尋求開發(fā)氫作為清潔能源，可以遏制我們對化石燃料的依賴，可能會導致一個意想不到的地方 - 煤炭。賓夕法尼亞州立大學的一個科學家團隊發(fā)現(xiàn)，煤炭可能代表一種儲存氫氣的潛在方式，就像電池儲存能量以備將來使用一樣，解決了開發(fā)清潔能源供應鏈的主要障礙。

“我們發(fā)現(xiàn)煤炭可以是這種地質(zhì)氫電池，”賓夕法尼亞州立大學能源和礦物工程副教授Shimin Liu說?！澳憧梢宰⑷牒蛢Υ鏆淠埽⒃谀阈枰褂盟鼤r把它放在那里。

(資料圖片僅供參考)

氫是一種清潔的燃燒燃料，有望用于我們經(jīng)濟中最能源密集的部門 - 運輸，發(fā)電和制造業(yè)。但科學家們說，要建立氫基礎設施并使其成為負擔得起的可靠能源，還有很多工作要做。

這包括開發(fā)一種儲存氫氣的方法，這種方法目前既昂貴又效率低下?？茖W家們說，地質(zhì)構造是一個有趣的選擇，因為它們可以儲存大量的氫，以滿足每天或季節(jié)性變化的能源需求高峰和低谷。

“煤炭得到了很好的研究，近半個世紀以來，我們一直在用煤炭商業(yè)化生產(chǎn)天然氣，”劉說?！拔覀兝斫膺@一點。我們有基礎設施。我認為煤炭將是進行地質(zhì)儲氫的合乎邏輯的地方。

為了測試這一點，科學家們分析了來自美國各地煤田的八種煤炭，以更好地了解它們的吸附和擴散潛力，或者它們可以容納多少氫。

科學家在《應用能源》雜志上報道，所有八種煤都顯示出相當大的吸附特性，來自弗吉尼亞州東部的低揮發(fā)性煙煤和來自賓夕法尼亞州東部的無煙煤在測試中表現(xiàn)最好。

“我認為從科學的角度來看，煤炭很有可能是地質(zhì)儲存的首選，”劉說?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)煤炭優(yōu)于其他地層，因為它可以容納更多，它擁有現(xiàn)有的基礎設施，并且在全國和人口稠密地區(qū)附近廣泛使用。

枯竭煤層氣儲層可能是最佳候選者。這些煤層含有甲烷等非常規(guī)天然氣，在過去幾十年中已成為化石燃料能源的重要來源。甲烷粘附在煤表面，這個過程稱為吸附。

同樣，將氫氣注入煤會導致氣體吸收或粘附在煤上?？茖W家們說，這些地層通常在頂部有一層頁巖或泥巖，作為密封，保持甲烷，或者在這種情況下是氫氣，密封，直到需要并泵出。

“很多人將煤定義為巖石，但它實際上是一種聚合物，”劉說。“它的碳含量很高，有很多小孔，可以儲存更多的氣體。因此，與其他非碳材料相比，煤就像一塊海綿，可以容納更多的氫分子。

科學家們設計了特殊的設備來進行實驗。與甲烷和二氧化碳等其他吸附氣體相比，煤對氫氣的親和力較弱，因此用于測定吸附量的傳統(tǒng)加壓設備不起作用。

“我們做了一個非常新穎和非常具有挑戰(zhàn)性的設計，”劉說?！盎藬?shù)年時間才弄清楚如何正確地做到這一點。我們必須根據(jù)我們以前在煤和頁巖方面的經(jīng)驗，正確設計一個實驗系統(tǒng)并進行反復試驗。

根據(jù)他們的結果，科學家們確定無煙煤和半無煙煤是貧煤層儲氫的良好候選者，低揮發(fā)性煙煤是氣態(tài)煤層的更好候選者。

在煤礦社區(qū)發(fā)展氫儲存可以為這些地區(qū)帶來新的經(jīng)濟機會，同時也有助于建立國家的氫基礎設施。

“在能源轉型中，煤炭社區(qū)在經(jīng)濟上受到的影響最大，”劉說?！斑@無疑是一個重新利用煤炭地區(qū)的機會。他們已經(jīng)擁有專業(yè)知識——能源工程師和技能。如果我們能夠建立基礎設施并改變他們的經(jīng)濟機會 - 我認為這是我們應該考慮的事情。

科學家們說，未來的工作將集中在煤的動態(tài)擴散率和動態(tài)滲透性上，這些特征決定了氫氣注入和泵出的速度。

“我認為賓夕法尼亞州立大學是進行所有這些研究的正確地方 - 我們有煤炭儲量，我們有天然氣，我們擁有大學的工程和經(jīng)濟專業(yè)知識，”劉說。“這是合乎邏輯的地方?！?/p>