作为 Triton Hydrogen 公司的全球市场营销与传播主管，我对探索氢能源行业所面临的复杂挑战，尤其是那些努力将氢能作为清洁能源加以利用的工程师和公司所面临的挑战非常着迷。
尽管氢能有望成为清洁能源，但从脆性和渗透等材料问题到成本、可扩展性和安全性等更广泛的问题，众多障碍阻碍了氢能潜力的充分发挥。本文重点介绍了这些挑战，强调了材料科学在推动氢经济发展中的关键作用。通过解决这些障碍，我们强调了创新与合作在克服可持续氢基础设施障碍方面的重要性。请继续阅读，了解氢能领域的根本问题和前进之路。
以下是氢气存在的一些主要问题：
氢脆 (HE)
氢原子会扩散到金属中，削弱金属的原子键，导致脆性、裂纹和失效。这是管道、储罐和其他暴露在氢气中的部件所面临的主要问题。工程师需要开发抗脆性材料或找到减轻其影响的方法。
渗透
由于体积小，氢分子很容易渗透到许多材料中，造成泄漏和安全隐患。设计既能有效阻挡氢气通过，又能保持强度和延展性等其他所需性能的阻挡层是一项重大挑战。
高温性能
在燃料电池和涡轮机等一些应用中，材料需要在高温高压条件下与氢气接触，并具有可靠的性能。传统材料通常会在这些条件下发生降解，这就要求工程师开发出具有优异高温稳定性的新型合金或复合材料。
成本和可扩展性
氢气的广泛使用通常取决于材料的成本效益。目前，许多有前景的材料价格昂贵或难以大量生产。找到经济实惠、可大规模生产的替代品至关重要。
不同应用中的复杂互动
氢能会以意想不到的方式与其他材料相互作用，导致腐蚀、脆化或其他问题。了解这些相互作用并预测其对材料性能的影响，对于为特定应用选择合适的材料至关重要。
缺乏标准化措施和材料
氢能行业仍在不断发展，材料和测试方法需要更加标准化。因此，比较不同的材料并为特定用途选择最佳材料具有挑战性。制定标准和统一测试程序对该行业的发展至关重要。
安全考虑因素
与任何能源一样，处理氢气时，安全至关重要。材料科学工程师需要开发出不仅性能优异，而且本质安全的材料，最大限度地降低泄漏、爆炸和其他事故的风险。
生命周期评估
要确保真正可持续的氢经济，就必须考虑材料从生产、使用到报废处理的整个生命周期。我们需要开发能够在整个生命周期内最大限度减少对环境影响的工艺和材料。
各种储存方法的材料兼容性
每种储氢方法都会带来特定的材料挑战：
- 压缩氢： 寻找抗 HE 和氢渗透的轻质高压罐仍然是一项挑战。复合材料很有前途，但需要进一步开发。
- 液态氢 低温（-253°C）给材料选择带来了挑战。不锈钢是常用材料，但了解其长期性能并开发热性能更好的替代材料至关重要。
- 固态氢化物： 一些氢化物虽然具有很高的存储容量，但在循环过程中存在吸氢/解吸动力学缓慢和潜在降解的问题。找到具有最佳可逆性和稳定性的材料是关键所在。
成本和可扩展性
开发和应用新的存储和管道材料在经济上必须是可行的。扩大有前景的候选材料的生产规模，同时保持可负担性，是广泛采用的关键。
防漏密封件和涂层
最大限度地减少储存和运输过程中的氢气泄漏对安全和效率至关重要。开发可靠、持久且渗透性最小的密封件和涂层一直是业界面临的一大挑战。
基础设施的兼容性
将现有的天然气基础设施过渡到氢能会带来材料适应方面的挑战。升级或更换管道和储存设施需要同时兼容两种燃料的材料。
总结
必须指出的是，这些挑战是相互关联的。一个领域的进展往往会影响到其他领域。例如，解决管道中的氢气问题可能会涉及到不适合储存方法的材料。因此，有必要采取一种考虑整个氢价值链的整体方法。
这些领域的材料科学研究正在积极开展，先进合金、复合材料和创新涂层等都取得了可喜的进展，例如 Tritonex 和 特里托诺这为克服这些障碍带来了希望。应对这些挑战将为建立安全、高效和可扩展的氢能基础设施铺平道路，这对实现氢能作为清洁能源载体的潜力至关重要。
