成本降低10倍！一種突破性的鐵基儲氫技術

ETH研究人員Samuel Heiniger（左，拿著一罐鐵礦石）和Wendelin Stark教授在蘇黎世聯邦理工學院H?nggerberg校區的三個鐵反應堆前。

（圖片來源：蘇黎世聯邦理工學院）

蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）的研究人員報告了一種“安全可靠”地將氫長期儲存在鐵中的方法。

在三個僅6毫米厚的不銹鋼壁容器中，研究人員展示了10兆瓦時（MWh）的儲氫能力，持續數月而不會損失儲氫容量。

能量的儲存和回收是由于鐵生銹的常見過程，這一原理也用于鐵-空氣電池。

為了減少對化石燃料的依賴，瑞士政府計劃到2050年利用太陽能滿足40%的能源需求。太陽能的問題，尤其是在瑞士，是夏天太陽能太多，而冬天能源需求激增時太陽能又太少。

為了克服這一缺點，政府計劃在需要時使用風能和水力發電廠以及燃氣發電廠的能源。然而，蘇黎世聯邦理工學院的研究人員有一個更好的想法，認為氫氣可以滿足這一需求。

2-3噸未加工的鐵礦石儲存在這個1.4立方米的不銹鋼反應器中。

氫氣儲存

氫氣可以在夏季利用太陽能分解水，在冬季用作清潔燃料。但是，長期儲存這種高揮發性和易燃氣體是能源密集型的，并且存在許多風險。

更安全、更便宜的解決方案是將其作為鐵銹（氧化鐵）儲存。

19世紀的技術

在功能材料教授Wendelin Stark的帶領下，蘇黎世聯邦理工學院的研究人員使用自19世紀以來就已知的蒸汽鐵工藝將氫儲存在鐵中。易燃氣體被泵入不銹鋼反應器，鐵礦石在反應器中保持在752華氏度（400攝氏度）。

在這些溫度下，氫氣從氧化鐵或鐵銹中提取氧氣，生成水和鐵。這很像給電池充電，能量儲存在水和鐵中，可以保留數月而不會造成重大損失。

在冬季，當能源需求很高時，研究人員可以將熱蒸汽送入這些反應堆。這會逆轉這一過程，形成鐵銹并釋放氫氣。氫氣可用于在燃料電池中發電，甚至可以作為燃料燃燒以驅動渦輪機。

鐵中儲存氫氣的轉化過程示意圖。圖片來源：蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）

廉價的儲能選項

這種儲能技術的最大優點是易于執行且價格低廉。該過程中使用的材料不需要任何預處理，它們可以在世界任何地方輕松擴展，而不會推高鐵的市場價格。

通過簡單地增加更多的反應器可以增加現場存儲容量，并且材料可以通過多年的充放電循環進行回收，而不需要更換。ETH的研究人員在H?nggerberg園區建造了三個這樣的反應堆作為試點設施，以展示該技術。

該設施可以儲存10MWh的氫氣，當氫氣轉換回來時，可以產生4-6MWh的能量。該技術的缺點是在轉換步驟中損失了高達60%的能量。

然而，研究人員熱衷于大規模測試該技術，并計劃在2000立方米的反應堆中儲存4GWh。這樣的設施可以利用夏季儲存的能源滿足校園五分之一的冬季能源需求。

該研究機構稱，這些“優勢”使該技術估計“比現有方法便宜十倍”。

Stark教授在一份新聞稿中補充道：“這座發電廠可以取代阿爾卑斯山的一個小型水庫作為季節性儲能設施。從長遠來看，它相當于內特·德·德雷斯抽水蓄能電站容量的十分之一左右。”