国家标准计划《稀土系储氢合金吸放氢循环稳定性测试方法》由 TC229(全国稀土标准化技术委员会)归口 ,主管部门为国家标准委。
主要起草单位 安泰环境工程技术有限公司 、包头稀土研究院 、内蒙古稀奥科贮氢合金有限公司 。
| 77 冶金 |
| 77.120 有色金属 |
| 77.120.99 其他有色金属及其合金 |
2020年9月,习主席在第七十五届联合国大会上强调:“中国力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。
由于能源材料的构成主要是碳氢化合物,脱碳便意味着未来氢在能源体系中的比例将大幅增加。
中国氢能联盟预计国内市场规模的数据显示:在2030年碳达峰时,年需求量约4,000万吨,终端能源消费占比5%,其中可再生氢供给可达约770万吨。
2050年氢能在中国能源体系占比约为10%,需求量接近6000万吨/年,按单价20元/公斤来计算,年产值将达1.2万亿元。
2060年碳中和,年需求量将增至1.3亿吨左右,年产值为2.6万亿元。
预计氢能产业链总产值在2020年至2025年间将达1万亿元,2026年至2035年达到5万亿元。
氢能的应用主要包括交通、化工原料、工业、建筑等领域,市场规模巨大,保守估计,2050年氢在我国终端能源体系占比约10%,2060年占比将达约15%,成为我国能源战略的重要组成部分,氢能将纳入我国终端能源体系,与电力协同互补,共同成为我国终端能源体系的消费主体,带动形成十万亿级的新兴产业。
氢能的利用包括制备、存储与应用三个环节,其中制氢可通过天然气重整、煤炭或石油气化、水电解、生物质转化、光催化等手段实现,用氢途径也较为广泛,包括燃料电池汽车、加氢站、燃料电池发电、氢气燃烧发电、工业应用等,由于氢气密度小(自然界最轻的气体)和不易液化的自然属性,决定了储氢技术是氢能产业发展较难克服的关键瓶颈之一。
固态储氢技术相较于另外两种储氢方式优势众多,列举如下:1. 本征安全:氢以固态氢化物储存,储存压力低,安全性好;2. 加氢便捷,加注成本低:加氢压力只有4MPa,可灵活采用管道、管束车等多种方式加注,大幅降低用氢成本;3. 氢气体积密度大,占用空间小:固态储氢系统的体积密度为35MPa高压瓶的2~3倍,且可设计成矩形和不规则形状,方便空间布置;4. 供氢纯度高,可提高燃料电池寿命:储氢材料为100%选择性吸附氢,避免有害气体进入燃料电池系统;5. 与燃料电池氢热耦合,可提高系统能效:固态储氢系统对燃料电池供氢时,其放氢吸热,可作为燃料电池散热系统的一部分。
目前市场对储氢材料的需求空间巨大,根据上游制氢市场需求,预测2060年,制氢规模将达到5000~7500万吨/年。
储氢规模按照1天的平均制氢量计算为13~20万吨,其中固态储氢按照整个储氢规模的2%保守估计,储氢规模为2600~4000吨,所需合金粉量为13万吨~20万吨(按储氢量2wt.%)。
在巨大的需求量面前,市场对高效、安全和优异循环稳定性的稀土系储氢材料的需求日益迫切,不同用户都对固态储氢系统的循环稳定性指标提出了明确要求,在不同应用示范场景下,移动式、固定式储氢系统装置设计的主要评估参数包括总储氢量、可用储氢量、系统质量储氢密度等,其中循环稳定性是评价储氢系统性能的关键指标。
“十四五”国家重点研发计划2022、2023年度项目申报指南中对储氢材料吸放氢循环稳定性也提出了明确要求: 重点专项名称 年度 容量保持率 循环寿命 稀土新材料 2022 >80% 2000次 氢能技术 2023 ≥90% 3000次 如何提高储氢材料吸放氢循环稳定性,是面向实际应用研究中亟待解决的关键问题。
循环稳定性表征技术是一种检验储氢材料在长期充放氢过程中维持可逆储氢容量的技术,该技术对于稀土系储氢合金在氢能储运环节的应用评价具有重要意义。
2023年7月,国家标准委等机关发布《氢能产业标准体系建设指南(2023版)》,其中发展目标明确提出,支撑氢能制、储、输、用全链条发展的标准体系基本建立,到2025年,制修订氢能国家标准、行业标准30项以上。
重点任务3.1氢储运基本要求标准明确:针对不同储运氢技术,统一氢气压缩、固态储氢、有机液体储氢等基本要求,包括氢气压缩机、固态储氢材料等标准。
目前对于稀土系储氢材料循环稳定性的测试方法尚无统一的国家标准,一定程度上制约了氢能产业储氢环节的顺利发展,因此有必要起草固态储氢材料吸放氢循环稳定性测试方法的国家标准,为储氢材料企业如何进行测试起到了一定的指导示范作用。
1、范围 本文件规定了稀土系储氢合金吸放氢循环稳定性测试方法。 本文件适用于稀土系储氢合金颗粒和储氢合金粉的吸放氢反应循环稳定性测试。 2、主要技术内容 本标准对储氢合金吸放氢反应循环稳定性测试进行规范,主要从样品的准备、样品池的安装、仪器标准体积的标定、样品的活化到样品吸放氢反应循环测试等测试过程与步骤进行了详细的规定。 其中,样品包括:1.合金颗粒试样;2.合金粉试样;3.合金薄片试样;4.合金压片试样;样品活化参数包括:1.活化温度2.活化压力3.活化次数;吸放氢反应循环测试包括:1.样品质量2.测试温度、测试压力3.吸氢时间、放氢时间等参数。 各项技术内容中关于样品吸放氢反应循环测试参数制定较为关键,目前各企业对此尚无统一操作标准。前期开展了相关基础工作,具备相应的测试手段。