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横幅

气候变化和空气质量问题推动了全球议程的清洁能源。当我们转向新的,更清洁的技术和燃料时,我们使用电力,热量和运输的经验将改变,改变我们的生活,工作和从A到B的方式。探索下面的部分以了解更多信息。

  • 为什么氢很重要?我们需要以干净,可持续的方式满足我们的能源需求。氢是一种潜在的选择,因为它可以生产和使用而不会释放有害排放
  • 氢是什么?氢是一种可以在化学反应中燃烧或用于提供能量的化学元素
  • 有哪些挑战?生产,储存和移动氢都需要能源和资源,并有费用和风险

我们使用化石燃料 - 煤炭,石油和天然气 - 满足我们的大部分能源需求;加热家园,煮我们的食物并为汽车提供动力。这对我们的健康,自然和环境有害影响。可持续替代方案需要满足我们未来的能源需求,氢气可以在新能源系统中发挥作用。

氢是一种化学物质能量载体一种含有能量的物质,以后可以转换成其他形式使用- 它包含能量。氢气可用于生产零烟雾,污染或气候变暖排放的能量 - 唯一的产品是水。生产氢气需要能量,但只要它以可持续的低碳方式制成,它就是燃烧化石燃料的潜在替代品。这可以减少温室气体排放和空气污染的负面影响。
气候变化的影响

提取、加工和燃烧化石燃料会产生废气,包括二氧化碳(CO2),氮氧化合物一组氮气体,导致空气污染、烟雾、酸雨和气候变化(没有x) 和甲烷由碳和氢制成的化合物,形成天然气的主要成分。化学式CH4A.s heat from the sun reaches the Earth, these gases trap extra heat in the atmosphere, which warms the planet. The glass roof of a greenhouse traps heat in a similar way, and therefore the gases are known as greenhouse gases. There is now overwhelming evidence that human-induced greenhouse gases are altering the Earth’s climate. This is known as气候变化

燃烧的化石燃料还产生空气污染,这可能导致哮喘,支气管炎和其他健康状况。这是大城市的一个特殊问题,其中来自家园,车辆和发电厂的排气烟雾对公共卫生的影响明显。

氢是什么?氢原子

氢是一种化学元素 - 的基石,在宇宙中所有物质都是由之一。所有的元素,这是最简单和最丰富的。倒在地球上,在自然界中发现的氢气是非常罕见的。然而,氢气是反应性的,并且形成化学键与许多其它元件。其结果是,有共同的物质,例如水,甲烷和包扎氢的大量丙烷一种由加工天然气或石油制成的化合物,通常用于燃料炉灶。化学式C3H8

在正常室温下,压力氢是无毒气体;它没有味道,颜色或气味,这使得难以检测。如果冷却至极冷的温度(-253°C或更低),则变为液体。氢气易燃并且在空气中容易点燃,并且在2000℃下燃烧,具有非常淡蓝色的近无色火焰。当它烧伤时,它与空气中的氧气反应以产生水 - 氢气粗略地转化为“水制造商”。像天然气一样,氢气可以产生一些没有x燃烧时的排放——然而,这可以通过现代燃烧器技术来管理。

有哪些挑战?

就像任何其他能源载体一样,使用氢气存在挑战;主要挑战是安全,成本,并确保生产是可持续的和低碳。氢已在工业中使用多年,但绝大多数不是以低碳方式生产 - 而不是使用天然气和煤,这有助于气候变化。围绕储存和移动氢也需要资源并涉及成本和风险。就像天然气一样,氢气是易燃的,因此必须小心处理,让人们安全。

如果氢气以新的方式用于支持清洁能源系统,大量需要进行可持续生产。技术用于生产低碳氢已经存在,但,目前,它比其他的生产方法或替代燃料更昂贵。在新的生产设施和供应链的投资将需要满足更高的需求,并降低单位成本。

  • 我们可以用氢做什么?它可用于热和电力,作为生产其它化学品的一部分,或用于存储能量以供以后使用
  • 支持可再生能源氢可以作为能源储备,作为太阳能或风能等可再生能源的备份
  • 安全使用氢气防止泄漏,增加气味,小心运输和控制燃烧可以帮助降低风险

我们可以用氢做什么?

