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當前，全球都在開發氫能并將其作為一種清潔能源，以減少對化石燃料的依賴。在層出不窮的氫能源新技術中，有一個大家意想不到的領域，那就是煤炭。近期，美國賓夕法尼亞州立大學的科學家團隊發現，煤炭可能是一種儲存氫氣的潛在方式，就像電池儲存能量供未來使用一樣，這解決了開發清潔能源供應鏈的一個重要障礙。 “我們發現煤炭可以成為地質氫能電池。”賓夕法尼亞州立大學能源與礦業工程副教授劉世民說，“我們可以注入和儲存氫能，并在需要時使用。” 煤炭可以作為地質儲氫的選擇 氫氣是一種清潔燃料，在全球經濟中最耗能的領域——交通、電力生成和制造業中有很大潛力。但是科學家們表示，要建立氫能基礎設施并使其成為一種經濟實惠和可靠的能源來源，還有很多工作要做。 科學家們的研究還包括開發儲存氫氣的方法，目前的氫能開發方法成本高昂且效率低下。科學家們表示，與地質構造結合是一個合適的選擇，因為地質構造中可以儲存大量的氫氣，以滿足每天或季節性變化的能源需求的峰谷起伏。 “我們對煤炭進行了深入研究，因為從煤炭中商業化生產天然氣已有近半個世紀的歷程。”劉世民說，“我們對這一過程有所了解，并且曾經建造過大量基礎設施。我認為，煤炭將是進行地質氫能儲存的合理選擇。” 為了驗證這一推論，科學家們分析了來自美國各地的八種煤炭，以更好地了解它們的吸附和擴散潛力，亦即它們能夠儲存多少氫氣。 科學家們在《應用能源》雜志上報告稱，所有八種煤炭都表現出了可觀的吸附特性，來自弗吉尼亞東部的低揮發分無煙煤和來自賓夕法尼亞東部的無煙煤在測試中表現最好。 “從科學角度來看，煤炭極有可能是地質儲存的首選。我們發現煤炭優于其他地質構造，并且在全國范圍內和人口密集地區易于獲取。” 已耗盡煤氣層更適于儲氫 研究發現，已耗盡的煤氣層儲庫可能是最佳的選擇。這些煤層包含類似甲烷的非常規天然氣，幾十年來已成為重要的化石燃料能源來源。甲烷會附著在煤炭表面，這個過程稱為“吸附”。 同樣，將氫氣注入煤炭會使氫氣被吸附或附著在煤炭上。這些構造通常在頂部有一層頁巖或泥巖，起到密封作用，使甲烷（或在這種情況下的氫氣）密封存儲，直到需要時再抽取出來。 “很多人把煤炭定義為一種巖石，但實際上它是一種聚合物。煤炭具有高碳含量，并有許多小孔，可以儲存更多氣體。因此，煤炭就像一個海綿，相比其他非碳材料，它可以容納更多的氫分子。”劉世民解釋道。 與其他吸附氣體如甲烷和二氧化碳相比，煤炭與氫氣的親和力較弱，傳統的壓力設備無法確定吸附特性。因此，科學家們設計了一種新穎且具有挑戰性的實驗設備。“我們必須根據以前對煤炭和頁巖的研究經驗，合理設計實驗系統并進行試驗。” 根據科學家們的研究結果，無煙煤和半無煙煤是儲存氫氣于已耗盡煤層的良好候選材料，而低揮發分無煙煤則更適合儲存氫氣于含氣煤層。 采礦區儲氫將改善當地經濟狀況 在煤炭采礦社區開發氫氣儲存技術可以為這些地區帶來新的經濟機遇，同時也有助于建立國家級的儲氫基礎設施。 “在能源轉型過程中，煤炭采礦社區在經濟上受到的影響最大，將氫氣儲存于煤炭中有助于推動清潔能源的經濟發展，這無疑是重塑煤炭采礦地區經濟發展的重要機遇。”劉世民認為，煤炭領域的人才擁有專業知識和能源工程的專業技能，通過煤炭領域和采礦地區既有的基礎設施增加發展機會，將有利于改善當地經濟狀況。 科學家們表示，未來該項目研究工作將集中在煤炭的動態擴散性和動態滲透性上，這些特性決定了氫氣注入和抽取的速度。 |
