如果日本不在新能源尋找出路，那么按照目前的火力發(fā)電發(fā)展下去，2020年日本國內(nèi)的電費(fèi)將十分高昂，生產(chǎn)制造成本將大幅提升。雖然日本國內(nèi)石化燃料發(fā)電效率很高，但依舊不能改變每年大規(guī)模的石化燃料進(jìn)口的事實(shí)。由于石化燃料市場(chǎng)通常都是賣方市場(chǎng)，為此日本需要支付大量的金錢，長此以往對(duì)國內(nèi)的制造業(yè)以及貿(mào)易都會(huì)造成沉重打擊。
NEDO出臺(tái)了氫能源白皮書，把氫能源定位國內(nèi)發(fā)電的第三支柱，氫能源越發(fā)受到重視。資源貧乏以及能源危機(jī)都讓日本不得不注重超節(jié)能技術(shù)。如果在氫能源上走出一條道路，那么日本多年以來困擾的能源問題將徹底解決掉。至少看起來是這樣的。
從目前來看，日本在氫能源發(fā)展的道路上缺少盟友，美國的頁巖氣，歐洲的天然氣，日本想部署的氫能源似乎只集中在了美國和本國內(nèi)，加上豐田新上市的氫燃料電池車日本國內(nèi)給予了大幅補(bǔ)貼，這也讓所有人都把氫能源看做島國綜征。絕大多數(shù)專家都認(rèn)為氫能源僅僅能在日本實(shí)現(xiàn)騰飛，在其他國家無法發(fā)展。的確，我也沒看到日本有在除美國和本土以外發(fā)展氫能源的計(jì)劃。
解決了制造問題之后，在氫能源實(shí)施的過程中首當(dāng)其沖的便是運(yùn)輸難題。氫的天然密度低，通過何種方式才能達(dá)到高密度運(yùn)輸方式成為日本當(dāng)前主要課題。在此課題之下，日本國內(nèi)主要有高壓氫氣、液氫、有機(jī)物三種方式，當(dāng)然此外還有利用管道運(yùn)輸氫氣。氫氣的不同運(yùn)輸方式根據(jù)距離、地點(diǎn)等實(shí)際情況的不同而不同。
高壓氫氣
這種運(yùn)輸方法一般適用于陸地制氫站或者氫基地短途的運(yùn)輸，一般采用20MPa的壓力高壓壓縮，用傳統(tǒng)運(yùn)輸車運(yùn)輸。目前的技術(shù)可以達(dá)到每輛車2300-3000立方米的運(yùn)輸量。具有低成本的優(yōu)勢(shì)，缺點(diǎn)是不利于長途運(yùn)輸。
川崎重工在《製油所水素の輸送等に関する技術(shù)開発と検討狀況》指出目前可以根據(jù)容器材質(zhì)、運(yùn)輸方式實(shí)現(xiàn)三種不同的壓力運(yùn)輸，分別為14.7MPa-19.6MPa，19.6MPa以及超高壓45MPa.