氢是有价值的,因为它是能量载体含有能量的物质,其后来可以转化为其他形式的使用That可以用在很多不同的方面:

1。作为化石燃料在许多领域替代
2。作为一个原料燃料机器或工业过程所需的原料用于工业和化学品
3。作为支持可再生能力和热量的一种方式

家用暖气和烹饪探索在我们的家庭中使用氢气的可能性,以及这将如何要求我们改造烤箱、炉灶和锅炉。

旅行和运输涵盖氢燃料汽车以及一系列其他车辆,包括叉车,公共汽车,火车和卡车。

商业和工业探讨今天的大部分氢气用作工业用作原料,以制造肥料和金属等产品。

支持可再生能源

每年,数量可再生能源来自源的能量可以在使用时续签或不耗尽(如风力,生物量能产生能量的植物或动物物质和太阳能电力)全球生长。虽然基于天气的能源是干净的和可持续的,但在提供力量时,我们无法控制 - 当风吹或阳光闪耀时,它们只能工作。有时可再生能源的数量与需求不匹配,因此需要自然气体等其他能源来弥补差异。除了电池或水电坝外,氢气可以通过储存剩余能量来改变这一点。气体可以储存在加压容器中,或者地下给出适当的地质,如盐洞。
作为氢存储能量的一个例子是一种称为煤气
气体的力量

就像任何能量转换一样,在电力转化为天然气的过程中也会有一些损失。尽管如此,氢还是有潜力成为比电池更便宜的能量存储设备。电力转化天然气的例子包括:在敦刻尔克地区由ENGIE能源公司运营并得到法国政府支持的GRHYD项目;以及德国的美因茨能源公园项目。

安全使用氢气

氢气是易燃的并且容易点燃,这带有安全风险。氢气具有独特的物理和化学性质;了解不同情况下的行为方式至关重要,因此可以安全使用。诸如英国健康和安全执行和氢欧欧洲以及私营公司等组织正在对使用氢气进行热量和运输等新应用进行研究。使用新的能源时,重要的是要尽可能多地学习任何潜在的风险以及如何管理它们 - 我们的天然气的使用已经以相同的方式进行了进展。

氢是一种无毒气体,无颜色,味道或气味。它用非常淡蓝色的火焰燃烧,不会产生热灰或烟雾,因此难以检测它何时燃烧或泄漏。一种选择是加入适当的强烈嗅觉化学品,称为一个有气味的一种给予嗅觉的物质在气体混合,这样很容易检测 - 有味物质是什么给天然气其独特的气味。然而,增味剂可能污染的技术,如燃料电池一种从氧和另一种物质之间的化学反应中产生电的装置这需要纯氢气。

氢气的密度比空气低,这意味着如果它泄漏,它会很快飘走。然而,与其他可燃气体一样,如果泄漏的气体是在室内,则可能积聚并引起火灾或爆炸。使用氢气的建筑应该包括合适的管道和锅炉系统通风,房间也可以包括单向机械通风,这将允许任何气体积累逃逸。可以安装红外线传感器来检测仪表上的泄漏。

  • 制造氢的方法制造氢气使用天然气,煤炭或电力的主要方法
  • 氢生产的其他选择生物质能、太阳能和核能在未来都可以用来制造氢
  • 氢的不同“颜色”制造氢对环境的影响取决于它是如何制造的,以及它是由什么制成的

虽然这是一个很常见的元件,有氢气的地球上没有大的储备。这是因为债券与其他元素,所以我们需要的氢等物质被锁定。通过使用能量(热,电等),可以从分离出氢原料燃料机器或工业过程所需的原料比如水和甲烷由碳和氢制成的化合物,形成天然气的主要成分。化学式CH4

今天,超过95%的专用氢气生产来自天然气或煤炭,而天然气或煤炭生产氢气温室气体捕获热量并将其重新发出进入地球大气的气体,提高全球气温排放。如果我们想使用氢气来帮助减少温室气体排放,就需要转向低碳生产方法。制造氢对环境的影响取决于它是由什么制成的原料)和用于推动该过程的能量来源。

制造氢气的目前的方法

来自化石燃料的氢气

今天最常见的制氢方法被称为蒸汽甲烷改造(SMR),将甲烷(来自天然气)和水相结合,在非常高的温度(约900℃),产生一氧化碳,二氧化碳(CO2)和氢。通过控制反应中空气、水和甲烷的量,工程师可以改变SMR过程,并改变所需的能量和产生的废气量。

氢也可以在煤中的煤制成气化利用热、压和蒸汽将材料直接转化为气体的过程A.合成气一种主要由氢和一氧化碳组成的燃料气体混合物。通常作为气化产品在高温下使用煤和水生成。超过750°C时,煤中的碳与水反应形成气体混合物,包括氢气和二氧化碳。煤用于提供反应所需的热量。

使用化石燃料制造氢气会产生废弃的温室气体。为了使这一过程更加环保,在使用过程中必须防止废气进入大气碳捕获、使用和储存从废气或大气捕集二氧化碳,然后利用它或将它存储安全地和永久的过程(CCUS)技术,可以拆除和存储高达97%的CO2产生的排放量。然而,CCU目前并不广泛可商购。

