摘要：来自 LLNL 和旧金山初创公司 Verne 的研究人员展示了一种高效且新颖的氢致密化途径。用于这项工作的基于高压低温换热器的系统如图片右侧所示。从左到右，LLNL 的机械工程师 Nick Killingsworth 和 Verne 机械工程师 Telis A

来自 LLNL 和旧金山初创公司 Verne 的研究人员展示了一种高效且新颖的氢致密化途径。用于这项工作的基于高压低温换热器的系统如图片右侧所示。从左到右，LLNL 的机械工程师 Nick Killingsworth 和 Verne 机械工程师 Telis Athanasopoulos Yogo 观看 Verne 工艺工程师 Kara Zhang 在系统上安装真空压力表。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室 （LLNL） 和凡尔纳通过能源部 ARPA-E 资助的研究计划展示了一种制造高密度氢的新途径。

该示范验证了直接从气态氢源中可以有效地达到类似液氢密度的冷冻压缩氢气条件——与依赖能源密集型氢气液化的方法相比，大大减少了所需的能源输入。

氢气的质量能量密度非常高。然而，在环境条件下，气态氢需要更多的体积来储存与竞争形式的能量储存相当的能量。

为了减少所需的储存量，氢气的致密化通常使用气体压缩或液化来完成。这项工作展示了一种同时使用压缩和冷却的途径，每种方式的程度都比单独使用时要小。

到目前为止，氢供应链一直受到压缩气态氢（生产成本低但密度低）和液态氢（密度高但致密化（通过液化）成本高）之间的权衡的阻碍。 这种权衡导致了昂贵的分销成本，从而限制了氢能解决方案的采用。

该演示验证了低温压缩氢气可以通过制造高密度氢气来打破这种权衡，而无需氢气液化所需的大量能源输入。

实现氢气的最终用途应用

根据波士顿咨询集团的数据，到 2030 年，美国的年用电量预计将增长 800 太瓦时（链接为外部），其中数据中心和电动汽车推动了这一新需求的 77%。 来自各个行业的客户都在寻求增加电力，但目前没有得到电网的服务。

氢气可以输送到这些行业，并通过燃料电池、发动机或涡轮机在现场转化为电能。然而，现有氢气分配技术的成本限制了采用。

“这个演示证实了低温压缩氢可以打破当前密度和成本之间的权衡，”凡尔纳的联合创始人兼首席执行官Ted McKlveen说。“提供一种低成本的高密度方式将降低氢气的运输和使用成本，从而在从建筑到港口再到仓库的一些最苛刻的经济部门中开辟了氢的大量应用。”

国家实验室与工业界的合作

1990 年代后期，Salvador Aceves 最初在 LLNL 研究了低温压缩氢，他与他的团队通过热力学建模展示了它的好处，并建造了三代储罐。

2020 年在斯坦福大学成立以探索氢能在重工业中的应用后，Verne 团队开始研究低温压缩氢，并签约 Aceves（当时从 LLNL 退休）担任技术顾问。

Verne 于 2021 年开始通过战略合作项目与 LLNL 合作，在 LLNL 的低温加氢设施中测试 Verne 的储罐。在 LLNL 创新和伙伴关系办公室 （IPO） 的协助下，通过 2023-24 年的两项合作研发协议开展了合作 。这种合作为 Verne 提供了快速测试和开发其技术所需的独特设施和专业知识。

“氢气的采用目前受到高成本的抑制，”LLNL 首席研究员兼机械工程师 Nick Killingsworth 说。“这项工作的总和表明了一条有前途的道路，可以降低与其储存和运输相关的成本和能源。”

2023 年，LLNL 和 Verne 宣布创下低温压缩储氢的记录——是之前记录的三倍多。Verne 认为，相对于现有技术，致密化和氢储存的突破使氢分配成本降低了 40%;为实现整个经济中的氢气使用节省关键成本。

LLNL业务发展主管Jared Lynch负责实验室的能源和环境知识产权组合，以及其化学品和材料的知识产权组合。IPO 是 LLNL 与行业合作的焦点。它旨在通过发现新的经济机会和解决方案，并通过许可或合作伙伴关系将其转让给私营部门，从而提高美国的竞争力。

经过验证的更高效的致密化途径

LLNL 和 Verne 演示的新型氢致密化途径无需相变即可生产低温压缩氢，与小规模氢液化相比，可节省 50% 的能源。

在最近的演示中，使用催化剂填充的热交换器实现了氢气转化为 81 开尔文（-314 华氏度）和 350 巴（1 巴相当于海平面的大气压）和大于 60 克/升的密度。

除了节能之外，这种致密化途径比氢气液化更加模块化。虽然氢气液化通常需要建造大型集中式设施，但低温压缩可以在小规模下高效建造。这意味着可以进一步优化氢气分配网络，将致密化和分配中心设在更靠近使用点的位置。

来源：小林的科学讲堂