寻求开发氢作为清洁能源，可以遏制我们对化石燃料的依赖，可能会导致一个意想不到的地方 - 煤炭。宾夕法尼亚州立大学的一个科学家团队发现，煤炭可能代表一种储存氢气的潜在方式，就像电池储存能量以备将来使用一样，解决了开发清洁能源供应链的主要障碍。

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“我们发现煤炭可以是这种地质氢电池，”宾夕法尼亚州立大学能源和矿物工程副教授Shimin Liu说。“你可以注入和储存氢能，并在你需要使用它时把它放在那里。

氢是一种清洁的燃烧燃料，有望用于我们经济中最能源密集的部门 - 运输，发电和制造业。但科学家们说，要建立氢基础设施并使其成为负担得起的可靠能源，还有很多工作要做。

这包括开发一种储存氢气的方法，这种方法目前既昂贵又效率低下。科学家们说，地质构造是一个有趣的选择，因为它们可以储存大量的氢，以满足每天或季节性变化的能源需求高峰和低谷。

“煤炭得到了很好的研究，近半个世纪以来，我们一直在用煤炭商业化生产天然气，”刘说。“我们理解这一点。我们有基础设施。我认为煤炭将是进行地质储氢的合乎逻辑的地方。

为了测试这一点，科学家们分析了来自美国各地煤田的八种煤炭，以更好地了解它们的吸附和扩散潜力，或者它们可以容纳多少氢。

科学家在《应用能源》杂志上报道，所有八种煤都显示出相当大的吸附特性，来自弗吉尼亚州东部的低挥发性烟煤和来自宾夕法尼亚州东部的无烟煤在测试中表现最好。

“我认为从科学的角度来看，煤炭很有可能是地质储存的首选，”刘说。“我们发现煤炭优于其他地层，因为它可以容纳更多，它拥有现有的基础设施，并且在全国和人口稠密地区附近广泛使用。

枯竭煤层气储层可能是最佳候选者。这些煤层含有甲烷等非常规天然气，在过去几十年中已成为化石燃料能源的重要来源。甲烷粘附在煤表面，这个过程称为吸附。

同样，将氢气注入煤会导致气体吸收或粘附在煤上。科学家们说，这些地层通常在顶部有一层页岩或泥岩，作为密封，保持甲烷，或者在这种情况下是氢气，密封，直到需要并泵出。

“很多人将煤定义为岩石，但它实际上是一种聚合物，”刘说。“它的碳含量很高，有很多小孔，可以储存更多的气体。因此，与其他非碳材料相比，煤就像一块海绵，可以容纳更多的氢分子。

科学家们设计了特殊的设备来进行实验。与甲烷和二氧化碳等其他吸附气体相比，煤对氢气的亲和力较弱，因此用于测定吸附量的传统加压设备不起作用。

“我们做了一个非常新颖和非常具有挑战性的设计，”刘说。“花了数年时间才弄清楚如何正确地做到这一点。我们必须根据我们以前在煤和页岩方面的经验，正确设计一个实验系统并进行反复试验。

根据他们的结果，科学家们确定无烟煤和半无烟煤是贫煤层储氢的良好候选者，低挥发性烟煤是气态煤层的更好候选者。

在煤矿社区发展氢储存可以为这些地区带来新的经济机会，同时也有助于建立国家的氢基础设施。

“在能源转型中，煤炭社区在经济上受到的影响最大，”刘说。“这无疑是一个重新利用煤炭地区的机会。他们已经拥有专业知识——能源工程师和技能。如果我们能够建立基础设施并改变他们的经济机会 - 我认为这是我们应该考虑的事情。

科学家们说，未来的工作将集中在煤的动态扩散率和动态渗透性上，这些特征决定了氢气注入和泵出的速度。

“我认为宾夕法尼亚州立大学是进行所有这些研究的正确地方 - 我们有煤炭储量，我们有天然气，我们拥有大学的工程和经济专业知识，”刘说。“这是合乎逻辑的地方。”