电解槽

来自电力的氢气

电解是使用电力将水分成氢气和氧气的过程,使用电解槽将电能转化为化学能的装置

电力可以来自各种来源,如风力,太阳能核能或化石燃料。只要生产过程中使用的电力来自低碳能源,那么生产出来的任何氢都是低碳的。今天,只有不到5%的专用氢生产使用电解;由于电力(尤其是低碳能源)和设备的成本,这个过程很昂贵。随着电解槽成本和规模的提高,生产成本有望降低。

与其他方法不同,电解在低温下工作,通常为20-100°C,并且能够在一系列刻度下产生氢气。例如,ITM Power在英国建立了八个氢气加油站,每个电解器提供由可再生能源的现场电解器提供。也有大型电解项目;Engie计划在北海的海上平台上安装电解师,由近海风电供电。产生的氢气可以使用现有的气体管道陆上陆上。

氢生产的其他选择

制造氢的另一种能量载体是生物量能产生能量的植物或动物物质.使用气化利用热、压和蒸汽将材料直接转化为气体的过程,将生物质加热并与蒸汽和氧气混合以产生氢气而不燃烧(燃烧)。科学家和工程师始终在寻找新的制造氢气的方法,例如使用太阳能或核电的新方法在一系列温度下分解水以获得氢气和氧气。

氢的不同“颜色”

氢通常由颜色描述。这没有描述它的样子,但是如何友好的过程。

颜色的氢

CCUS技术需要安全地删除温室气体排放,并储存它们尚未普遍。截至2020年代的初期,全球运营中只有19个“大规模”项目;由于CCU变得更便宜并且更广泛地使用,蓝色氢气可能变得更加常见。

然而,蓝色氢气目前被认为是低碳生产氢气最便宜的选择。随着可再生电力的可获得性和价格的提高,加上电解设备成本的下降,绿色氢有可能成为未来30年的主要使用类型。看到氢的下一步是什么?欲了解更多。

  • 天然气管道氢气可以通过天然气管道输送,类似于今天的天然气
  • 压缩气体氢气可以压缩到容器中以用于卡车或火车上的运输
  • 液体氢气将氢冷却成液态,可以让它在更小的空间中存储更多的能量,但冷却过程既昂贵又耗能

就像化石燃料含有碳的材料,长期以来由作用于生物体遗骸的地质过程。例子包括煤和天然气在美国,氢的生产往往远离其使用地点,必须长途运输到家庭、工厂或燃料补给站。它的密度比空气小,所以如果容器或管道有任何泄漏,它会泄漏并迅速消散。此外,与汽油等传统燃料相比,氢的体积能量密度不是很高。例如,要与一升汽油所储存的能量相匹配,你需要在高压(200酒吧气压的公制单位,一巴大致等于海平面上的气压)。运输氢气的一部分挑战是寻找增加其的方法能量密度存储在每单位体积的物质的能量的量–这可能意味着将其作为液体或高压气体安全、廉价地移动。

密度比较

天然气管道

对于长距离运输,氢气可以通过天然气管道泵送。世界上已经有数百公里长的氢管道,例如在美国、德国和比利时。维护一个管道系统需要不断的工作;氢气从微小的缝隙中泄漏,因此必须定期检查磨损情况,特别是阀门和连接处。一些国家已经有了连接家庭和企业的广泛的天然气管道网络,这些管道可以转化为氢气输送。看到家用暖气和烹饪欲了解更多。

压缩气体和液氢

增加氢气储存的能量量的一种方法是压缩利用压力将气体挤入一个小空间将大量气体装入一个小容器中,该容器通常由用塑料、玻璃纤维或碳纤维加固的铝制成。然后,这些容器可以装载到卡车上并运送到需要的地方——只要容器安全,就不会丢失氢气。

在极低的温度下(低于-253℃)氢气变为液体。液体氢比大气中的氢气更密集为800倍,所以液化把一种物质变成液体的过程是用于存储了大量的精力在小空间有吸引力的选择。自1960年代以来液化技术已被用于输送天然气,但对于氢的过程是更昂贵的和能量密集型的,因为所需的温度要低得多(-253℃下相比,-162℃)。

