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綠色氫氣被認為是能源和交通革命的一線希望，但還沒有準備好大規(guī)模生產(chǎn)。原因有很多。目前，氫主要來自化石燃料。
例如，為了運輸?shù)饺剂险?，天然氣必須在昂貴和能源密集的過程中被壓縮或液化。建立儲存大量氫氣的基礎設施需要很高的投資成本。
在未來，分散生產(chǎn)對于全國范圍內(nèi)的氫供應至關重要，理想情況下，可以利用當?shù)乜稍偕茉磳崿F(xiàn)氣候中和。
2020年，格拉茨工業(yè)大學(TU Graz)的研究人員在過程工程師維克多·哈克(Viktor Hacker)的帶領下，與格拉茨的初創(chuàng)企業(yè)Rouge H2 Engineering一起，提出了一種分散制氫的可持續(xù)過程，即所謂的“化學循環(huán)制氫法”。這項研究獲得了幾個獎項，并建成了一個緊湊的、現(xiàn)場按需的氫氣廠，可以從沼氣、生物質(zhì)或天然氣中生產(chǎn)氫氣。
現(xiàn)在，哈克和他的團隊再次讓人們刮目相看。這一次是關于正在進行的Biogas2H2項目的具體成果。在世界上最大的示范工廠之一，他們使用來自現(xiàn)有沼氣廠的沼氣直接生產(chǎn)高純度氫氣，包括對氣體中存在的所有雜質(zhì)進行處理。該項目由奧地利研究促進機構FFG資助。
氫氣是從沼氣中提取的
格拉茨理工大學化學工程與環(huán)境技術研究所維克托·哈克:
“我們成功地證明了化學循環(huán)系統(tǒng)可以集成到現(xiàn)有的沼氣廠?！?/span>
“燃料電池用的高純氫是由真正的沼氣生產(chǎn)出來的，不僅是在實驗室，而且是在工業(yè)規(guī)模上?！?/span>
真正的沼氣來自豬糞、甘油材料、青貯玉米和谷物殘渣，來自斯提里安南部的一家公司Okostrom Mureck GmbH。在那里，他們對額外的產(chǎn)出非常感興趣?！俺税l(fā)電，利用沼氣生產(chǎn)綠色氫氣用于可持續(xù)交通當然是非常令人興奮的，”該公司董事總經(jīng)理卡爾·托特(Karl Totter)說。
Rouge H2 Engineering和TU Graz于2021年夏天在該公司的Mureck工廠建造了示范工廠，該工廠將用于測試，直到10月底。這個10千瓦的發(fā)電廠將1%的沼氣(大約每分鐘30升)轉(zhuǎn)移到蒸汽中。
混合物流入反應堆。在那里，沼氣被改造，合成氣被生產(chǎn)出來。然后這種氣體將氧化鐵還原為鐵。然后蒸汽進入反應堆，將鐵氧化為氧化鐵。這將釋放99.998%的純氫。
可供商業(yè)使用
鐵/蒸汽工藝達到75%的效率。
Rouge H2項目經(jīng)理Gernot Voititic評論道:
“如果我們不再只使用1%的沼氣，而是將來自Mureck沼氣廠(約480 m3 / h)的整個沼氣流通過擴大規(guī)模的化學循環(huán)廠，我們可以實現(xiàn)一個3兆瓦的氫氣廠?！?/span>
“這意味著這項技術現(xiàn)在已經(jīng)商業(yè)化。我們還可以從真正的沼氣中大量生產(chǎn)分散的氫氣。我們的工廠只是需要一點空間。因此，我們可以立即接受沼氣行業(yè)的訂單?！?/span>
這種分散生產(chǎn)也對氫的價格產(chǎn)生了積極影響，從而促進了氫的購買。哈克補充說:“目前，氫氣站提供的價格是每公斤10歐元。作為我們研究項目的一部分的經(jīng)濟分析預測，從我們的工藝中分離出來的氫將以每公斤5歐元的價格具有競爭力。這使得該工藝與電解(5-12歐元/公斤)等其他技術相比具有競爭力?！?/span>
壓力的問題
該技術已被證明是有效的，可以順利地集成到現(xiàn)有的沼氣廠。然而，關鍵問題仍然是全國性的供應。這些問題包括:未來應該用氫做什么?還有誰會主動投資這個行業(yè)?
除了從沼氣中生產(chǎn)氫氣的工廠外，還將安裝一個氫氣充電站的想法是顯而易見的。但問題的關鍵在于，氫動力汽車目前必須以700巴的速度加油，維克多·哈克解釋說:“為了讓盡可能多的氫進入最小的油箱，以達到吸引人的續(xù)航里程?！?/span>
化學回收裝置在高達100巴的壓力下生產(chǎn)氫氣，這相對較高，但不足以補充氫燃料。將氫壓縮到700巴是復雜和昂貴的。
“這種壓縮過程必須在某個地方進行，要么直接在生產(chǎn)現(xiàn)場進行，要么最遲在加油站進行。當然，加油站也可以提供瓶裝氫。成本將會增加，這將把我們帶回汽油價格?！?/span>
從技術上講，這樣的壓縮是不必要的:原則上，燃料電池汽車可以以最少兩巴的速度行駛——只是跑不了多遠。因此，由沼氣廠直接分散生產(chǎn)氫氣，如氫動力拖拉機(目前市場上很少有)或氫動力物流車輛，如叉車，將有助于縮短旅程。
生產(chǎn)氫氣的“沼氣廠”的其他可能性包括為進一步運輸?shù)臍馄砍錃?，用管道將氫氣直接輸送到家庭，或?qū)⑵溆糜诠I(yè)生產(chǎn)。
Karl Totter:“對于Okostrom Mureck GmbH來說，道路是非常明確的:我們可以很好地想象使用我們的沼氣生產(chǎn)氫氣，并在我們的場地上增加一個相應的工廠?！?/span>
“但總得有人從我們這里買氫。在需求方面，我們?nèi)孕枰扇∫恍┬袆?，以便進行進一步投資?！?/span>
對于格拉茨科技大學的氫研究來說，重點不再是技術的應用——這是Rouge H2項目的切入點——而是它的進一步發(fā)展。具體來說，項目接受者(由奧地利科學基金會FWF資助)于2021年9月啟動。維克多·哈克和他的團隊將專注于延長反應堆中鐵基材料的壽命。
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