸如碳固存之类的技术成为可能,否则这些技术对于移动应用是不可能的。可替代地,可以使用分布式能源产生方案(诸如小规模的可再生能源),可能与氢站相关联。

除了能源生产以外,氢气的生产可以是集中式的,分布式的或两者的混合。尽管在集中式一次能源工厂生产氢气有望带来更高的氢气生产效率,但在大批量,长距离氢气运输方面存在困难(由于氢气损坏等因素)氢易于通过固体材料扩散)使氢经济范围内的电能分配更具吸引力。在这种情况下,小型区域工厂甚至本地加油站都可以利用通过配电网提供的能量来产生氢气。尽管氢气的产生效率可能会低于集中式氢气的产生效率,但氢气输送的损失可能使这种方案在每千克输送给最终用户的氢气中所使用的一次能源方面更加有效。

氢分布与长距离电分布之间的适当平衡是关于氢经济性出现的主要问题之一。

再次,现在可以使用现场(家庭、企业或加油站)从离网可再生资源产生氢来克服生产氢和氢运输的难题。

应用

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用于代替天然气的加热和烹饪

燃料电池可替代内燃机和电池

氢气可以替代气网中的部分或全部天然气。截至2020年,网格中的xxx值为20%。

氢经济的主要产品之一是,该燃料可以替代内燃机涡轮机中燃烧的化石燃料,这是将化学能转化为动能或电能的主要途径,从而消除了该发动机的温室气体排放和污染。代尔夫特大学未来能源系统学院的教授Ad van Wijk还提到,氢对于大型车辆(例如卡车、公共汽车和轮船)比电池更好。这是因为截至2019年,一个1千克的电池可以存储0.1千瓦时的能量,而1千克的氢具有33千瓦时的可用容量。

尽管氢可用于常规的内燃机,但是燃料电池是电化学的,在理论上具有优于热机的效率优势。与普通的内燃机相比,燃料电池的生产成本更高。

某些类型的燃料电池可使用烃类燃料,而所有燃料电池都可使用纯氢运行。如果燃料电池与内燃机和涡轮机价格竞争,大型燃气发电厂可以采用该技术。

氢气必须区分为“工业级”(纯度为5个9,99.999%),适用于燃料电池等应用,而“商品级”则具有含碳和硫的杂质,但可以通过便宜得多的蒸汽重整工艺生产。燃料电池需要高纯度的氢气,因为杂质会迅速降低燃料电池堆的寿命。

氢经济概念的许多兴趣集中在使用燃料电池为氢汽车供电上。当前的氢燃料电池具有低的功率重量比。燃料电池比内燃机效率高得多,并且不产生有害排放物。如果引入一种实用的储氢方法,并且燃料电池变得更便宜,则它们在经济上可以为混合燃料电池/ 电池车或纯燃料电池驱动的车辆提供动力。燃料电池动力汽车的经济可行性将随着内燃机汽车的使用变得更加昂贵而提高,这是因为通过诸如以下措施来弥补其空气污染的费用碳税和低排放区。

燃料电池和电动机的组合效率是内燃机的2-3倍。近年来,燃料电池的资本成本已大大降低,能源部引用的模型成本为50美元/千瓦。

以前的技术障碍包括储氢问题和燃料电池中氢的纯度要求,就目前的技术而言,运行中的燃料电池要求氢的纯度高达99.999%。

其他基于金属离子交换的燃料电池技术(例如锌-空气燃料电池)在能量转换方面通常比氢燃料电池更有效,但是任何电能→化学能→电能系统的广泛使用将使生产成为必须电力。


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  1. 什么是氢经济
  2. 集中式生产与分布式生产
  3. 应用
  4. 用于代替天然气的加热和烹饪
  5. 燃料电池可替代内燃机和电池

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