液体氢通过道路,轨道或船舶运输,取决于距离和所需的量。随着时间的推移将逐渐泄漏到冷库中,将液体转化为气体并导致一些氢气丢失。运输氢气

移动氢气的未来选择

研究正在进行,以创造固体或液体,可以吸收大量的氢,便于运输。一种选择是将氢转化为液体由氢气和氮气制成的有毒工业化学品,通常用于制造肥料。化学式NH3.在旅行期间 - 这与氢气不同的危险,因为氨是有毒的。希望如此,这些未来的选择可以解决周围的高压或液体储存方法的许多成本和安全问题。

  • 家庭取暖方法世界各地的家园和企业主要被煤炭和天然气加热。为了减少温室气体排放,这些燃料可以用电力,低碳气体(如氢)或热网络代替
  • 天然气管网中的氢气我们可以利用现有的天然气管道为家庭和企业输送氢气
  • 安全使用氢气在家里需要调整或更换加热和烹饪器具,并且存在成本和安全考虑因素
  • 英国的案例研究英国是在氢气加热项目中引领

无论是为温暖的房间,烹饪饭菜,还是洗澡,在家中暖气需要大量的能量。在不使用的情况下产生热量化石燃料含有碳的材料,长期以来由作用于生物体遗骸的地质过程。例子包括煤和天然气这是一个巨大的挑战——2017年,全球23%的能源消耗用于空间加热、水加热和烹饪,其中只有10%来自可再生资源。我们可以使用一些低碳的加热方法来替代,其中包括燃烧氢气。

家庭取暖方法加热途径

全球发热是由煤和天然气,这是相对便宜和丰富的主宰。当它们燃烧时,它们产生的有害排放物例如二氧化碳(CO2) 和氮氧化合物一组氮气体,导致空气污染、烟雾、酸雨和气候变化(没有x),导致空气污染和气候变化。
我们可以使用的三种可持续加热方法代替化石燃料是:

1。低碳电力,用于蓄电加热器和热泵一种将热量从一个区域转移到另一个区域的装置,通常使用电
2。热网络一种通过绝缘管道供应热量的系统以及来自中央源的家园和企业(也称为集中供暖)-一系列管道将热量从中央低碳能源传递到家庭
3。“绿色”气体——氢气、合成天然气或沼气当有机物在没有氧气的情况下分解时产生的气体混合物,主要由甲烷和二氧化碳组成

更换化石燃料以供暖是一项巨大的任务,可能在某种形式中需要所有这三种选择。本指南探讨了“绿色”气体选项的潜力,以及氢气如何促进可持续的低碳家庭供暖。

天然气管网中的氢气

一些国家,如荷兰和英国,已经有了一个连接大多数家庭和企业的天然气管道全国网络。这些国家的人们习惯于使用天然气取暖和烹饪,氢可以作为低碳替代品。就像天然气一样,氢可以通过管道输送并燃烧使用锅炉或炉子在家中焚烧;使用时唯一的废物是水和一些不含酒精的物质x气体。

20%的氢

在我们今天使用的天然气中掺入一些氢气可以减少温室气体排放,而不会干扰房主和企业。例如,一种按体积计由20%氢气和80%天然气混合而成的混合气体可以在现有天然气网络中使用,而无需更换任何管道或设备——这使得小型公司能够2与仅使用天然气相比,节省了约6%。英国基尔大学的海德莱项目就是一个例子。在该项目的第二阶段,北方天然气网络将为英格兰东北部约650户家庭和企业提供氢气和天然气混合物。

100%的氢

转换天然气网络使用100%的低碳氢可以节省更多显著CO2,但这是一个更大的后勤挑战。虽然它是不寻常的,但切换到新型气体不是前所未有的;在英国,美国和澳大利亚中期20世纪中,许多家庭从使用所谓的房屋城市气体主要是氢气和一氧化碳混合物的制造气体可用于加热和烹饪天然气。英国转换持续了10年才能完成,需要更换或修改4000多万家庭燃气器具。

天然气网络有两个主要部分——传输系统,就像高速公路,在高压下将天然气长距离输送;分配系统,就像一系列较小的道路,以较低的压力将天然气输送到家庭和办公室。

配气系统可以采用氢气代替天然气。家庭和办公室将需要修改或更换他们的燃气器具,但基础设施将基本上保持不变。旧的气体管道、阀门和接头需要检查是否磨损,因为氢气很容易从小缝隙泄漏。在英国,人们正在安装新的塑料(聚乙烯)管道来取代旧的钢铁管道,这些新管道可以在低压下安全地携带氢气,几乎没有泄漏的风险。

有人认为,与其他形式的低碳热相比,将天然气网络转换为氢气运输将节省资金,因为它将破坏最小化,并减少所需的新的、昂贵的基础设施数量。例如,H21系列天然气工业项目旨在提供证据,支持英国天然气网络的再利用。然而,现有的管道仍然需要一些投资,输电系统也需要修改或更换。输送系统使用钢管在高压下输送天然气(高压可达75酒吧气压的公制单位,一巴大致等于海平面上的气压在英国),钢可以被高压氢气损坏,变弱,脆弱。

