利用水蒸氣與鐵之氧化還原反應的低成本、長期儲氫技術

 

刊登日期:2024/11/6
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瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)設計了一種利用鐵礦石與氫氣之間的氧化還原反應進行長期安全儲氫的方法,且是一項相較於既有儲氫設備便宜約10倍的儲存方式,可望促進具有不穩定性之再生能源的活用。

瑞士計畫在2050年前達到40%以上電力來自太陽能的目標,但其冬季的日照時間遠少於夏季。瑞士聯邦的能源策略即欲透過進口電力、風能、水力發電以及在阿爾卑斯山設置太陽能或利用燃氣發電以填補冬季電力短缺。另在做為減少對能源進口與火力發電依賴的措施方面,瑞士計畫在夏季利用廉價的太陽能製造氫氣並儲存,冬季時將其轉換為電力。然而,由於氫氣是高可燃性氣體,容易引發爆炸,並且會導致儲存容器中的材料脆化,因此安全儲存氫氣需要高壓容器、冷卻技術及具有特殊安全措施的昂貴設備。

有鑑於此,ETH Zurich投入於可以安全、長期地儲存氫氣且具有經濟性之儲存系統的設計,並將焦點放在地球上豐富存在的鐵以及水蒸氣、鐵之間的氧化還原反應。ETH Zurich指出,利用夏季太陽能發電等來源產生的剩餘電力,透過電解水製造氫氣,並將其輸送至充滿鐵礦石的400℃反應爐中。氫氣將鐵礦石予以還原生成純鐵與水,但氫氣中所含的能量幾乎沒有損失且能以鐵與水的形式儲存。在能源短缺的冬季時,此項過程可以反轉,將高溫水蒸汽送入反應爐,鐵與水因氧化反應回復成氧化鐵與氫氣,進而再生出綠色氫氣。

研究團隊表示,反應爐不需要特殊的安全措施,可由厚度僅6 mm的不銹鋼製成。反應在常壓下進行,鐵礦石也無須更換即可多次重複使用,易於擴大規模,是一項比一般儲氫設備便宜約10倍的儲存方式。ETH Zurich也已確認由3座容量為1.4 m3的反應爐組成的實證工廠可以長期儲存相當於約10 MWh的氫氣。雖然與其他能源相比尚有整體能源效率較低的問題,但ETH Zurich計劃在2026年之前將實證工廠的容量擴大到2,000 m3,儲存大學校園冬季電力需求的5分之1,即相當於4 GWh的綠色氫氣。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/241008_hydrogen.html
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