综述：关于可持续循环液态氢载体的全面见解：技术分析及其在能源转型中的作用

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Comprehensive Insights into Sustainable Circular Liquid Hydrogen Carriers: analysis of technologies and their role in energy transition

氢能作为清洁能源载体，其生产（蓝氢/绿氢）与储存运输面临技术瓶颈。液态有机氢载体（甲醇、二甲醚、甲酸、氨）通过循环利用CO?/N?实现高效储运，但需解决毒性、能量密度及再生难题。卡塔尔依托LNG基础设施探索氢能出口，MOFs等新型储氢材料潜力显著。摘要：氢能经济面临储运挑战，液态有机氢载体（如DME、甲酸）通过循环CO?/N?实现高效储运，但需解决毒性、能量密度及再生问题，卡塔尔等地区正探索基础设施整合与技术创新。

　　氢作为一种多用途的能量载体，近年来因其在应对能源和环境挑战方面的潜力而受到广泛关注。它是一种清洁且丰富的资源，可以通过多种方法生产，例如电解和重整工艺。然而，氢在作为能源来源的广泛应用仍受到其储存和运输限制的阻碍。为了解决这些问题，循环液态氢载体逐渐成为一种有前景的解决方案。循环液态氢载体指的是能够高效储存和运输氢的化学化合物。本文综述了不同类型的氢，特别强调了蓝氢和绿氢。文章讨论了氢载体路径和不同类型的氢载体，包括液态氢载体。此外，还重点介绍了常见的可持续液态氢载体，如甲醇、二甲醚、甲酸和氨，探讨了它们的潜力、特性以及分解为氢的过程。同时，文章比较了这些氢载体在运输和储存方面的优劣，考虑了其经济价值和环境影响。还深入分析了氢载体和生产技术的优缺点，并提出了未来研究的挑战领域。在众多可持续氢载体中，二甲醚（DME）因其较低的能量密度，可能适用于某些特定应用场景，其中其独特的性能具有优势。卡塔尔先进的液化天然气（LNG）基础设施支持了现有供应链的适应，用于氢出口，包括液态有机氢载体（LOHC）和氨。这些努力加强了卡塔尔在全球氢能经济中的地位，但仍需进一步的技术进步以实现大规模应用。

氢作为可再生能源的重要来源，具有无可比拟的优势。它燃烧后仅产生水，是一种零碳排放的能源载体。同时，氢具有较高的单位质量能量密度，使其在储能和运输方面具备一定的潜力。此外，氢可以通过燃料电池轻松转化为电能，这为氢能的应用提供了广阔的空间。目前，生产氢的主要能源来源包括化石燃料以及可再生能源，如太阳能和风能。不同的生产方式导致了氢的不同分类，例如灰氢、蓝氢、绿氢等。灰氢通常通过化石燃料重整获得，而蓝氢则是在生产过程中结合碳捕集与封存（CCUS）技术，以减少碳排放。绿氢则完全依赖可再生能源进行电解，被认为是目前最环保的氢生产方式之一。

然而，氢的储存和运输仍然面临诸多挑战。首先，氢的体积能量密度较低，使得其在常温常压下难以有效储存。因此，氢通常需要被压缩或液化，这不仅增加了运输和储存的成本，还带来了安全问题。压缩氢需要高压容器，而液化氢则需要极低的温度（约-250°C），这些条件都对实际应用提出了较高的要求。此外，氢的易燃特性也增加了其在运输和储存过程中的风险。为了解决这些问题，研究人员和行业专家正在探索各种氢载体技术，以实现氢的高效、安全和经济的储存与运输。

液态氢载体（LHCs）被认为是氢储存和运输的一种有希望的途径。与传统的压缩和液化方式相比，液态氢载体能够在常温或接近常温的条件下以液态形式存在，从而降低了储存和运输的难度。此外，液态氢载体还具有较高的氢含量，使其在单位体积内能够储存更多的氢。这些特性使得液态氢载体在实际应用中具有一定的优势。目前，液态氢载体主要分为两种类型：循环载体和环状载体。循环载体在氢回收过程中会释放二氧化碳或氮气，通常不进行回收。而环状载体则会在氢回收过程中生成具有环状结构的有机化合物，从而能够被回收并重新运输回原点进行再氢化。这种循环特性使得环状载体在可持续性方面具有更高的潜力。

环状液态氢载体通常由可再生氢和大气中的二氧化碳或氮气组成，如甲醇、二甲醚（DME）、甲酸和氨。这些载体被称为“环状”是因为其生产过程涉及大气中的二氧化碳和氮气，这些气体在脱氢过程中会被释放回大气，形成一个闭环。然而，环状载体的一个主要缺点是它们无法被再生，因为每次循环都需要新的材料，这与化石燃料的使用方式相似。因此，环状载体的可持续性取决于其生产过程的环保性和可再生性。此外，环状载体通常以液态或可液化的形式存在，使其在储存和运输方面更加方便。即使在温和的条件下，这些载体也表现出与液态有机分子相似的特性，使其在实际应用中具有较高的可行性。