安全使用氢气在家里

如果天然气被100%氢,需要调整或更换加热和烹饪器具。这是因为氢的自然气体具有不同的性质 - 例如,它在较高温度下燃烧。伍斯特博世,GIACOCINI和BDR Thermea(Baxi)等公司已经在开发了用于家庭的备用电器。这些电器通常具有天然气,但如果供气供应转换,也可以与氢气一起使用。澳大利亚公司(Heatlie)甚至开发出氢气烧烤。Hy4Heat和Hyhouse等研究项目正在测试,以确保这些新设备安全且易于使用。

锅炉

天然气锅炉有一个称为火焰故障装置的部件,如果火焰熄灭,则使用传感器停止气体流动。天然气锅炉中使用的传感器不适用于氢气,但工程师正在使用红外线或超紫光的新版本。为了确保氢锅炉是安全的,这些装置需要快速行动和可靠。

氢气锅炉

壁炉

氢燃烧时产生淡蓝色的火焰,肉眼几乎看不见。在火焰中加入一种叫做着色剂的化学物质会让火焰更容易被看到,这样更安全,也更美观。寻找一种便宜、无毒、与氢兼容的合适着色剂的工作正在进行中。另一种选择是设计一种使用时发光的加热元件。

火

炊具和微波炉

氢气炊具需要重新设计燃烧器,以管理高温下氢气燃烧,并限制有害NO的释放x气体。这可以包括减少燃烧器孔的大小,使用新材料,或在点火点极限氧浓度的其他方法。使用氢预计不会影响对烹饪性能或需要新的厨房用具。

氢炉

英国氢供暖试点项目

英国有许多研究和项目测试是否用氢气替换天然气是安全的,它会花多少钱,以及该过程的破坏性如何。

  • 低碳运输我们可以以低碳方式使用从电池或氢气燃料电池到动力车辆的电力
  • 氢轿厢如何比较?氢燃料汽车是昂贵的,但具有较长的范围和较短的加油倍电池电动当量
  • 其他类型的氢燃料汽车氢可以作为其他车辆的低碳燃料,包括公共汽车、卡车、轮船和火车

今天世界各地,人们几乎完全依赖于石油产品,用于推动其车辆(例如汽油和柴油)。燃烧这些燃料以生产近四分之一的世界二氧化碳(CO2汽车尾气和空气污染每年导致约18.5万人过早死亡。尽管有这些负面影响,我们使用的石油数量每年都在增加,因为在全球旅行的卡车、飞机和船只的数量在增加。替代像汽油、柴油和煤油这样的燃料将是困难的,但氢是一个选择,还有电和生物燃料由生物原料制成的任何燃料,如植物或植物油

电池和燃料电池

电动汽车和自行车作为个人交通工具越来越受欢迎——它们安静、高效,并且在排气管零排放,这对改善城市空气质量至关重要。只要电力的来源是低碳的,它们也有助于应对气候变化。

电动车的电池存储在可再充电的锂离子电池(BEV的)利用电来供电的电机。在2018年,有在全球使用超过500万的纯电动汽车 - 他们是在中国,欧洲和美国的部分地区销售情况良好。

电池每千克储存的能量不如其他燃料,这限制了你一次充电就可以行驶的距离。电池充电和老化也需要很长时间。这意味着电动汽车需要在高速公路服务站以及家庭/办公室等方便的地点配备快速充电器网络充电点。生产电池目前需要大量能源和资源,包括锂和钴等矿物。

另一种用电力驱动汽车的方法是使用燃料电池A.fuel cell produces electricity on-board using a chemical reaction between hydrogen and oxygen. This is clean and efficient – the only waste product is water. As well as a supply of hydrogen and oxygen, each fuel cell uses a催化剂一种加速化学反应速率的物质,通常是铂金。大多数燃料电池需要使用非常纯的氢气(没有额外的气体污染混合物),否则催化剂将停止工作。

氢轿厢如何比较?

