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氫燃料電池取得新突破,未來爆發(fā)空間可能遠超想象

 真友書屋 2021-12-26

事件驅(qū)動


12月21日消息,據(jù)中科院透露,中國科學(xué)院上海高等研究院工程科學(xué)團隊在3D打印技術(shù)制備車載甲醇重整制氫催化劑研究中取得進展,3D打印制備車載甲醇重整制氫催化劑,有望應(yīng)用于車載燃料電池領(lǐng)域。

報道稱,該研究有助于推動甲醇重整制氫技術(shù)在車載燃料電池等領(lǐng)域的發(fā)展,并為新型整體式催化劑的開發(fā)提供了新思路。

眾所周知,氫有先天的“四個最”無法依靠研發(fā)技術(shù)改變。即氫是體積能量密度最低的物質(zhì)、最小的分子、最容易泄漏、有最寬的爆炸范圍。

這些原因?qū)е職錃鈮嚎s困難、儲存條件苛刻、運輸成本高,高昂的儲氫運氫成本及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本限制了燃料電池發(fā)展。

據(jù)了解,常規(guī)的煤制氫、天然氣制氫等大規(guī)模制氫方式,在用氫上其實存在著巨大的隱性成本。僅運費一項開銷,每公斤氫氣從制備完成到最終送達消費者,其中的運輸成本就在25元以上。

與之相比,甲醇制氫屬于微型制氫裝置,省去了氫氣的儲存和運輸環(huán)節(jié),直接利用重整制氫燃料電池把甲醇轉(zhuǎn)化成氫氣,實現(xiàn)了氫氣的即產(chǎn)即用。
甲醇重整氫燃料電池利用甲醇水溶液作為燃料,通過重整器將甲醇水溶液轉(zhuǎn)化為氫氣混合氣,在高溫質(zhì)子交換膜燃料電池電堆中反應(yīng)對外輸出電能。未完全反應(yīng)上的氣體在氧化室中反應(yīng),為前端甲醇重整反應(yīng)提供熱量。

簡單說就是,一邊把液體甲醇加進去,另一邊就可以直接轉(zhuǎn)換成氫能,然后發(fā)電驅(qū)動汽車。該技術(shù)氫氣即產(chǎn)即用、燃料能量轉(zhuǎn)化效率高,且無有害氣體排放。

同時,與高壓儲氫相比,甲醇是非常好的液體儲氫、運氫載體。

首先,甲醇來源廣泛可靠。既可以利用煤炭、天然氣等制甲醇,也可以利用“棄風(fēng)”“棄光”等電解水制氫,氫再與二氧化碳反應(yīng)制取甲醇。長期來看,利用可再生能源發(fā)電制取綠氫,再和二氧化碳結(jié)合生成方便儲運的綠色甲醇,也是一條通向零碳排放的重要路徑。

其次,常溫常壓下甲醇為液體燃料。液體燃料最大的優(yōu)勢就是陸上可以管路輸送,海上可以跨海輸送,并可以長期保存,實現(xiàn)安全高效經(jīng)濟便捷儲運。

再次,甲醇是高密度儲氫材料。每噸甲醇與水重整可制出超過180公斤氫氣,較之高壓或低溫液態(tài)儲氫方式具有更高的儲氫能量密度。

綠色甲醇作為能源轉(zhuǎn)化中樞,把燃料電池的高效性和液體燃料的好處結(jié)合起來,同時能夠在碳足跡全流程上解決能源的清潔性問題,并起到拓展氫能應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈、降低碳排放、實現(xiàn)碳利用等一舉多得的效果。

最為重要的一點是,甲醇制氫路線可以很好地將已有的加油站等基礎(chǔ)設(shè)施利用起來。甲醇補給配套體系可以充分利用現(xiàn)有的加油站系統(tǒng),將傳統(tǒng)加油機的加注槍更換為甲醇加注槍即可,而且甲醇燃料加注時間短。相比之下,加氫站造價極高,成本超過甲醇補給站的100倍。


同時,甲醇生產(chǎn)技術(shù)成熟,當(dāng)前我國已是全球最大甲醇生產(chǎn)國。2020年,國內(nèi)甲醇產(chǎn)能超過9000萬噸,年內(nèi)甲醇產(chǎn)量大約在6300萬噸。國內(nèi)甲醇企業(yè)年平均開工率約在70%,2021年我國甲醇新增產(chǎn)能約有1100萬噸。


據(jù)了解,此次工程科學(xué)團隊通過3D打印技術(shù),開發(fā)出的這種新型兼具高機械強度和高催化活性的3D打印催化劑制備方法。該催化劑單位質(zhì)量氫氣的時空產(chǎn)率超過目前大部分同類型催化劑。同時,催化劑機械強度高,是目前傳統(tǒng)顆粒催化劑的4倍,可適應(yīng)車載加速顛簸等情況。

在氫能發(fā)展的過程中,交通領(lǐng)域尤其是汽車領(lǐng)域的商業(yè)化一直是“先鋒”。重型車作為“首發(fā)陣容”,目前已經(jīng)進入大規(guī)模商業(yè)示范階段。

2019年,工信部發(fā)布的《關(guān)于在部分地區(qū)開展甲醇汽車應(yīng)用的指導(dǎo)意見》指出,要鼓勵和支持企業(yè)研發(fā)甲醇燃料電池汽車產(chǎn)品,加快甲醇汽車科研成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

因此,甲醇重整制氫技術(shù)也被越來越多的企業(yè)應(yīng)用到車端,相應(yīng)的甲醇重整氫燃料電池系統(tǒng)也逐漸被市場認可。

大潮奔涌,當(dāng)下我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展窗口期已形成,甲醇在線制氫系統(tǒng)在規(guī)?;矫嬗忻黠@優(yōu)勢,可避開燃料電池汽車的商業(yè)化在儲運等方面的瓶頸,受市場追捧也在情理之中,相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈公司值得研究。

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