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以甲醇为原料 水氢机拉开产业化序幕
2019/7/4 6:51:14    新闻来源:科技日报

——劉科院士談甲醇經濟與氫燃料電池

澳大利亞國家工程院外籍院士、南方科技大學清潔能源研究院院長劉科博士,和幾位專家、院士走進了剛剛落戶東莞的國際歐亞科學院中國科學中心“大灣區水氫科學院”。這家剛剛揭牌的“大灣區水氫科學院”,就落戶在位于東莞樟木頭鎮的“廣東合即得能源科技有限公司”。

劉科俯下身去認真看了合即得公司研發生産的“水氫機”,這是一台利用甲醇和水通過催化重整制氫,然後通過燃料電池發電的機器。所以在幾年前的稱呼還是“醇氫機”,命名“水氫機”還是在2016年合即得注冊了全系列的“水氫”商標之後,其中原因且待後敘。

劉科十幾年前就在美國研發氫能燃料電池。從美國回國前任GE全球研發中心首席科學家,在UTC等著名跨國公司任職,曾擔任總部在丹麥哥本哈根的國際著名催化劑公司Topsoe公司副總裁。回國後,先後任北京低碳清潔能源研究所副所長兼首席技術官、神華研究院副院長,現在深圳南方科技大學任職。2013年獲得第30屆國際匹茨堡煤炭轉化創新年度獎,領導了全球第一套車載汽油制氫裝置用于驅動燃料電池汽車研發和示範,曾連續3年(2002—2004)任由國際氫能協會及美國化工學會(AIChE)共同組織的氫能與燃料電池峰會的主席,主持了第一個商業化的微量元素礦物質(微礦)分離裝置、第一台燃燒100%甲醇的柴油機等多個大型項目研發。面對“水氫機”(他更希望叫醇氫機),劉科可謂“內行看門道”,因爲他親自參與和見證了美國等發達國家在氫能上花巨資走過的路,成功和失敗的經驗教訓兼有。

他看了電腦機箱大小,爲電動車充電的“車電寶”;看了爲通信基站提供電源的供電系統;看了可以組合成電站的發電模塊;特別是看了裝在汽車上甲醇制氫通過氫燃料電池爲電動車供電系統,並詳細詢問了有關技術指標……

劉科告訴記者,十幾年前,他在UTC工作時,當時UTC、尼桑和殼牌石油三大跨國公司合作,希望開發全球第一輛汽油在線轉化制氫驅動的燃料電池汽車。他作爲這一項目的系統總監,帶領來自上述3家跨國公司的工程師團隊,耗資上億美元,做出了全球第一輛“車載汽油制氫的燃料電池汽車”。車上加的還是汽油,在車上用汽油和空氣中的氧及燃料電池釋放出的水蒸氣反應來制氫,用氫氣推動燃料電池。這一項目的成功,在2003年是當時美國行業界的一大新聞。他說,汽油在線轉化制氫難度要比甲醇在線重整制氫難多了,爲什麽?汽油中有硫。另外,汽油轉化溫度要850攝氏度,甲醇300多攝氏度,而且甲醇中沒有硫。甲醇比汽油幹淨得多。汽油在線轉化制氫的技術,我們十幾年前就做成了,甲醇在線轉化制氫沒有理由做不成;但那時爲什麽立項時不用甲醇?因爲“頁岩氣革命”沒有發生,天然氣太貴導致甲醇的成本太高。在合即得公司,劉科看到了他提倡已久的甲醇制氫發電技術路線的完整系列産品。

他說,這將是氫能應用“最靠譜”的方向。劉科緊緊地握住了“水氫機”研發者向華的手!這大概是甲醇制氫發電技術路線發展曆程中,值得記錄的一握!記者向劉科問道,當前我國乃至世界流行的大規模制氫,通過加氫站或者其他管道,將氫氣壓縮到高壓汽車儲氫罐的技術路線前景如何?