氢气汽车(也称为燃料电池电动车或FCEV)使用燃料电池而不是电池为电动机提供电力。与电池电量相比,它们具有更长的范围和更短的加油时间。

汽车

氢动力汽车刚刚开始商业化——在英国,本田、现代和丰田都发布了这些车型。截至2019年,氢动力汽车非常罕见(全球约13000辆)但是,它们需要的资源和能源更少,因此如果开始大规模生产,成本可能会下降。

安全

氢是一种易燃燃料,容易点燃(像汽油一样),所以必须负责任地使用。氢燃料汽车在制造时就考虑到了这一点,并且已经达到了与所有其他合法道路车辆相同的车辆安全标准。在欧洲NCAP (NCAP)首次测试的氢燃料电池汽车(现代Nexo)获得了最高5星的安全评价。

氢气汽车设计具有独特的安全性,如果存在泄漏,则防止氢气积聚 - 这包括在必要时可以密封阀门和排气气体的传感器。氢燃料储存在高压下(高达700酒吧气压的公制单位,一巴大致等于海平面上的气压)装在一个由碳纤维和塑料制成的水箱里,这种水箱非常坚固,不太可能泄漏。测试表明,丰田Mirai上的氢气罐能够承受燃烧、被150吨的重量压碎或被枪射击而不会损坏。

加油

氢燃料汽车可以在氢燃料站加油,类似于传统的汽油或柴油。氢燃料站的设计是将气体储存在地面上的露天区域,因此任何泄漏或火灾都可以安全处理。氢喷嘴的设计是与燃料箱的开放,并将自动分配气体,一旦它被锁定的地方和密封是健全的。加气站设计了许多安全控制,包括用于氢泄漏检测的红外传感器,以及建筑物、燃油泵和管道之间的强制安全距离。

目前只有很少数量的加油站存在(截至2019年,英国只有10个),加上成本,这是延缓氢燃料汽车部署的一个关键因素。这是一个“先有鸡还是先有蛋”的问题——需要有大量的加油站来鼓励人们购买氢燃料汽车,但只有在路上有氢燃料汽车使用的情况下,公司才会建造加油站。政府的政策可以帮助解决这个问题,鼓励建立全国性的加油站网络。

在其他类型的车辆中使用氢

这两种电池的电动和氢燃料汽车被设置为一些国家开始逐步淘汰新的柴油和汽油轿车,成为在未来几年比较流行的未来。然而,电池目前不是很适合用于重型车辆,这需要较长的范围和短加油倍氢可以提供。氢动力叉车和公共汽车在欧洲几个城市已经在运行,卡车和火车的小号码开始进行部署,并且技术被用于飞机和船舶发展。

卡车

氢气非常适合长途卡车运输行业;氢燃料卡车的行驶里程(500-750英里)和加油时间(15分钟)与柴油卡车相似,但它们不会产生有害和污染排放。与目前的柴油或氢燃料卡车相比,电池笨重,成本更高,充电时间更长。货运公司开始拥抱氢燃料——仅2019年,中国就有1万辆新的氢燃料卡车上路。

卡车

公共汽车

氢燃料巴士开始出现在城市中,通常是为了减少繁忙拥挤地区的空气污染。这种公共汽车的行驶里程比电池电动汽车更长,而且可以在仓库里迅速补充燃料。全世界大约有500辆氢燃料巴士在运行,主要集中在欧洲和北美。JIVE2项目的目标是在14个欧洲城市部署新的公交车(以及它们需要的加油站),包括布莱顿、图卢兹和邓迪。在英国,氢燃料电池公交车已经在阿伯丁投入使用,并正在伦敦进行试验。

公共汽车

叉车

在所有氢气车辆中,叉车是最常见的 - 在全球范围内已经超过25,000。叉车通常用于仓库等封闭空间;氢气燃料电池非常适合这一点,因为它们是安静的,并且不会产生有害的排气烟雾。此外,燃料电池的空间比电池更少,而且他们只需要几分钟的时间来加油。

叉车

火车

火车通常由柴油或电力通过架空线或第三根轨道供电。在这些线路不可用的情况下,电力也可以通过氢燃料电池制成电力。世界上第一个氢火车(由阿尔斯通制造)开始于2018年在德国运行,更多的是在途中。还计划在日本和英国引入氢火车。

火车

氢被用作飞艇升力气体,但它永远也不可能被用作燃料相比,煤油,因为它的低能量密度的大型客机 - 它会为飞机几乎是不可能安全地携带的大量需要长距离飞行的氢燃料。该初创公司ZeroAvia正在开发的六人座氢燃料飞机以500英里的潜在范围,而是商业的氢飞机不可能是司空见惯。

飞机

船只和运输

货船通常由重型燃料油供电,便宜但高度污染 - 运输业产生3%的全球温室气体排放,并被视为清理最困难的部门之一。氢气可用于制造由氢气和氮气制成的有毒工业化学品,通常用于制造肥料。化学式NH3.作为替代燃料,它的能量密度更高,但有毒。在规模较小的情况下,有一些氢轮渡试点项目,例如HyDIME。

