爱游戏ayxapp

氢气终于来了吗?

氢气可以为我们所有人提供更环保的未来,但利用其全部潜力需要一定程度的技术理解

托德·埃尔顿 2020年11月24日
礼貌:霍尼韦尔热溶液

宇宙中最丰富的元素,氢气,尚未实现努力打击全球气候变化的机会。这是因为当使用诸如风或太阳能的可再生能源生产时,氢燃烧不会发出二氧化碳,使其可能在下一代清洁能源网络中发挥的核心作用。

利用它的潜力,越来越紧迫。从森林火灾点燃美国西部和澳大利亚的干旱,越来越摧毁了加勒比飓风和南极冰盾的融化,我们每年全球发出的数十亿吨二氧化碳正在造成损失。

公共支持减少气候变化的影响从未如此升高,即使没有立法或限制施加的限制。That sentiment is reflected in increasingly stringent regulations such as the European Community’s commitment to reduce carbon dioxide emissions by around 40% in 2030 and achieve carbon neutrality by 2050. However, to successfully meet these targets, hydrogen and other alternative energy sources must transition from trials into the mainstream. There is consensus between the scientific and economic communities that hydrogen can move us to a carbon-neutral future without sacrificing the flexibility, safety, efficiency and performance required to serve residential and industrial energy consumers.

让我们仔细看看一些关键问题,考虑因素和挑战,使氢在日常应用和工业过程中。

氢与天然气

值得从一些关于氢的基础知识开始,特别是它如何与天然气相比。在体积的基础上,氢的加热值约为天然气的三分之一,并且燃烧时,产生纯净的普通水蒸气。但与石油和天然气不同,氢本身不是燃料;这是一种储存和运输能量的一种方式,这对于可再生能源尤为重要。

由一个质子和一个电子组成,氢是无色的,无味,无味,无毒和无毒。它比天然气轻八倍,速度快八倍,这导致火焰长度缩短。与天然气和许多其他碳燃料不同,氢气在减小压力时加热。点燃所需的火花能量比天然气低15倍。

与天然气相比,氢气具有宽的可燃率范围。而天然气在气体和空气混合物中的四个和16体积%的气体之间是易燃的,而氢气在等效混合物中在4和77体积%的氢之间易燃。

图1:燃烧器烧制天然气与氢气 - 左右:100%天然气,40%天然气/ 60%H2,20%天然气/ 80%H2,100%H2。礼貌:霍尼韦尔热溶液

图1:燃烧器烧制天然气与氢气 - 左右:100%天然气,40%天然气/ 60%H2,20%天然气/ 80%H2,100%H2。礼貌:霍尼韦尔热溶液

氢气对清洁能量的传输保持了重要的承担,但鉴于其可燃性,必须与其他燃料相比非常不同地处理和处理。

解决工业排放量

氢气为工业部门提供最大的变革性影响,因为世界上大约三分之二的非农业相关的二氧化碳排放由化石燃料在运输和发电厂的燃烧产生。另外25%的热电设备在制造业和商业加热中跨各种应用。这些热电设备中的大部分是天然气燃气(近90%),只有一小部分就被燃油。

氢气有可能降低或甚至消除这些应用中的碳排放。例如,通过从天然气到氢气到氢气的24小时,通过将2500万BTU / H低加热值(LHV)(约7.5mW)(约7.5mW)燃烧器的燃烧器切换为2500万BTU / H低加热值(约7.5mW)燃烧器,这是一种大规模的33公吨二氧化碳每天可以节省排放。

由政府立法和公众舆论推动,能源公司逐步从化石燃料发电厂迁移到可再生形式的风能和太阳能。然而,这些可再生能源的不可预测波动导致对如何在长期匹配能源需求的如何与能源需求相匹配的关注。但是,在这里,绿色氢气作为能量缓冲或载体提供显着的值。

行业直接移动到氢气中还不是可行的,因此他们通过将氢气与天然气混合的方式与乙醇混合在一些部门的情况下进行第一步。合并,两种燃料产生较少的二氧化碳,水平由加入的氢量决定。例如,如果将20%氢和80%天然气的混合物在1000万BTU / H LHV(约3,200kW)下连续烧制,则每天减少约1公吨二氧化碳,这将是相当于每年近350吨二氧化碳(见图1)。

