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探索氫能五大特性

2024-07-15科學

氫,這個宇宙中豐度最高的化學元素,正逐漸成為人類追求可持續能源的重要選擇。它以單原子形態和等離子態廣泛存在於宇宙之中,而在地球上,氫元素豐度也位列第三,主要蘊藏於水和碳氫化合物中。在常規條件下,氫的單質通常以雙原子氣體形式存在,而正是這種常見的氣體,擁有著改變未來能源格局的潛力。

氫能源之所以備受矚目,源於其五大突出特性:

來源廣泛且可持續性

氫元素儲量豐富,來源廣泛,能夠滿足大規模套用需求。氫占宇宙質素的75%,也是地球的重要組成元素之一。氫氣可以透過水電解、化石燃料重整、生物質氣化等方法制取,氯堿、焦化、冶金等工業企業也有大量副產氫氣。特別是基於可再生能源發電耦合電解水製取氫氣,實作了全生命周期的綠色清潔,是可再生能源實作大規模套用的關鍵路徑之一。

「三一氫能2000kg制氫系統」

儲存與運輸靈活多樣性

氫是一種實體能源,具有多種儲存形式和靈活的運輸手段,適應長期儲存和長距離運輸的需求。氫可以以高壓氣體、液態氫、液態有機化合物和固態金屬氫化物等形式進行儲存。高壓氣體儲氫是將氫氣在高壓下儲存於鋼瓶或儲罐中,具有儲存容量大、便於運輸等優點。液態氫儲存則是將氫氣在低溫條件下液化,盡管其能量密度較高,但需要保持極低的溫度,技術難度和成本較高。液態有機化合物儲氫利用某些有機化合物的氫吸附特性,透過氫的吸附和釋放實作儲存和運輸,具有較好的安全性和便捷性。固態金屬氫化物儲氫是利用某些金屬或合金對氫的吸附能力,透過金屬氫化物的形成和分解實作氫氣的儲存和釋放,具有儲存密度高、穩定性好等優點。

氫的運輸手段也十分靈活,既可以透過專用的交通工具如氫氣運輸車、氫氣船等進行運輸,也可以透過專門的輸氫管道進行長距離輸送。此外,氫氣還可以以一定比例摻入現有的天然氣管道,透過在管道下遊分離出氫氣的形式進行輸送。這種方式不僅可以利用現有的基礎設施,降低運輸成本,還能夠在一定程度上緩解天然氣資源緊張的問題。

能量密度高且轉化效率高

氫的熱值高,利用形式多樣,是替代化石燃料的新型燃料。氫的熱值高達142 MJ/kg,是煤炭和汽油等化石燃料的3至4倍。氫可以透過氫內燃機和氫燃氣輪機直接燃燒提供動力和電力,還能夠透過氫燃料電池發生電化學反應實作供電供熱。氫燃料電池的一次轉化效率高達50%至60%,明顯高於傳統燃油發動機的30%至40%。綜合考慮熱值和轉化效率,1kg氫氣相當於6至7升汽油或4至5升柴油。

清潔低碳內容

氫是一種清潔低碳的能源,使用過程中只產生水。無論氫是用於燃燒還是用於燃料電池電化學反應,都不會生成化石能源使用過程中所產生的汙染物和碳排放,反應產物只有純水,真正實作零碳排放。這使得氫在環保和可持續發展的背景下,具有非常重要的套用前景。

在交通領域,氫燃料電池汽車和氫內燃機汽車逐漸受到重視。氫燃料電池汽車透過氫燃料電池提供動力,排放物只有水,沒有尾氣汙染。相比傳統的內燃機汽車,氫燃料電池汽車不僅環保,而且在續航裏程和加氫時間方面具有較大優勢。在工業領域,氫可以作為高溫熱源用於鋼鐵冶煉、玻璃制造等過程,替代傳統的煤炭和天然氣,減少碳排放。

安全可靠內容

氫的密度小,擴散系數大,在開放空間中會迅速擴散,稀釋到非可燃範圍,因此在開放空間中安全可控。在受限空間中,透過即時監控和通風措施,也能夠安全可靠地開展氫能套用。氫的工業套用已有超過一百年的歷史,長期的實踐證明,氫氣是一種安全性較高的能源。

「三一氫能四合一制氫系統」

盡管氫氣具有高度可燃性,但其獨特的物理化學性質使得在妥善管理和控制下,能夠安全使用。例如,氫氣的分子量小,密度低,泄漏時容易迅速上升和擴散,不易積聚形成爆炸性混合物。此外,現代氫氣儲存和運輸技術已經非常成熟,采用了多種安全措施和器材,如防爆閥、泄壓裝置和監測系統等,能夠有效防止和應對潛在的安全風險。

未來,三一氫能將呈現更多深度內容。請持續關註「氫言氫語」,與三一氫能一起走進氫的世界,共創零碳未來。