尽管环状液态氢载体在储存和运输方面具有一定的优势，但它们仍然存在一些局限性。例如，环状载体的生产过程可能涉及较高的能耗和成本，这在一定程度上限制了其大规模应用的经济可行性。此外，环状载体在脱氢过程中释放的气体可能对环境产生一定的影响，因此需要对其环境影响进行全面评估。同时，环状载体的化学稳定性也是一个重要的考量因素，特别是在长期储存和运输过程中。因此，研究人员正在探索各种环状载体的优化方案，以提高其效率、降低成本和减少环境影响。

在实际应用中，环状液态氢载体的潜力主要体现在其对现有能源基础设施的兼容性。例如，卡塔尔已经建立了先进的液化天然气（LNG）基础设施，这为氢的出口和运输提供了良好的基础。通过利用现有的LNG供应链，卡塔尔可以将氢作为能源产品进行出口，这不仅有助于其在全球氢能经济中的地位提升，还能够促进氢能的进一步发展。此外，环状载体的生产过程可以与现有的碳捕集与封存（CCUS）技术相结合，以实现更高效的碳减排。这种结合不仅有助于提高环状载体的可持续性，还能够促进氢能产业的绿色发展。

然而，环状液态氢载体的广泛应用仍然面临一些挑战。首先，环状载体的生产过程可能涉及较高的能耗和成本，这在一定程度上限制了其经济可行性。其次，环状载体在脱氢过程中释放的气体可能对环境产生一定的影响，因此需要对其环境影响进行全面评估。此外，环状载体的化学稳定性也是一个重要的考量因素，特别是在长期储存和运输过程中。因此，研究人员正在探索各种环状载体的优化方案，以提高其效率、降低成本和减少环境影响。

在实际应用中，环状液态氢载体的潜力主要体现在其对现有能源基础设施的兼容性。例如，卡塔尔已经建立了先进的液化天然气（LNG）基础设施，这为氢的出口和运输提供了良好的基础。通过利用现有的LNG供应链，卡塔尔可以将氢作为能源产品进行出口，这不仅有助于其在全球氢能经济中的地位提升，还能够促进氢能的进一步发展。此外，环状载体的生产过程可以与现有的碳捕集与封存（CCUS）技术相结合，以实现更高效的碳减排。这种结合不仅有助于提高环状载体的可持续性，还能够促进氢能产业的绿色发展。

尽管环状液态氢载体在储存和运输方面具有一定的优势，但它们仍然存在一些局限性。首先，环状载体的生产过程可能涉及较高的能耗和成本，这在一定程度上限制了其经济可行性。其次，环状载体在脱氢过程中释放的气体可能对环境产生一定的影响，因此需要对其环境影响进行全面评估。此外，环状载体的化学稳定性也是一个重要的考量因素，特别是在长期储存和运输过程中。因此，研究人员正在探索各种环状载体的优化方案，以提高其效率、降低成本和减少环境影响。

在实际应用中，环状液态氢载体的潜力主要体现在其对现有能源基础设施的兼容性。例如，卡塔尔已经建立了先进的液化天然气（LNG）基础设施，这为氢的出口和运输提供了良好的基础。通过利用现有的LNG供应链，卡塔尔可以将氢作为能源产品进行出口，这不仅有助于其在全球氢能经济中的地位提升，还能够促进氢能的进一步发展。此外，环状载体的生产过程可以与现有的碳捕集与封存（CCUS）技术相结合，以实现更高效的碳减排。这种结合不仅有助于提高环状载体的可持续性，还能够促进氢能产业的绿色发展。

综上所述，氢作为一种多用途的能量载体，在应对能源和环境挑战方面具有巨大的潜力。然而，其储存和运输的限制仍然是实现其广泛应用的主要障碍。通过发展循环液态氢载体，可以有效解决这些问题，提高氢的储存和运输效率。目前，甲醇、二甲醚、甲酸和氨等环状载体因其较高的氢含量和良好的储存性能而受到广泛关注。这些载体在单位体积内能够储存更多的氢，使其在实际应用中更加经济和高效。同时，它们的生产过程可以与现有的碳捕集与封存技术相结合，以实现更环保的氢能生产。尽管环状载体在储存和运输方面具有一定的优势，但其生产成本和环境影响仍然是需要进一步研究和优化的重要问题。因此，未来的研究应着重于开发更高效、更经济和更环保的环状载体，以推动氢能产业的可持续发展。