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低成本推進氫燃料電池的利用對于我國交通領域低碳轉(zhuǎn)型至關重要

2020-10-03 23:39  來源:國際能源網(wǎng)  瀏覽:  

燃料電池車和純電動汽車聯(lián)手應對燃油車的“大戰(zhàn)”已經(jīng)打響,純電動車續(xù)航里程和氫燃料車成本過高問題的短板亟待解決。低成本推進氫燃料電池的利用對于我國交通領域低碳轉(zhuǎn)型至關重要。澳大利亞國家工程院外籍院士劉科9月29日在青海舉辦的“一帶一路”清潔能源發(fā)展論壇上指出:“甲醇經(jīng)濟發(fā)展前景廣闊,或?qū)咏煌I域用能變革。”

電動汽車和燃料電池汽車的挑戰(zhàn)與應對

由于我國石油資源匱乏,汽、柴油車導致的環(huán)境污染問題也愈演愈烈,“十五”規(guī)劃期間,能源汽車科技規(guī)劃包含“863”項目在內(nèi),累計共投入20 億元研發(fā)經(jīng)費,形成了以純電動、油電混合動力、燃料電池三條技術路線為“三縱”,以多能源動力總成控制系統(tǒng)、驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)、動力蓄電池及其管理系統(tǒng)三種共性技術為“三橫”的電動汽車研發(fā)格局。

電動汽車最早出現(xiàn)的時間要比燃油車早得多,早在19世紀后半葉的1873年,英國人羅伯特·戴維森率先發(fā)明了世界上最初的可供實用的電動汽車。這比德國人戴姆勒和本茨發(fā)明的汽油發(fā)動機汽車早了近10年。

時至今日,電動汽車依然未能登上交通出行領域的主舞臺,依靠國家補貼才能獲得利潤的電動車企中有一部分又開始研發(fā)燃料電池汽車,以此彌補電動汽車續(xù)航里程不足的問題。然而以氫燃料為主的燃料電池汽車同樣存在短板,正如劉科所講,電動汽車之所以未能爭過油車,主要原因其一是電動車電池的能量密度低, 其二是汽、柴油之類的液體燃料大規(guī)模生產(chǎn)儲運成本低,加之內(nèi)燃機流水線量產(chǎn)使成本大降而導致的;而氫燃料電池汽車雖然發(fā)電效率高,可以降低人們對石油的依賴,但依然存在儲氫、運氫成本高、加氫站投資大、安全隱患大等問題。

甲醇在線制氫是燃料電池氫供應鏈的最佳解決方案

發(fā)展氫燃料電池汽車已成行業(yè)共識,但氫能產(chǎn)業(yè)上下游普遍感覺氫能用起來“太貴”,經(jīng)濟性不足是一大難題。降成本已成氫燃料電池汽車攻堅的重點。氫燃料電池汽車從上游制氫、輸氫、儲氫,到下游加氫及應用,產(chǎn)業(yè)鏈比較長,各個環(huán)節(jié)成本累積到最后,氫燃料電池最后的成本就變得比較高。

以氫儲運環(huán)節(jié)為例,氣態(tài)氫儲輸是目前全球氫氣運輸?shù)闹饕夹g路線,國外廠商多采用35~70MPa的氫氣瓶組運輸氫氣,而國內(nèi)目前只有20~35MPa鋼制高壓長管托車和瓶組,儲氫密度較低。“以300公里的到站成本計算,用50MPa高壓拖車的氫氣成本為34.4元/千克,而20MPa高壓拖車成本要39.1元/千克。”中國科學院院士歐陽明高舉例說。

解決上述難題,劉科給出了一個新的思路,他指出:甲醇是非常好的運氫、儲氫的載體,1升甲醇和水反應的產(chǎn)儲氫量是1升液氫的兩倍。甲醇在線制氫系統(tǒng)在規(guī)?;矫嬉簿邆鋬?yōu)勢。在氫能使用成本方面,甲醇在線制氫的成本在理想情況下可以低至15元/公斤,國際上最低的綜合用氫成本高達66.4元/公斤。

由此可見,甲醇在線制氫可以最大限度降低人們用氫成本。劉科介紹說,通過天然氣生產(chǎn)甲醇,甲醇生產(chǎn)成本的70%是天然氣的原料成本,因為頁巖氣革命,有文獻報道全球發(fā)現(xiàn)有200年用不完的天然氣,如果這樣,也就意味有200年用不完的甲醇。我國的甲醇主要是煤來制,而國家的主要一次能源是煤炭,所以甲醇是一個來源豐富的能源載體。制備甲醇的成本在新技術應用的情況下也可以做到非常低的水平;常溫常壓下,甲醇是含氫量最豐富的液態(tài)能源;不僅如此,甲醇和水按一定比例混合,其安全性也較汽、柴油高,不容易發(fā)生爆燃事故;此外,目前可以利用目前的加油站進行改造,可以減少前期的投資成本。

新技術助力能源轉(zhuǎn)型

甲醇制氫可以大幅降低氫燃料電池的使用成本,但殊不知,低成本制甲醇也是一項新技術。從治理污染的角度看,該技術也可以為減少我國的PM2.5的排放量發(fā)揮作用。

劉科指出,目前研究團隊已成功研發(fā)出類液體循環(huán)流化床鍋爐,可以實現(xiàn)將煤在燃燒或轉(zhuǎn)化前分離其可燃物和礦物質(zhì),將煤中的可燃物提取出來用于燃料,不可燃的礦物質(zhì)提取出來作為改良土壤劑及復合肥的原料,實現(xiàn)變廢為寶。

據(jù)了解,該項技術具有無需煙氣脫硫脫硝就可以實現(xiàn)清潔排放的特點,新型除塵技術可以嚴控粉塵排放,甚至是將粉塵收集起來,成為制作水泥的原料。

劉科分析道,通過微礦分離技術和類液體燃料對現(xiàn)有化工廠進行升級改造,可實現(xiàn)煤制氫和煤制甲醇的低成本運營。傳統(tǒng)工藝制甲醇的平均生產(chǎn)成本約為1600至2000元,新技術每噸成本可節(jié)約600至800元。

利用該項新技術可以獲得比較多的氫能資源,將一定比例的氫加入到天然氣管道中,可降低燃氣成本并可顯著減少燃燒廢氣中的氮氧化物的排放量,對于減輕環(huán)境污染會起到重要作用。

劉科建議,針對青海省的能源結(jié)構(gòu)特點,首先應該利用棄水、棄風、棄光的電量制氫,將氫氣注入西氣東輸?shù)奶烊粴夤艿溃源藴p少天然氣使用過程中氮氧化物超標的問題,同時解決西部氫能輸送問題;其次,利用5G、新基建、大數(shù)據(jù)中心建設高潮,將風能、太陽能發(fā)的電就地消納;再次,要因地制宜建設抽水蓄能、及利用已有的巖洞推進壓縮空氣儲能項目配合當?shù)匦履茉聪{;最后,利用風能、太陽能發(fā)電也可將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化制甲醇,也可用可再生能源電解水制氫,降低西部煤制甲醇的二氧化碳排放,再將綠色的甲醇作為儲氫的載體外運到其他省份,以此促進氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展,帶動交通領域用能新風尚。
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