液態(tài)儲(chǔ)氫雖然儲(chǔ)氫密度高,但需要將氫氣冷卻到極低的溫度(-252.72攝氏度),技術(shù)難度和能耗都較大。固態(tài)儲(chǔ)氫則利用特定的材料吸附或形成氫化物來(lái)儲(chǔ)存氫氣,這種方式仍在實(shí)驗(yàn)階段,技術(shù)尚未完全成熟。安全性問(wèn)題氫氣具有易燃易爆的特性,因此在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中需要特別小心,以防止泄漏或發(fā)生碰撞引發(fā)火災(zāi)或爆炸事故。
氫,作為宇宙中豐富的元素,構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的約 75%。在地球上,雖然氫氣單質(zhì)在大氣中含量,但化合態(tài)的氫廣泛存在于水和碳水化合物等物質(zhì)中。氫燃料,通常指液態(tài)氫燃料,是一種清潔能源,燃燒產(chǎn)物只有水,不會(huì)產(chǎn)生灰渣和廢氣,對(duì)環(huán)境十分友好。
氫燃料的發(fā)熱值高達(dá) 142.351kJ/kg,是汽油發(fā)熱量的 3 倍 ,燃燒特性好,點(diǎn)燃快,與空氣混合時(shí)有廣泛的可燃性范圍,并且燃點(diǎn)高,燃燒速度更快。從能源轉(zhuǎn)化效率來(lái)看,氫燃料電池的能源轉(zhuǎn)化率能超過(guò) 60%,遠(yuǎn)內(nèi)燃機(jī) 30% - 35% 的能源轉(zhuǎn)化率。這種的能源特性,使得氫燃料在眾多能源選項(xiàng)中脫穎而出。
氫氣還是重要的化工原料和還原劑,廣泛應(yīng)用于石油煉制、化肥生產(chǎn)等行業(yè)。在石油煉制中,氫氣可用于加氫裂化、加氫精制等工藝,提高油品質(zhì)量;在化肥生產(chǎn)中,氫氣是合成氨的重要原料。
目前,氫燃料的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本都較高。制取氫氣的方法,如電解水制氫,需要消耗大量的電能,導(dǎo)致生產(chǎn)成本居高不下;而化石燃料制氫雖然成本相對(duì)較低,但會(huì)產(chǎn)生一定的碳排放,不符合可持續(xù)發(fā)展的要求。高壓儲(chǔ)存氫氣需要昂貴的設(shè)備,運(yùn)輸過(guò)程中也需要特殊的管道或車(chē)輛,這進(jìn)一步增加了氫燃料的成本。
許多國(guó)家和地區(qū)都制定了鼓勵(lì)氫燃料技術(shù)發(fā)展的政策,加大了研發(fā)投入和補(bǔ)貼力度。歐盟推出了 “歐洲清潔氫聯(lián)盟” 計(jì)劃,旨在到 2030 年實(shí)現(xiàn)歐洲綠氫產(chǎn)能達(dá)到 1000 萬(wàn)噸;中國(guó)也將氫能源納入國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略,出臺(tái)了一系列政策支持氫燃料汽車(chē)的研發(fā)、生產(chǎn)和推廣。這些政策的出臺(tái),為氫燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了有力的政策保障和市場(chǎng)空間。
隨著科技的不斷進(jìn)步,新型材料的研發(fā)有望降低燃料電池的成本,提高其性能和壽命。例如,質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)中,新型質(zhì)子交換膜材料的研發(fā)可以提高電池的效率和耐久性;在儲(chǔ)氫技術(shù)方面,金屬氫化物儲(chǔ)氫、碳納米管儲(chǔ)氫等新型儲(chǔ)氫材料和技術(shù)的研究,為降低儲(chǔ)氫成本、提高儲(chǔ)氫安全性提供了可能。
氫燃料作為一種清潔、、可持續(xù)的能源,具有的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用前景。雖然目前氫燃料技術(shù)的發(fā)展還面臨著諸多挑戰(zhàn),但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的逐漸降低,以及政策的持續(xù)支持和市場(chǎng)需求的不斷增長(zhǎng),氫燃料有望在未來(lái)能源格局中占據(jù)重要地位。
與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)相比,氫燃料電池汽車(chē)具有零排放、加氫時(shí)間短、續(xù)航里程長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),如豐田 Mirai、現(xiàn)代 Nexo 等車(chē)型已在市場(chǎng)上得到一定應(yīng)用。 船舶:氫燃料電池可作為船舶的動(dòng)力源,為船舶提供推進(jìn)動(dòng)力。相比傳統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī),氫燃料電池能顯著降低船舶的污染物排放,減少對(duì)海洋環(huán)境的污染,有助于實(shí)現(xiàn)航運(yùn)業(yè)的綠色發(fā)展。