LOHC技术产业化加快 可有效破解氢能储运难题

武汉氢阳能源控股有限公司(简称“氢阳能源”)日前与中国五环工程有限公司(简称“中国五环”)签订宜都10000吨/年有机液态储氢材料项目EPC总承包合同,宣告这一全球规模领先的储油项目启动建设。

 

据悉,这并非双方在此领域的首次合作,早在2017年,氢阳能源就与中国五环结成战略合作伙伴,近年来,双方在有机液态储氢材料试验装置和加氢/脱氢催化剂生产线建设、中型储油加氢(氢油)试验装置建设、以及配套加氢/脱氢成套设备制造工厂筹建中多次展开合作。

 

资料显示,氢阳能源年产1000吨有机液态储氢材料的一期项目2017年11月落地湖北省宜都市,2019年3月实现量产。据氢阳能源透露,产品目前主要用于全国各地的产业化示范项目,可实现产值5000万元。

 

本次启动的年产1万吨有机液态储氢材料项目是二期工程,2019年已开始深化设计。据2017年宜都市政府和氢阳能源签订的协议,宜都储油基地全部建成后,产能将达到100万吨,计划总投资达30亿。

 

LOHC技术是个啥?

 

有机液态储氢国际上统称为LOHC,是Liquid Organic Hydrogen Carriers的缩写。与常见的高压气态储氢、低温液态储氢等一样,是一种具有特点的氢气储存技术。

 

该技术将烯烃、炔烃或芳香烃等特定有机不饱和化合物(储油)与氢气在催化剂作用下发生可逆化学反应生成烷烃类化合物(氢油)来实现氢的储存和释放。储油和氢油在常温常压下均为液态,便于储存和运输,储油可回收并重复利用。这种储氢方式可降低氢气运输成本,并提高氢气储运的安全性,在一些场景下,可有效地破解当前氢能产业储运面临的难题,发展前景广阔。

 

表1 不同LOHC介质质量储氢量与高压气氢、液氢的对比

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目前,德国、日本等国家处于LOHC技术开发和应用的前列。

 

成立于2013年的德国HT公司,研发基于二苄基甲苯为储氢载体LOHC技术。其产品可常规运输,储氢量达到6.23wt%,储氢介质和储氢中间体在欧盟和美国被认定为非危化品,可实现常规运输。目前LOHC储氢示范装置已在德国、美国运行。

 

据了解,2018年初国内大洋电机已参投HT公司,并开展相关技术和产品在中国的推广。

 

日本政府2017年发布的“氢能源基本战略”中明确表示,会优先考虑甲基环己烷储氢技术从海外大规模进口氢燃料。2018年初,日本千代田化工建设、三菱商事、三井物产、日本邮船四家公司联合成立新一代氢能源产业链技术研究会,2020年将利用甲基环己烷储氢从文莱海运至日本川崎,年供给规模将达到210吨。

 

据氢阳能源董事长程寒松介绍,德国和日本的技术脱氢温度高,脱氢过程有副反应发生,易导致氢气不纯,反应动力学较慢,而氢阳能源LOHC技术可改进上述不足,处于国际领先水平。

 

LOHC技术有何优势?

 

LOHC技术可在常温常压下储存和运输氢气,储氢密度大、安全性更高,运输成本低,有利于氢气大规模、长时间存储和远距离输运。

 

表2 氢气运输中各常见形态体积储氢密度对比

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我国当前仍把氢气作为危化品管控,氢气在特殊压力、温度下的储存、运输、加注各环节安全要求很高,不少领域大规模应用尚有制度、规范的空白,阻力较大。LOHC技术一个显著的优势是其安全性,可采用与石油、汽油相似的成熟管理办法并共享设施。

 

程寒松就曾提到,LOHC技术与现有的以石油为基础的储运设施完全匹配,非常易于大规模推广和应用。

 

在国际能源署2019年发布的《氢能未来》报告中,LOHC和氨被作为国际氢气贸易和远程氢气运输的最佳方式。

 

在远距离海运中,采用不同方式下氢的运输和转换成本差距明显,LOHC低至0.6美元/kgH2,氨气为1.2美元/kgH2,而液氢达2美元/kgH2。

 

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图1 不同运输方式和距离下氢运输和转换成本

 

