能源开发与存储研究

1. 储层能源开发多尺度研究

  地下储层中能源的开发是一个涉及多种机理的多场耦合过程，以天然气水合物藏为例，涉及气体水合物分解、热传递以及流体流动等多个方面。储层开发的关键在于根据不同的储层条件选择适当的开发方式。因此，需要对不同地质条件及开发过程中的控制机理及表征特性有清晰的认知。课题组利用油藏数值模拟、实验、热力学建模和分子动力学模拟等方法，从多个尺度进行研究，包括气体水合物相态、分解前缘的移动规律、不同开发方式下的开采效率、不同储层条件及开发方式下的控制机理、控制机理的判定方法、基于相似理论对储层开发进行尺度升级等，为油气田和天然气水合物藏开发方案的可行性分析及优化提供了依据。以上研究成果发表在Applied Energy，Marine and Petroleum Geology，Journal of Molecular Liquids，Chemical Engineering Science，Fuel，Journal of Natural Gas Science and Engineering，Journal of Chemical Thermodynamics和Petroleum Science and Technology等SCI期刊。

2. 氢气存储

  氢气被视为一种高效绿色的能源存储介质，能够平衡能源供需之间的差异，推动可再生能源的更广泛利用。课题组致力于研究地质氢气存储和基于气体水合物的氢气存储技术。

  地质氢气存储：地下盐穴、废弃油气田等为氢气的大规模存储提供了天然的存储空间。然而，氢气分子具有尺寸小、流动性强等特性，在地质存储过程中存在泄漏的风险。此外，氢气与储层流体及矿物间的化学反应可能加剧泄漏风险，并降低氢气的纯度。针对以上问题，课题组利用分子动力学模拟和矿场数值模拟，系统研究氢气地质存储条件下气-液-固之间相互作用对氢气存储的效率和安全性的影响，研究成果发表于International Journal of Hydrogen Energy和Environmental Chemistry Letters等SCI期刊。

  基于气体水合物的氢气存储技术：与地质氢气存储相比，基于材料的氢气存储技术具有灵活的优势。气体水合物的晶格结构可以捕获氢气分子，使氢气以氢气水合物的形式稳定存在。基于水合物的储氢技术的应用只需水和少量的促进剂，并且水和促进剂可以循环使用，因此比其他氢气存储材料更具经济和环境方面的优势。纯氢气水合物的生成需要高压低温的严苛条件，添加促进剂可以大大缓解所需的生成条件，然而促进剂的加入会降低氢气的存储能力。针对以上问题，课题组利用PVT反应釜实验、热力学建模和分子动力学模拟，对不同促进剂对氢气水合物的存储性能进行系统研究。

3. 功能材料

  可再生能源和氢能经济的发展离不开铂、钯、镍、钴、铜、锰、铁等关键金属，这些金属广泛应用于催化和电池等材料，其高效的提取与分离是发展低碳经济的内在要求。因此，课题组以微米级二氧化硅颗粒为基质，将不同的官能团配体固定在二氧化硅颗粒表面，通过调节分离溶液的酸碱度等条件，利用固-液分离的优势，实现对不同金属离子的选择性提取，达到金属离子分离的目的。研究成果已申请国际发明专利1项。