1.6　氫氣的運(yùn)輸

氫氣輸送也是氫能系統(tǒng)中的關(guān)鍵之一，它與氫的儲(chǔ)存技術(shù)密不可分。按照運(yùn)輸時(shí)氫氣所處的狀態(tài)不同，可以分為氣氫（GH₂）輸送、液氫（LH₂）輸送和固氫（SH₂）輸送，目前大規(guī)模使用的是氣氫輸送和液氫輸送。

1.6.1　氣氫（GH₂）輸送

根據(jù)氫氣的輸送距離、用氫要求和用戶的分布情況，氣氫可以用管網(wǎng)輸送，也可以用儲(chǔ)氫容器裝在車、船等運(yùn)輸工具上進(jìn)行輸送，氣瓶和管道的材質(zhì)一般使用鋼材。高壓鋼瓶或鋼罐裝的氫氣通常用卡車或船舶等交通運(yùn)輸工具運(yùn)至用戶，儲(chǔ)氫質(zhì)量只占運(yùn)輸質(zhì)量的1%～2%，此法不太經(jīng)濟(jì)，適合于用戶數(shù)量比較分散的場(chǎng)合。管道輸送適合于短距離、用量較大、用戶集中、使用連續(xù)而穩(wěn)定的地區(qū)。

雖然氫氣有其獨(dú)特的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，但它的儲(chǔ)存和輸運(yùn)所需的技術(shù)條件卻與儲(chǔ)存和輸運(yùn)天然氣的技術(shù)大致相同，因此，氫氣可以利用現(xiàn)有的輸送天然氣和煤氣的管道，稍加改造，就可用于輸氫。但要注意的是，氫氣的發(fā)熱量為10.05MJ/m³，約為天然氣的1/3，要輸送相同能量，需加粗管道或提高壓力，同時(shí)還需要采取措施預(yù)防氫脆所帶來的腐蝕問題。與天然氣管道輸送相比，氫氣的管道輸送成本要高出50%，主要原因是壓縮含能量相同的氫氣所需要的能量是天然氣的3.5倍。經(jīng)過壓力電解槽或天然氣重整中的PSA工序，可獲得壓力為2～3MPa的氫氣，最多可使壓縮過程的成本為原來的1/6。

目前，全球用于輸送氫氣（工業(yè)用）的管道總長(zhǎng)度已超過1000km，主要位于北美和歐洲（法國、德國、比利時(shí)）。操作壓力一般為1～3MPa，輸氫量310～8900kg/h。德國擁有210km輸氫管道，直徑0.25m，操作壓力2MPa，輸氫量8900kg/h；法國Air Liquide公司目前擁有從法國北部延伸到比利時(shí)的輸氫管道400km；美國的輸氫管道總長(zhǎng)度達(dá)到了720km。

1.6.2　液氫（LH₂）輸送

運(yùn)輸液態(tài)氫氣最大的優(yōu)點(diǎn)是能量密度高（1輛拖車運(yùn)載的液氫相當(dāng)于20輛拖車運(yùn)輸?shù)膲嚎s氫氣），適合于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸（在不適合鋪設(shè)管道的情況下）。但是由于液氫與環(huán)境之間存在很大的傳熱溫差（氫氣沸點(diǎn)20.38K，汽化潛熱0.91kJ/mol），很容易導(dǎo)致液氫汽化，即使儲(chǔ)存液氫的容器采用真空絕熱措施，仍然使液氫難以長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存。若氫氣產(chǎn)量達(dá)到450kg/h、儲(chǔ)存時(shí)間為1天、運(yùn)輸距離超過160km，則采用液氫的方式運(yùn)輸成本最低，金屬氫化物運(yùn)輸方式也很有競(jìng)爭(zhēng)力。運(yùn)輸距離若達(dá)到1600km，液氫運(yùn)輸?shù)某杀緸榻饘贇浠锏?/5，為壓縮氫氣的1/8。

液氫可使用拖車（360～4300kg）或火車運(yùn)輸（2300～9100kg），蒸發(fā)速度為每天0.3%～0.6%。

目前，歐洲使用低溫容器或拖車運(yùn)輸?shù)囊簹潴w積為41m³或53m³，溫度為20K。更大體積的容器（300～600m³）僅用于太空計(jì)劃。歐洲EQHHP計(jì)劃和日本W(wǎng)ENET計(jì)劃正在設(shè)計(jì)容積為3600m³、2400m³、50000m³和100000m³的大型液氫海洋運(yùn)輸容器，液氫蒸發(fā)時(shí)間設(shè)計(jì)值需達(dá)到30～60天（即充入液氫30～60天后方產(chǎn)生蒸發(fā)損失）。未來的液氫輸送方式還可能包括管道運(yùn)輸，盡管這需要管道具有良好的絕熱性能。此外，未來的液氫輸送管道還可以包含超導(dǎo)電線，液氫（20K）可以起到冷凍劑的作用，這樣在輸送液氫的同時(shí)，還可以無損耗地傳輸電力。

1.6.3　固氫（SH₂）輸送

用金屬氫化物儲(chǔ)氫桶（或罐）進(jìn)行儲(chǔ)氫可得到與液氫相同或更高的儲(chǔ)氫密度，可用各種交通工具運(yùn)輸，安全而經(jīng)濟(jì)。

根據(jù)用途不同，固氫（SH₂）輸送主要可分為固定式和移動(dòng)式兩類。固定式儲(chǔ)氫裝置一般采用不銹鋼列管結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝復(fù)合儲(chǔ)氫材料。迄今為止，研制的最大容量的儲(chǔ)氫容器是由德國制造的2000m³的TiMn₂型多元合金氫儲(chǔ)存裝置。移動(dòng)式儲(chǔ)氫裝置要兼顧儲(chǔ)存與運(yùn)輸，因而要求儲(chǔ)氫容器一方面要輕，而另一方面儲(chǔ)氫量要大。日本使用LaNi₅系合金，已開發(fā)出一種商用金屬氫化物氫集裝箱。該集裝箱放置于一輛4.5t的卡車上，由6臺(tái)儲(chǔ)氫容器并聯(lián)組成，每臺(tái)儲(chǔ)氫容器的儲(chǔ)氫量為70m³。該容器的設(shè)計(jì)工作壓力為5MPa，共輸氫420m³。與高壓鋼瓶相比，采用這種集裝箱輸送氫不但使輸送能力大為提高，而且降低了運(yùn)輸成本，并保證了安全。

目前，金屬氫化物儲(chǔ)氫主要用于交通工具的氣源，其儲(chǔ)氫性能還無法完全滿足交通工具對(duì)氣源的要求，新型儲(chǔ)氫合金等儲(chǔ)氫材料正在進(jìn)行研究，有望在近幾年內(nèi)達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用技術(shù)水平。

雖然氫氣輸送與其他可燃?xì)怏w如天然氣、煤氣等相似，但是，考慮到氫氣的一些自身特性，在使用過程中需要注意以下問題。

①氫特別輕，與其他燃料相比，在運(yùn)輸和使用過程中單位能量所占的體積特別大，即使是液態(tài)氫也是如此。

②氫特別容易泄漏。以氫作燃料的汽車行駛試驗(yàn)證明，即使是真空密封的氫燃料箱，也存在泄漏的問題。因此對(duì)儲(chǔ)氫容器和輸氫管道、接頭、閥門等都要采取特殊的密封措施。

③液氫的溫度極低，只要有一滴掉在皮膚上就會(huì)造成嚴(yán)重的凍傷，因此，在運(yùn)輸和使用過程中應(yīng)特別注意采取各種安全措施。