陆上卡车运输来看,在500公里范围内运输LOHC的成本仅0.8美元/kgH2,但考虑到脱氢和提纯,成本将增加2.1美元/kgH2。

 

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图2 陆路多种方式下氢配送和提取氢的成本

 

国际能源署同样提到了LOHC技术的不利因素。一是储氢和脱氢过程成本较高,所需能量相当于氢本身的35%-40%;二是有机液体储氢材料(储油)需额外返厂,增加运输成本;三是储油本身成本较贵。按照氢阳能源宜都一期1000吨项目年产值5000万计算,每吨储油价格5万,公开资料估算储氢质量不超过5.5wt%,计算后每公斤氢气分摊的储油价格约900元。若从短期使用来看,运输次数不足,每公斤氢气分摊的储油成本高昂。

 

表3 储油价格及氢运输中分摊的储油成本(公开资料估算)

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综合来看,LOHC技术是常温常压下氢气储运的重要方式,但仍要不断拓展应用场景来扬长避短。

 

定制多样的LOHC业态

 

武汉氢阳能源有限公司创建于2014年,注册资金6224.49万,网站介绍中强调其专注于“常温常压液态有机储氢技术”的研发与商业化应用。

 

基于LOHC的特点和优势,氢阳能源不断打造出多种应用场景,尝试合适的产业生态。

 

早在2016年,氢阳能源即推出全球第一辆采用液态有机供氢技术的燃料电池大巴(泰歌号)工程样车,并随后陆续与江淮汽车、扬子江汽车推出星锐号、氢扬号客车。2018年还与湖北三环集团合作研制成功基于同样技术的燃料电池物流车“新氢卡”。

 

 

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图3 氢扬号燃料电池客车

 

采用液态有机供氢技术的燃料电池汽车可直接加注氢油,氢油通过车载催化反应装置释放氢气供氢燃料电池使用。在加氢站将氢油加注到车上的同时,将车上释放完氢气的储油抽回到储罐中,拉回工厂重复利用。据氢扬号客车配置来看,燃料电池功率30KW,续航里程达400公里。

 

表4 氢扬号燃料电池客车配置

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值得一提的是,加注氢油的加氢站可充分利用现有油气基础设施,“现有加油站只需略加改造就可以极低成本将其变为加氢站”,据氢阳能源介绍,常温常压的氢油加注站仅10m³储罐就可储存约600公斤可用氢。这对于推进中困难重重的常规加氢站来说,可谓优势巨大。

 

汽车以外,氢阳能源在轮船、轨道交通和分布式储能领域也在积极布局。2019年4月,氢阳能源与三环集团、湖北省铁路建设投资集团签约《氢能交通应用战略合作框架协议》。报道称,几方将“共同推进新能源汽车、火车机车氢燃料电池动力装置研制,加快基于液体有机储氢技术燃料电池在汽车、轨道交通、船舶、无人机和分布式储能领域大规模商用”。

 

制氢领域也有动作。2019年9月,氢阳能源控股母公司湖北氢阳新能源控股有限公司与三环集团有限公司、中国五环工程有限公司签约《高环保超高温城市垃圾转化制氢油项目》推进固废超高温转化制备氢油及氢能综合利用项目建设。

 

据悉,该项目在超高温条件下将垃圾直接转换为合成气,经过洗涤、常压脱硫、压缩、变换、变脱及变压吸附等过程,获得纯度满足要求的氢气并通过液态有机储氢技术,将氢气以氢油的形式在常温常压下安全高效地储存和运输。

 

公开资料显示,使用该技术,日处理400吨城市垃圾可提纯氢气18万Nm³/d,产生300吨氢油,供1000台大巴或物流车使用。

 

LOHC技术在国内的产业化发展有赖于上述领域推广的效果,从氢作为能源本质来说,使用时综合成本是否具备竞争力依然是试金石。

 

不过,氢阳能源看上去对未来充满了信心。据悉,2019年10月,湖北氢阳新能源控股有限公司与宁波市签约百亿战略合作项目,重点围绕产氢、储氢、运氢等领域,共同建设氢能产业创新中心、国际智库、储油生产基地。

 

来源:中国产业发展促进会氢能产业促进分会、绿能智库,作者:陈大英

2020年3月23日 08:53
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