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(lián)邦理工學(xué)院H?nggerberg校區(qū)的三個(gè)鐵反應(yīng)堆前。

（圖片來源：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院）

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）的研究人員報(bào)告了一種“安全可靠”地將氫長期儲(chǔ)存在鐵中的方法。

在三個(gè)僅6毫米厚的不銹鋼壁容器中，研究人員展示了10兆瓦時(shí)（MWh）的儲(chǔ)氫能力，持續(xù)數(shù)月而不會(huì)損失儲(chǔ)氫容量。

能量的儲(chǔ)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(jì)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(shí)太陽能又太少。

為了克服這一缺點(diǎn)，政府計(jì)劃在需要時(shí)使用風(fēng)能和水力發(fā)電廠以及燃?xì)獍l(fā)電廠的能源。然而，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員有一個(gè)更好的想法，認(rèn)為氫氣可以滿足這一需求。

2-3噸未加工的鐵礦石儲(chǔ)存在這個(gè)1.4立方米的不銹鋼反應(yīng)器中。

氫氣儲(chǔ)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(chǔ)存這種高揮發(fā)性和易燃?xì)怏w是能源密集型的，并且存在許多風(fēng)險(xiǎn)。

更安全、更便宜的解決方案是將其作為鐵銹（氧化鐵）儲(chǔ)存。

19世紀(jì)的技術(shù)

在功能材料教授Wendelin Stark的帶領(lǐng)下，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員使用自19世紀(jì)以來就已知的蒸汽鐵工藝將氫儲(chǔ)存在鐵中。易燃?xì)怏w被泵入不銹鋼反應(yīng)器，鐵礦石在反應(yīng)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(chǔ)存在水和鐵中，可以保留數(shù)月而不會(huì)造成重大損失。

在冬季，當(dāng)能源需求很高時(shí)，研究人員可以將熱蒸汽送入這些反應(yīng)堆。這會(huì)逆轉(zhuǎn)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(fā)電，甚至可以作為燃料燃燒以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。

鐵中儲(chǔ)存氫氣的轉(zhuǎn)化過程示意圖。圖片來源：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）

廉價(jià)的儲(chǔ)能選項(xiàng)

這種儲(chǔ)能技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是易于執(zhí)行且價(jià)格低廉。該過程中使用的材料不需要任何預(yù)處理，它們可以在世界任何地方輕松擴(kuò)展，而不會(huì)推高鐵的市場價(jià)格。

通過簡單地增加更多的反應(yīng)器可以增加現(xiàn)場存儲(chǔ)容量，并且材料可以通過多年的充放電循環(huán)進(jìn)行回收，而不需要更換。ETH的研究人員在H?nggerberg園區(qū)建造了三個(gè)這樣的反應(yīng)堆作為試點(diǎn)設(shè)施，以展示該技術(shù)。

該設(shè)施可以儲(chǔ)存10MWh的氫氣，當(dāng)氫氣轉(zhuǎn)換回來時(shí)，可以產(chǎn)生4-6MWh的能量。該技術(shù)的缺點(diǎn)是在轉(zhuǎn)換步驟中損失了高達(dá)60%的能量。

然而，研究人員熱衷于大規(guī)模測試該技術(shù)，并計(jì)劃在2000立方米的反應(yīng)堆中儲(chǔ)存4GWh。這樣的設(shè)施可以利用夏季儲(chǔ)存的能源滿足校園五分之一的冬季能源需求。

該研究機(jī)構(gòu)稱，這些“優(yōu)勢”使該技術(shù)估計(jì)“比現(xiàn)有方法便宜十倍”。

Stark教授在一份新聞稿中補(bǔ)充道：“這座發(fā)電廠可以取代阿爾卑斯山的一個(gè)小型水庫作為季節(jié)性儲(chǔ)能設(shè)施。從長遠(yuǎn)來看，它相當(dāng)于內(nèi)特·德·德雷斯抽水蓄能電站容量的十分之一左右。”