甲酸——新型有机液体储、运、制氢
24-06-20
根据产业链划分，氢能可以分为上游的氢气制备、中游的氢气储运和下游的氢气应用等众多环节，全产业链条长、难点多。目前，燃料电池的发展迅速，其寿命及成本控制都有了长足的发展，但氢储运环节仍发展较为滞后，成为限制高效利用氢能的瓶颈。在成本方面，氢气储运成本占总成本约30%。技术方面，要提高氢气能量密度，国际能源署（IEA）规定体积储氢密度标准达到50kg/m3。经济高效是氢能储运未来发展趋势。
氢气作为易燃气体，属于Ⅰ类危险品（非燃料），与空气混合形成爆炸性混合物，遇热即发生爆炸，因此对运输安全要求极高。因此经济性是制约氢能源大规模应用的重要因素。
氢储运技术丰富多样，协同发展
在氢气的储存方面，根据氢气状态不同，可以分为气态储氢、液态储氢和固态储氢等形式。从技术发展方向来看，高压气态储氢由于常温即可实现快速充放氢，在成本方面具备优势，是中国现阶段主要的氢储运方式。但缺点在于单位体积储氢量较低，且对高压储氢罐存在较高的技术要求。低温液态氢储运在中国主要应用于军事与航天工业，但能满足大规模、长距离氢能的需求，虽然目前应用不广泛，不过仍有逐步商业化的趋势。有机液体储氢技术可以利用传统的石油基础设施进行运输、加注，方便建立像加油站那样的加氢网络，相比其他技术而言有独一无二的安全性和运输便利性，未来会极具应用前景。固态储氢应用在燃料电池汽车上优点明显，但储氢密度较小，尚处于技术攻克阶段，短期内应用范围不大。
有机液态氢储运技术的独特优势
当前高压气态储氢是主流，但是因为安全性其发展一直受到限制，且储氢密度较低，不适合大规模长距离运输；低温液态储氢由于高成本、储运难度大，在国内的发展面临重重困难；液态有机储氢技术在安全性、储氢密度、储运效率上极具优势，在我国70MPa高压储氢和低温液态储氢均发展滞后的前提下，有望异军突起，成为未来我国氢气储运的主要方式之一。
相较于其他储氢技术，有机液体储氢技术有几个非常重要的优势：
1. 有机液体储氢技术体积储氢量密度比高压气态储氢。
2. 有机液体储氢技术可以利用传统的石油基础设施进行运输、加注，方便建立像加油站那样的加氢网络，相比其他技术而言有独一无二的便利性。
3. 有机液体储氢技术可以有效降低成本，耗能低。
同时，有机液体储氢技术也有一些亟待解决的问题：
1. 技术上操作条件苛刻，加氢和脱氢装置较复杂；
2. 脱氢反应要在低压高温下进行，反应效率较低，容易发生副反应；
3. 氢气纯度不高，有机率发生副反应，产生杂质气体。
4. 反应过程要使用催化剂，且催化剂活性不够稳定，易被中间产物毒化，高温条件容易失活；
新型有机液态氢储运技术：甲酸制氢
有机液体储氢的关键在于选择合适的储氢介质。甲酸（HCOOH）是一元有机羧酸，其来源广泛，成本低，除了可以通过传统化石能源获得，还可以通过太阳能、风能、生物质等可再生能源获得。甲酸作为液体储存和运输的安全性和便捷性都是得天独厚的，其体积储氢密度标准达到53 g/L，比常用的高压气态储氢高，虽然不及其他含氢有机液体，但是常温常压下即可实现氢气的制取，明显优于液化（多级压缩且冷却能耗巨大）、高压（安全性无法保证）和其他储氢技术（高温重整）。
1. 在储氢密度上，甲酸制氢的储氢量密度比高压气态储氢高，国际通用的700个大气压下，储氢密度为39 kg/m3。中国目前采用350个大气压，储氢密度为20 kg/m3。而甲酸(HCOOH,FA)储氢密度高可达53 kg/m3，储氢能量密度高，一旦技术成熟，前景将非常广阔。创建于2019年的固洛潽能源科技专注于甲酸重整制氢及发电技术，通过连续供应甲酸水溶液，使用15毫克的催化剂，成功地以每小时生成50升氢气的效率连续制氢100个小时以上。
2. 在基础设施建设上，甲酸常温常压下为液体，可以利用传统的石油基础设施进行运输、加注，方便建立像加油站那样的加氢网络，相比其他技术而言有独一无二的便利性。传统氢气运输采用约20兆帕的高压储氢长管拖车，其氢气装卸过程繁琐：包含加压、装载、运输、卸压等多步过程（单次充/放一车氢气所耗时间约4-5小时），成本十分高昂（运输成本：9-10元/kg氢气/100公里），且储力十分低下(以30吨载重量的长管拖车为例，仅能携带300Kg氢气)，便捷性差。
3. 甲酸的储存、运输和制氢都可以在常温常压下实现，耗能低，可以有效降低成本。相比于低温液态储氢要求极低氢液化温度－253℃，甲酸常温常压下为液体，储存条件也是常温常压，并且在催化剂的作用下，在常温常压下就可分解成氢气和二氧化碳：HCOOH ==> H2
4. 有机液体储氢方式跟所选择的储氢载体和催化剂有关。甲酸制氢的应用比较长时间处于理论研究，主要受制于催化剂。固洛潽能源科技拥有世界首款，目前中国唯一准商业化的甲酸制氢催化剂技术，该催化剂具有稳定性好、活性好的特点，制氢的纯度可达99.99%。
