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大规模氢能运输载体LH2、NH3与LOHCs的能效与经济性评估：北非至意大利的案例研究
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年07月25日 来源：Materials Today Sustainability 7.1
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为解决可再生能源富集区与高需求区之间的氢能运输难题，研究人员对比分析了液化氢(LH2)、氨(NH3)及液态有机氢载体(TOL/MCH、H0-DBT/H18-DBT)的运输价值链。研究表明：工业用氢场景下NH3综合成本最低(4.82�/kg)，能效达71%；交通领域LH2分散式转化方案最优(9.61�/kg)，为氢能基础设施规划提供关键决策依据。
在全球能源转型背景下，氢能作为零碳能源载体面临储存与运输的核心挑战。尽管可再生能源富集区可生产廉价绿氢，但其低密度特性（标准状态下仅0.08987 kg/m3）导致长距离运输成本居高不下。目前主流的压缩氢方案仅适用于小规模场景，而甲烷、甲醇等化学载体又存在碳排放问题，亟需开发兼顾经济性与可持续性的大规模氢运输方案。
针对这一难题，研究人员系统评估了四种最具潜力的氢载体：液化氢(LH2)、氨(NH3)、甲苯/甲基环己烷(TOL/MCH)和二苄基甲苯/全氢二苄基甲苯(H0-DBT/H18-DBT)。研究以北非至意大利2500公里海运为案例，创新性采用"净当量氢"(NEHD)能效评估法和氢平准化成本(LCOH)经济指标，首次区分了工业用氢(30bar氢谷)与交通用氢(900bar加氢站)两种应用场景的差异。
研究团队运用Aspen Plus? V11流程模拟软件构建了完整的价值链模型，涵盖转化、储存、海运、再转化等环节。关键技术包括：基于Turton方法的设备经济性评估、考虑燃料细胞发电效率(60%)的NEHC能耗折算、以及区分集中式与分散式转化路线的对比分析。特别针对NH3裂解和LOHC脱氢等关键工艺，量化了反应热力学对整体能效的影响。
工业用氢场景的经济能效博弈
在氢谷应用中，NH3展现出显著优势。其合成工艺虽消耗2.27�/kg成本，但121 kgH2/m3的高储氢密度大幅降低储运费用。能效方面，尽管裂解工序消耗366kg/h当量氢（占输入量20%），整体效率仍达71%，远超LH2的59%。值得注意的是，H0-DBT/H18-DBT因无副产物生成，其4.79�/kg成本略优于NH3，但能效仅52%，凸显了载体选择中经济性与能效的权衡。
交通用氢的分散式革命
在加氢站场景中，LH2分散式转化方案颠覆传统认知。将液态氢直接输送至站点后再气化加压的方案，较集中式转化节省2.14�/kg成本，能效提升14个百分点至57%。这归因于液态泵送比气体压缩节能的特性。而NH3分散式裂解虽经济性改善，但电加热导致能效降至48%，反映不同能源转化路径的固有差异。
LOHCs的双刃剑特性
研究揭示了LOHCs的固有矛盾：TOL/MCH因副产物生成需6%补充流量，使成本增至6.18�/kg；而H0-DBT/H18-DBT虽化学稳定性更佳，但载体本身3000�/t的高成本构成瓶颈。两类LOHC在交通应用中的能效均不足40%，主要受限于脱氢反应的强吸热特性（需647kg/h当量氢供热）。
这项发表于《Materials Today Sustainability》的研究为氢能供应链规划提供了量化工具。其核心价值在于：首次证实终端应用场景决定载体选择——工业集群适用NH3直接利用，交通网络优选LH2分散转化。研究提出的NEHD评估体系，通过将能耗统一折算为氢当量，解决了多能源形式比较的标准化难题。未来研究可聚焦NH3低温裂解催化剂开发和LOHC冷能利用技术，这些突破或将重塑氢载体竞争格局。
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