船

  • 氢的当前用途今天大多数作出的氢在石油精炼过程或所用肥料的主要化学成分之一
  • 安全法规通过90年的工业经验,已经制定了有关氢的技术和卫生法规
  • 新工作和技能使用更多的氢可能意味着在建筑,制造,工业和工程更多的就业机会

虽然使用氢气的想法可能是一些新的,但氢气已经在工业中使用了几十年来制造各种产品。每年在全球生产7000万吨氢(以及4800万吨,作为其他工业流程的副产品创造),足以加热欧洲的每个家庭。截至2019年,几乎所有这些氢都是由化石燃料含有碳的材料,长期以来由作用于生物体遗骸的地质过程。例子包括煤和天然气.全球氢生产市场正在增长,价值超过1150亿美元(900亿英镑)——如果氢被用于加热和运输等新应用,增长可能会加速。

氢的当前用途

今天,氢最常见的用途是:

1。石油精炼 - 减少燃料中含有的有害硫氧化物的量,以及将原油分成有用碳氢化合物由氢和碳组成的一类化合物例如乙烷和液化石油气
2。由氢气和氮气制成的有毒工业化学品,通常用于制造肥料。化学式NH3.生产——这是化肥的三种关键成分之一。这使得我们能够在通常缺乏关键营养的土地上种植食物
3。甲醇生产 - 用于涂料,织物和纤维的有用的化学物质
4.钢铁生产 - 氢气用于钢制造过程中,工程师正在测试使用它以完全取代煤的方法
5。其他未成年用途包括塑料,树脂,玻璃和硅微芯片的塑料,树脂,扁平片的部分,以及大型电发电机的冷却剂

氢的用途

太空旅行航天飞机

氢气首先用于NASA在20世纪60年代的空间探索,从那时起,它仍然是空间旅行的重要组成部分。美国宇航局和欧洲空间机构都使用氢气作为火箭燃料中的推进剂,因为它非常轻,在高温下燃烧。氢燃料电池一种从氧和另一种物质之间的化学反应中产生电的装置在航天飞机上,三个燃料电池被用来为飞船中的所有电子设备供电。作为奖励,燃料电池产生水作为废物,宇航员可以将其消耗掉。

安全法规

工业公司自20世纪30年代以来一直在使用氢气,当时气体首次用作俄亥俄州顿电力公司的发电机冷却剂。在接下来的几年里,公司和政府共同努力创建法规和代码,以确保使用氢气是安全和低的风险。至少有16个国际机构制定指导和全球范围内的400多个不同标准,支持氢气开发和部署。这涵盖了如何安全地将氢存放氢的一切,以规定使用的管道和阀门类型。虽然这些法规是为企业和行业而设计的,但在新领域使用氢气时,也可以应用这件事,例如安全地加热房屋。

其他工业用途用于氢气

如果目前的趋势继续下去,随着全球每年使用更多的钢铁、甲醇、氨和石油产品,工业所需的氢量势必会增加。氢气也可能有新的用途——因为它在非常高的温度下燃烧,氢气可以在一些高温(超过400°C)的工业应用中完全取代化石燃料,如炼钢和水泥窑炉燃料。

今天制造的大约三分之一的氢是来自工业过程的副产品,例如氯,丙烷和高辛烷燃料的生产。该氢可用于制备甲醇和钢。然而,由于它含有少量的其他气体(二氧化碳,氧气,甲烷或氩气),因此在没有进一步处理的情况下,它不足以用于燃料电池或石油精炼。

新工作和技能工人

氢的支持者争辩说,如果它被广泛使用,它将创造大量的熟练工作。生产和运输氢气可以促进建筑,制造和机械行业;在制造氢气技术,车辆和器具的公司需要技术人员。早期采用氢的国家可能有机会利用知识产权,知识和技能。

在英国,许多新的氢项目基于现有的工业区。这是实用的,因为有密集的能源用户(例如钢铁生产),以及当地人口,具有能够重新培训的技能与氢气合作。通常,由于他们的位置在盐矿附近(储存)和海岸(为),工业中心在地理上有益的位置碳捕获、使用和储存从废气或大气中捕获二氧化碳,然后安全、永久地利用或储存的过程能力)。

示例包括Hynet项目,旨在开发氢气以进行英格兰西北部的加热,电力和运输,预计将在2025年到2025年创建5000项新工作;和零碳亨伯尔项目以英格兰东北部的工业中心为中心,这是一个经济上遭受钢铁,煤炭和制造业的地区,丢失了钢铁,煤炭和制造业。