高壓氫氣在任何行業(yè)中幾乎通用。高壓氫氣可以為家庭燃料電池供應(yīng)氫氣，在氫燃料電池車普及階段可以為加氫站提供氫氣通過壓縮機(jī)壓入蓄壓器中，為FCV提供燃料，此外還可以在半導(dǎo)體、液晶、冶煉、發(fā)電中應(yīng)用。
液化氫氣運(yùn)輸
液化氫氣適用于大規(guī)模長途運(yùn)輸氫氣。將氫氣在-253℃的溫度下液化，體積可以縮小800倍以上，相比較陸上高壓運(yùn)輸效率提升12倍以上，是目前效率最高的一種方式。由于維持-253℃高溫花費(fèi)成本較高，同時(shí)不利于長期儲(chǔ)存，所以這項(xiàng)技術(shù)原本是為航空技術(shù)研發(fā)，但目前日本企業(yè)加大了實(shí)用化進(jìn)度。
可運(yùn)輸?shù)男⌒鸵簹涔嗤ǔ６疾捎昧穗p層真空式的設(shè)計(jì)，與我們常見的熱水瓶?jī)?nèi)膽相似。此外加入一些反射涂層，防止外部熱量進(jìn)入。液化氫通常會(huì)通過集裝箱運(yùn)輸，當(dāng)然也存在液化氫移動(dòng)工作站的方式運(yùn)輸。
巖谷產(chǎn)業(yè)利用的是斷熱膨脹理論生產(chǎn)純度可以達(dá)到99.9999%的液化氫，因?yàn)闅錃獾囊夯?253℃左右，可以不斷的去除其他雜質(zhì)。至于將溫度控制在-253℃，巖谷產(chǎn)業(yè)利用的是熱脹冷縮的基本原理。這種常見的原理與夏天自行車輪胎發(fā)熱相似，輪胎內(nèi)空氣溫度升高壓力增大，而外界空氣溫度較低是輪胎內(nèi)壓力又會(huì)變小。巖谷產(chǎn)業(yè)選擇了氮?dú)膺@種在-190℃左右液化的氣體，通過液氮膨脹壓縮氫氣，利用其它一系列的設(shè)備達(dá)到-253℃的目的。
液氮的制造成本頗高，目前正圍繞這種技術(shù)實(shí)用化不斷研發(fā)，而且由于超高壓的液氫對(duì)容器要求十分嚴(yán)格。通常金屬在-253℃以下強(qiáng)度下降，液氫也面臨著泄露量過大的問題。目前川崎重工在遠(yuǎn)程液氫運(yùn)輸方面取得了很大的成就，采用了液氫運(yùn)輸船的方式運(yùn)輸在澳大利亞開采褐煤生產(chǎn)的氫氣。運(yùn)輸船采用了可以容納2500立方米液氫的極低溫蓄壓式設(shè)備，并且氫灌的泄漏量也控制在0.09%左右。
有機(jī)物運(yùn)輸
有機(jī)物運(yùn)輸氫氣主要是氫氣合成和逃逸的過程，這個(gè)過程需要特殊的催化劑。目前千代田化工已經(jīng)在進(jìn)行此類的實(shí)用。通過氫氣與有機(jī)物反應(yīng)，體積可以縮小500倍以上，但由于目前多采用芳香族有機(jī)物，這種苯、萘以及甲苯、十氫化萘極其穩(wěn)定而且劇毒，催化劑則成了重中之重。有機(jī)物運(yùn)輸方便，對(duì)設(shè)備要求不高，運(yùn)輸效率比傳統(tǒng)陸上高壓運(yùn)輸至少提高5倍以上，這種技術(shù)也受到了日本企業(yè)的關(guān)注。
目前關(guān)于有機(jī)物的合成主要集中在苯和環(huán)己烷、萘和十氫化萘、甲基環(huán)己烷和甲苯之間進(jìn)行。不同反應(yīng)之間也有不同利弊，有些是固體有些在常溫常壓下呈現(xiàn)液體。主要運(yùn)輸方式為在氫生產(chǎn)地與甲苯發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，然后以有機(jī)物的方式進(jìn)行運(yùn)輸，最后脫氫。其中催化劑可以循環(huán)利用，如果考慮到反應(yīng)的放熱和吸熱，也可以充分利用到家庭供暖中使用。
在使用有機(jī)物以外，HyGrid也曾考慮將氫氣轉(zhuǎn)化為氨等化學(xué)燃料運(yùn)輸。氨氣可以直接電解產(chǎn)生氫氣，但日本企業(yè)考慮的重點(diǎn)并不是此處，他們認(rèn)為氨氣的運(yùn)輸比起氫氣更加方便。在海外合作開發(fā)能源可以將剩余熱量以及剩余電力通過水和氮?dú)庵g的反應(yīng)產(chǎn)生氧氣和氨進(jìn)行儲(chǔ)存。制備氨之后利用運(yùn)輸船的方式運(yùn)輸?shù)絿鴥?nèi)，通過電解等方式產(chǎn)生氫氣。 |
