當(dāng)前，全球都在開(kāi)發(fā)氫能并將其作為一種清潔能源，以減少對(duì)化石燃料的依賴。在層出不窮的氫能源新技術(shù)中，有一個(gè)大家意想不到的領(lǐng)域，那就是煤炭。近期，美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，煤炭可能是一種儲(chǔ)存氫氣的潛在方式，就像電池儲(chǔ)存能量供未來(lái)使用一樣，這解決了開(kāi)發(fā)清潔能源供應(yīng)鏈的一個(gè)重要障礙。

　　“我們發(fā)現(xiàn)煤炭可以成為地質(zhì)氫能電池。”賓夕法尼亞州立大學(xué)能源與礦業(yè)工程副教授劉世民說(shuō)，“我們可以注入和儲(chǔ)存氫能，并在需要時(shí)使用�！�

煤炭可以作為地質(zhì)儲(chǔ)氫的選擇

　　氫氣是一種清潔燃料，在全球經(jīng)濟(jì)中最耗能的領(lǐng)域——交通、電力生成和制造業(yè)中有很大潛力。但是科學(xué)家們表示，要建立氫能基礎(chǔ)設(shè)施并使其成為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠和可靠的能源來(lái)源，還有很多工作要做。

　　科學(xué)家們的研究還包括開(kāi)發(fā)儲(chǔ)存氫氣的方法，目前的氫能開(kāi)發(fā)方法成本高昂且效率低下�？茖W(xué)家們表示，與地質(zhì)構(gòu)造結(jié)合是一個(gè)合適的選擇，因?yàn)榈刭|(zhì)構(gòu)造中可以儲(chǔ)存大量的氫氣，以滿足每天或季節(jié)性變化的能源需求的峰谷起伏。

　　“我們對(duì)煤炭進(jìn)行了深入研究，因?yàn)閺拿禾恐猩虡I(yè)化生產(chǎn)天然氣已有近半個(gè)世紀(jì)的歷程�！眲⑹烂裾f(shuō)，“我們對(duì)這一過(guò)程有所了解，并且曾經(jīng)建造過(guò)大量基礎(chǔ)設(shè)施。我認(rèn)為，煤炭將是進(jìn)行地質(zhì)氫能儲(chǔ)存的合理選擇�！�

　　為了驗(yàn)證這一推論，科學(xué)家們分析了來(lái)自美國(guó)各地的八種煤炭，以更好地了解它們的吸附和擴(kuò)散潛力，亦即它們能夠儲(chǔ)存多少氫氣。

　　科學(xué)家們?cè)凇稇?yīng)用能源》雜志上報(bào)告稱，所有八種煤炭都表現(xiàn)出了可觀的吸附特性，來(lái)自弗吉尼亞?wèn)|部的低揮發(fā)分無(wú)煙煤和來(lái)自賓夕法尼亞?wèn)|部的無(wú)煙煤在測(cè)試中表現(xiàn)最好。

　　“從科學(xué)角度來(lái)看，煤炭極有可能是地質(zhì)儲(chǔ)存的首選。我們發(fā)現(xiàn)煤炭?jī)?yōu)于其他地質(zhì)構(gòu)造，并且在全國(guó)范圍內(nèi)和人口密集地區(qū)易于獲取�！�

已耗盡煤氣層更適于儲(chǔ)氫

　　研究發(fā)現(xiàn)，已耗盡的煤氣層儲(chǔ)庫(kù)可能是最佳的選擇。這些煤層包含類似甲烷的非常規(guī)天然氣，幾十年來(lái)已成為重要的化石燃料能源來(lái)源。甲烷會(huì)附著在煤炭表面，這個(gè)過(guò)程稱為“吸附”。

　　同樣，將氫氣注入煤炭會(huì)使氫氣被吸附或附著在煤炭上。這些構(gòu)造通常在頂部有一層頁(yè)巖或泥巖，起到密封作用，使甲烷（或在這種情況下的氫氣）密封存儲(chǔ)，直到需要時(shí)再抽取出來(lái)。

　　“很多人把煤炭定義為一種巖石，但實(shí)際上它是一種聚合物。煤炭具有高碳含量，并有許多小孔，可以儲(chǔ)存更多氣體。因此，煤炭就像一個(gè)海綿，相比其他非碳材料，它可以容納更多的氫分子。”劉世民解釋道。

　　與其他吸附氣體如甲烷和二氧化碳相比，煤炭與氫氣的親和力較弱，傳統(tǒng)的壓力設(shè)備無(wú)法確定吸附特性。因此，科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了一種新穎且具有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)設(shè)備�！拔覀儽仨毟鶕�(jù)以前對(duì)煤炭和頁(yè)巖的研究經(jīng)驗(yàn)，合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并進(jìn)行試驗(yàn)。”

　　根據(jù)科學(xué)家們的研究結(jié)果，無(wú)煙煤和半無(wú)煙煤是儲(chǔ)存氫氣于已耗盡煤層的良好候選材料，而低揮發(fā)分無(wú)煙煤則更適合儲(chǔ)存氫氣于含氣煤層。

采礦區(qū)儲(chǔ)氫將改善當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)狀況

　　在煤炭采礦社區(qū)開(kāi)發(fā)氫氣儲(chǔ)存技術(shù)可以為這些地區(qū)帶來(lái)新的經(jīng)濟(jì)機(jī)遇，同時(shí)也有助于建立國(guó)家級(jí)的儲(chǔ)氫基礎(chǔ)設(shè)施。

　　“在能源轉(zhuǎn)型過(guò)程中，煤炭采礦社區(qū)在經(jīng)濟(jì)上受到的影響最大，將氫氣儲(chǔ)存于煤炭中有助于推動(dòng)清潔能源的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，這無(wú)疑是重塑煤炭采礦地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要機(jī)遇。”劉世民認(rèn)為，煤炭領(lǐng)域的人才擁有專業(yè)知識(shí)和能源工程的專業(yè)技能，通過(guò)煤炭領(lǐng)域和采礦地區(qū)既有的基礎(chǔ)設(shè)施增加發(fā)展機(jī)會(huì)，將有利于改善當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)狀況。

　　科學(xué)家們表示，未來(lái)該項(xiàng)目研究工作將集中在煤炭的動(dòng)態(tài)擴(kuò)散性和動(dòng)態(tài)滲透性上，這些特性決定了氫氣注入和抽取的速度。

作者：吳奇之 來(lái)源：中國(guó)石化網(wǎng) 責(zé)任編輯：jianping