  • 今天对氢的兴趣虽然今天主要用于行业,但对氢的兴趣正在增长,研究和试点项目在全球范围内涌现
  • 氢是如何最有效的?根据实用性和成本的不同,氢将更适合某些应用

氢气脱颖而出,作为一种吸引力和灵活性能量载体一种含有能量的物质,以后可以转换成其他形式使用.如果生产成本低且清洁,它有可能取代化石燃料,用于那些不容易电气化的应用。然而,它的丰富,低成本和方便化石燃料含有碳的材料,长期以来由作用于生物体遗骸的地质过程。例子包括煤和天然气意味着氢未在工业过程之外广泛使用。由于许多因素,包括减少的需要温室气体捕获热量并将其重新发出进入地球大气的气体,提高全球气温排放,这可能会发生变化。

今天对氢的兴趣

如今,氢是工业中最常用的,主要用于石油精炼和石油生产由氢气和氮气制成的有毒工业化学品,通常用于制造肥料。化学式NH3.和甲醇。此外,若干国家开始增加氢技术和基础设施的发展。不同的国家是用氢气的原因使用 - 它可以满足气候变化和排放目标(欧洲),需要减少携舞煤炭(中国)的依赖或提高低碳运输和发展氢气出口行业的愿望(澳大利亚))。

氢是如何最有效的?

自18世纪发现氢以来,我们已经在很多方面使用氢——给飞艇和飞艇充气,制造化肥,将原油转化为石油产品。然而,氢有更多种应用的潜力,尽管还不清楚哪一种优先。与任何能源一样,氢的用途和价值将取决于若干因素,这些因素因地点、部门和最终用途而异。氢如何继续影响我们的生活将取决于这些新的应用。

一些最重要的因素,即将确定氢的未来作用包括:

成本

预测氢的未来成本很困难,因为它取决于生产方法和价格原料燃料机器或工业过程所需的原料使用可再生电力和水制造的“绿色”氢气目前是最昂贵的。使用天然气制造的“蓝色”氢气被吹捧为一种更便宜的选择,仍然是低碳的(碳捕获、使用和储存从废气或大气中捕获二氧化碳,然后安全、永久地利用或储存的过程(CCUS)技术用于防止温室气体的排放)。然而,CCUS的可用性以及它将如何大规模工作仍然存在问题。

清楚的是,可再生能源,氢气设备和CCU都变得更便宜。乐观的预测期望“绿色”氢气将成本大致减半2030,这将使它与化石燃料的替代品更具吸引力。

气候变化和公众意识

由于极端天气事件,例如野火,洪水和散热器,气候变化已经提高了议程。2019年,高调的气候抗议往往是新闻,由灭绝叛乱和日出运动等团体领导。与此同时,政府和企业开始认识到气候变化的风险以及最终依赖化石燃料的必要性。

一些国家,如英国,法国和挪威,已经致力于在21世纪中叶消除所有温室气体排放的雄心勃勃的目标。为了满足该目标,氢已被引用为必不可少的工具。这可能会推动高于发展中经济体的发达经济体中氢的需求,在那里获得能源或远离煤炭的能源或切换的优先级,而不是脱碳供应。

基础设施和技术发展

公共和私人投资者的支持可以启动建设氢基础设施的过程。与政府一起,对新氢项目的支持可能来自一系列来源,如燃气公司,汽车制造商和工程公司。例如,在2017年成立的氢委员会是一项由在能源,运输和工业中工作的多家公司领导的倡议,并致力于提高氢气和燃料电池的投资。但是,没有一些重大的公共政策或税收干预,不太可能发生私人投资。

基础设施和技术的状态将再次因其而异;与既定气体网格一样的英国等国家可能更有可能寻求替代气体,例如氢气。在更局部规模,由于现有的基础设施或本地劳动力的技能,有重工业的地区可能更适合氢生产。谈到个人运输时,对使用汽车而不是燃料电池的电池有很多兴趣和投资。然而,氢气可能更适合供电的公共汽车,叉车和货运卡车。

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参考文献

五分钟的氢气指南ARUP 2016

HYNET项目,CADENT GAR LTD,2020年

清洁能量SIG:氢气经济《化学工程师》,2020年

低碳经济中的氢,气候变化委员会,2018年

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大热门项目,燃料电池和氢联合承诺(Fch-ju),2020

Hy4Heat项目,hy4heat,2018

HyDeploy项目HyDeploy 2020

氢委员会 - 一种介绍,氢局2020年

氢基础知识,氢欧洲,2017年

氢燃料和氢技术国际能源署(IEA), 2020年

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H21项目《北方天然气网络》,2020

橡子项目,淡蓝点,2020

H100项目,SGN,2020