最初,能源公司计划将10%〜20%的氢混合到现有的天然气分销网络中,以降低各种工业,商业和住宅供热应用的排放。然而,当预期为高温钢和金属应用准备时,实际产业转向氢气将发生在2030和2035之间,此后的温度较低的温度应用。我们将在哪里网?为其部分,以满足联合国COP21巴黎气候协议下的长期义务欧洲联盟预计氢气将占2050年大约四分之一的能量组合。与此同时,我们可以期望在高温和低温工业应用中看到许多试点项目。

克服收养的障碍

迄今为止,氢气的主流应用已被各种因素储存,包括缺乏基础设施,有限的生产能力,高成本和独特的属性,使元素棘手棘手。然而,平衡现在朝着氢气推进的未来推出。

基本挑战是如何安全运输和储存氢的。虽然过去的基础设施有限,但正在建造新的传输网络和存储设施以适应氢气(见图2)。能源公司通过实现它们的天然气网格,可以适应以可接受的成本适应氢。例如,欧洲有一个巨大的气体网格,可以相对较快地转换,并且正在进行单独的举措来创造100%的氢气动力的能量网格。

图2:正在构建传输网络和存储设施以适应氢气。礼貌:霍尼韦尔热溶液

图2:正在构建传输网络和存储设施以适应氢气。礼貌:霍尼韦尔热溶液

同时,氢的成本正在下降,预计未来十年将继续这样做。事实上,今年氢气委员会报告说,氢气将在22个行业应用中竞争其他低碳替代品,甚至一些常规能源到2030年

对氢的进一步挑战已经缺乏机械和部件,从中利用它来制造商品,具体地,通过需要热量的热电设备。但是,等公司霍尼韦尔热解正在快速扩展其解决方案组合,以包括备用燃烧器,阀门,燃烧控制和其他特种设备。

值得注意的最终挑战是没有X由于更快的火焰速度和氢气相关的火焰温度和更快的火焰速度,用氢燃烧产生的排放量大于天然气。通常,没有X随着氢气的增加,氢气增加,具有高达约60%的氢气的氢气增加。影响没有X根据燃烧器设计,氢气的混合物可能会变得非常戏剧。第n个法规X排放越来越严格,也是更广泛的。碳的收敛性和没有X当较高浓度的氢达到更广泛的采用时,排放法规可能需要开发新的燃烧技术。

处理非凡的护理

除了氢生产的技术和成本障碍之外,应该处理和加工的方式与其他燃料不同。由于其特殊性,必须采取广泛的预防措施来安全地利用。

首先,由于燃料的易燃性高,必须与其天然气对应物不同地设计氢气燃烧系统。他们必须在提案和执行阶段进行广泛的风险评估,以满足氢申请安全要求,并遵守当地的安全规范和标准。此外,氢气的宽度可燃范围,高火焰速度和低点火温度需要适当的电气设计和接线原理,特别注意吹扫,比率控制,温度保护和燃烧器管理功能。

此外,了解燃烧器可以在氢气上安全可靠地发射一件事;知道其对应用的影响是另一个。在氢气上烧制燃烧器时,与天然气的相同燃烧器相比,燃烧特性不同。燃烧性,燃烧反应的速度,火焰亮度,火焰长度和烟道气组成的变化的差异影响了产品的加热方式以及如何构造燃烧室或烤箱以适应它们。

在氢气上试火燃烧器非常重要,并确保诸如混合板或混合锥体和气体喷嘴材料和端口的关键部件是使氢燃烧保持稳定和安全,而不会过热甚至破坏设备的部件。

最后的想法

经过几十年的猜测和理论,氢气可以在清洁能源网络中发挥作用,我们终于近在咫尺。鉴于急性气候变化的压力,采用障碍递减和更好的行业理解如何安全地处理氢并充分发挥其充分潜力,越来越多地看起来像氢气确实为我们所有人提供更绿色的未来。


托德埃尔顿
作者生物:Todd Ellerton是霍尼韦尔热解决方案提供管理的总监。在https://thermalsolutions.honeywell.com/zerocarbon中了解有关公司的更多信息