刘科对此问题显然思考已久,他说,一是加氢站的氢气,是经过700公斤的压缩气体。因为氢气是世界上体积能量密度最低的物质,它只有靠压缩才能提高能量密度。但是请记住700公斤的压缩是什么概念?汽车轮胎的压力才5—6公斤。工业生产煤制油需要氢气,氢气容器需要十几厘米厚的钢板。对车载的储氢罐,因钢材太重,只好用碳纤维。但是现在碳纤维价格较高,并且在压缩氢气的过程中,本身就损耗很多的能量,使用成本高是全球业界的共识。另外,氢气是世界上爆炸范围最广(4%—73%)的气体。低于4%是安全的,高于73%只着火不爆炸,4%到73%就算遇火星也爆炸。因此在大量汽车停在地下停车库这种封闭空间里的城市,罐装氢气不适合作为大众广泛使用的能源。在露天空间里,氢气泄漏问题不大,一旦泄漏就冲上天。他们在美国做过实验,一辆氢燃料电池汽车停在那里,拿超强步枪远距离一枪把氢气瓶打通,一条火龙直冲上天,驾驶室温度不是瞬间升高, 驾驶员和乘客有足够的时间逃离; 但在封闭空间里,氢气是爆炸范围最广,扩散最快的气体。地下车库里,一辆罐装氢车一旦泄漏,达到4%以后,一打电火花车就爆了,如果地库里有许多氢罐汽车,整个楼就会毁掉。有人说罐是安全的,但从氢罐传输到燃料电池中间总有连接点,哪个连接处一旦泄漏,就会有灭顶之灾。最近韩国的储氢罐爆炸、挪威的加氢站爆炸,都是这些原因。氢气又是最小的分子,是最容易泄漏的气体。这么多年来大部分炼油厂的火灾,也是源于氢气泄漏。所以,刘科建议立法不能让罐氢汽车停在地下车库。再就是建设加氢站的困难。刘科在美国是能源部加氢站的项目负责人,美国加氢站在设计的时候,要求有个安全距离,它要求在一定的范围内不能有居民楼。他们在深圳做了一个估算,如果在深圳建一个每天供300辆车的加氢站,按照今天的安全标准,加氢站约需要8亩地,在深圳一亩地1亿元,8亿元建个加氢站,这辈子地价都还不完。如果在半个小时车程以外郊区建个加氢站,加氢来回一个小时,车就没人买了。

美國的氫能和燃料電池技術發展,從上世紀90年代開始到現在燒了不下幾百億美元,也沒有解決好這些問題。所以現在中國處在氫能很熱的時候,一方面到處在燒錢,一方面還沒有把整個氫能的系統工程想透,容易在産業發展的戰略方向上出現偏差。

記者又問劉科,既然您認爲甲醇是最好的制氫原料,那麽甲醇的成本和來源可靠嗎?

劉科說,甲醇是目前世界上最好的制氫材料,這得益于世界的“頁岩氣革命”。10年前,美國的天然氣最高到17美元每百萬英熱單位。而且當時全世界都慌了,說這個世界沒有天然氣怎麽辦?結果“頁岩氣革命”來了,到2010年世界突然發現了200年用不完的天然氣,美國的天然氣價格從17美元每百萬英熱單位狂跌到1.5美元每百萬英熱單位,現在平衡到2.5—3美元左右。就是“一個頁岩氣革命”,也使得油價從140美元狂跌到最後約35美元,最近到50—65美元之間波動。

天然氣是制備甲醇最好的原料,比煤制甲醇更便宜,那就意味著全世界還有200年用不完的甲醇。就地把天然氣轉化成甲醇,甲醇只有1噸750元的成本。另外從運輸來講,固體(如煤)、氣體都不可取。液體燃料永遠是人類交通運輸能源的首選,因爲液體燃料,如汽油或甲醇,在陸上可以管路輸送,跨海輸送成本很低(是價格的1%左右),而且可以在儲罐裏長期儲存。

談到這裏,向華博士興奮地插話:“劉院士談的這兩點,這也就是我改名'水氫機'的一個重要原因,就是要明確區別罐氫的技術路線。”向華當時就提出願意與劉科院士的團隊合作,進一步完善改進甲醇在線制氫驅動燃料電池的技術在各個領域的應用。

最近,國家相關部委發文,把甲醇作爲清潔能源的主要方向。

以甲醇爲原料的水氫機已經悄然拉開了産業化的序幕。

有了刘科院士和国际欧亚科学院的专家和院士的力挺支持,中国氢能源产业化的第一缕曙光,将从这里升起。(记者 龙跃梅 叶青)

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