氫能的開發(fā)和利用受到美、日 、德、中、加等國家的高度重視 ,以期在 21世紀中葉進入“氫能經(jīng)濟”時代 。氫能利用需要解決以下 3 個問題:氫的制取 、儲運和應用 ,而氫能的儲運則是氫能應用的關(guān)鍵 。
隨著經(jīng)濟全球化和人民生活水平的提高，人類對能源的需求與日俱增。能源是社會發(fā)展的推動力，目前，世界使用的主要能源為煤、石油、天然氣等。但這些均為不可再生資源，同時燃燒時會造成環(huán)境污染、全球變暖、霧霾等一系列問題，影響人們的生存環(huán)境。人類需發(fā)展新型的清潔高效能源取代傳統(tǒng)化石燃料。氫能作為化石燃料的首選替代品，引起世界各國密切關(guān)注，氫能應用技術(shù)正迅速發(fā)展，氫能的發(fā)展必將帶動儲氫材料行業(yè)繁榮。
儲氫材料一類能可逆地吸收和釋放氫氣的材料。最早發(fā)現(xiàn)的是金屬鈀，1體積鈀能溶解幾百體積的氫氣，但鈀很貴，缺少實用價值。儲氫材料行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)中，上游的參與主體主要為含碳有機物、金屬、烯烴、炔烴、芳烴等有機物等原材料;中游則為儲氫材料的生產(chǎn)、制造;下游為新能源汽車、電池、發(fā)電、供暖等領(lǐng)域。
隨著燃料電池技術(shù)的日益成熟與發(fā)展，以氫氣為燃料的電動汽車也將迅速發(fā)展起來，這就要求必須有安全高效的貯氫系統(tǒng)與之相匹配。傳統(tǒng)的液態(tài)及高壓氣態(tài)貯氫方式由于成本、質(zhì)量、體積大小以及安全性等因素限制，無法應用于車載貯氫系統(tǒng)。相比之下，金屬氫化物作為一種新型的能源材料，具有貯氫密度高、安全高效及環(huán)境友好等優(yōu)點，將成為未來車載燃料電池的氫載體，所以儲氫材料的重點投資區(qū)域應在一線城市，尤其是新能源汽車行業(yè)地區(qū)。
隨著工業(yè)的發(fā)展和人們物質(zhì)生活水平的提高 ,能源的需求也與日俱增。由于近幾十年來使用的能源主要來自化石燃料(如煤、石油和天然氣等),而其使用不可避免地污染環(huán)境 ,再加上其儲量有限 ,所以尋找可再生的綠色能源迫在眉睫。氫能作為一種儲量豐富、來源廣泛、能量密度高的綠色能源及能源載體,正引起人們的廣泛關(guān)注 。
氫能的開發(fā)和利用受到美、日 、德、中、加等國家的高度重視 ,以期在 21世紀中葉進入“氫能經(jīng)濟”時代 。氫能利用需要解決以下 3 個問題:氫的制取 、儲運和應用 ,而氫能的儲運則是氫能應用的關(guān)鍵 。氫在通常條件下以氣態(tài)形式存在, 且易燃、易爆、易擴散 ,使得人們在實際應用中要優(yōu)先考慮氫儲存和運輸中的安全、高效和無泄漏損失,這就給儲存和運輸帶來很大的困難 。
液態(tài)有機儲氫是通過不飽和液體有機物與氫進行可逆反應，即脫氫反應和加氫反應。液態(tài)有機儲氫具有儲氫量大，可重復利用，儲運安全等優(yōu)點。目前，常用的有機材料是烯烴、炔烴、芳烴等不飽和有機液體，但從儲存過程的能耗，儲氫量等方面考慮，最佳的儲氫溶劑為芳烴，是一個理想的有機儲氫材料。
根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2023-2028年國內(nèi)儲氫材料行業(yè)發(fā)展趨勢及發(fā)展策略研究報告》顯示：
碳質(zhì)儲氫材料具有易解吸、吸氫量大、質(zhì)量輕等特點，是一種非常具有應用前景的物理吸附儲氫方式，其中活性炭儲氫最為突出。活性炭的儲氫機理是依靠材料的孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積和表面官能團。研究表明，在常壓和低溫條件下，活性炭的儲氫量與其比表面積和微孔孔容成正相關(guān)關(guān)系，孔徑在0.6～0.7nm時對儲氫量的貢獻最大，儲氫質(zhì)量分數(shù)可達到6%～7%。
目前世界上已經(jīng)研制出多種儲氫合金，按儲氫合金金屬組成元素的數(shù)目劃分，可分為：二元系、三元系和多元系;按儲氫合金材料的主要金屬元素區(qū)分，可分為：稀土系、鎂系、鈦系、釩基固溶體、鋯系等;而組成儲氫合金的金屬可分為吸氫類(用A表示)和不吸氫類(用B表示)，據(jù)此又可將儲氫合金分為：AB5型、AB2型、AB型、A2B型。我國稀土儲量豐富，為儲氫材料行業(yè)的發(fā)展提供充足的原材料市場保證。2020年全球稀土資源儲量為12000萬噸，我國稀土資源儲量為4400萬噸，我國占全球稀土資源總儲量的36.67%，但儲氫材料成本偏高是制約其發(fā)展的一個重要因素，2020年，我國儲氫材料產(chǎn)量1.23萬噸，較2019年有所下降。
2020年我國儲氫材料行業(yè)產(chǎn)量1.23萬噸，其中，稀土儲氫材料產(chǎn)量1.11萬噸;其他儲氫材料產(chǎn)量0.12萬噸。2020年我國儲氫材料行業(yè)需求量約1.22萬噸，其中，消費型鎳氫領(lǐng)域需求量為0.97萬噸，占比79.51%;新能源汽車及其他領(lǐng)域需求量為0.25萬噸，占比20.49%。稀土儲氫材料是目前唯一實現(xiàn)大規(guī)模商用化的儲氫材料，市場規(guī)模與產(chǎn)量占據(jù)主導性地位。2020年我國儲氫材料市場規(guī)模為7.62億元，其中，稀土儲氫材料市場規(guī)模為6.9億元，占比90.55%;其他儲氫材料市場規(guī)模為0.72億元， 占比9.45%。
目前儲氫材料研究已經(jīng)取得了很多重大突破，為儲氫材料的研究開拓了新的領(lǐng)域。未來儲氫材料研究發(fā)展的新方向是以開發(fā)安全高效的復合儲氫材料為前提，實現(xiàn)儲氫材料的規(guī)模化制備與可循環(huán)利用。經(jīng)過國內(nèi)外研究者的共同努力，相信氫能在時代中將會扮演重要的角色。 預計未來幾年儲氫材料市場規(guī)模將穩(wěn)步增長，2027年我國儲氫材料市場規(guī)模有望突破14.82億元。
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黃文玉
