行業(yè)信息| 淺談氫燃料電池簡(jiǎn)史與氫制備
“有人將2018年定義為中國(guó)氫能發(fā)展的元年,從行業(yè)圈內(nèi)默默發(fā)展,到漸漸走近大眾視野,氫能被譽(yù)為21世紀(jì)最有前景的替代能源,各大企業(yè)爭(zhēng)相搶占?xì)淠苜惖。氫能迅速的進(jìn)入大眾視野,不是偶然,而是能源轉(zhuǎn)型的必然!
氫燃料電池簡(jiǎn)史
縱觀歷史,氫能源技術(shù)并非新鮮事物,世界上許多國(guó)家都將氫能源作為戰(zhàn)略性能源來(lái)發(fā)展。
1776年氫氣首先被英國(guó)科學(xué)家亨利·卡文迪許(Henry Cavendish)認(rèn)定為一種獨(dú)特的元素,因?yàn)殇\金屬與鹽酸反應(yīng)后產(chǎn)生氫氣。 1838年瑞士化學(xué)家 Christian Friedrich Schoenbein發(fā)現(xiàn)燃料電池效應(yīng),結(jié)合氫氣和氧氣產(chǎn)生水和電流,并刊登在當(dāng)時(shí)著名的科學(xué)雜志。 1839年英國(guó)物理學(xué)家威廉?葛洛夫于2月把理論證明刊登于《科學(xué)的哲學(xué)雜志與期刊》,其后又把燃料電池設(shè)計(jì)草圖于1842年刊登,他因其成就獲得了“燃料電池之父” 的稱號(hào)。 1889年L.Mond 和C.Langer 以鉑為電催化劑,以鉆孔的鉑為電流收集器組裝第一個(gè)使用空氣和工業(yè)煤氣的燃料電池裝置。 20世紀(jì)50年代英國(guó)劍橋大學(xué)的 Francis T. Bacon 建造了第一個(gè)實(shí)用的氫-空氣燃料電池 5千瓦(kW)系統(tǒng)為焊接機(jī)提供動(dòng)力。同年,由哈利·伊律格(Harry Ihrig)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)也制造出15千瓦的燃料電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 20世紀(jì)60年代燃料電池首次應(yīng)用在美國(guó)航空航天管理局(NASA)的阿波羅登月飛船上作為輔助電源,為人類登月球做出了積極貢獻(xiàn),這也標(biāo)志著燃料電池由實(shí)驗(yàn)室階段開(kāi)始轉(zhuǎn)入軍用階段的應(yīng)用。 1966年通用汽車(chē)推出了全球第一款燃料電池汽車(chē)Electrovan,該車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)由32個(gè)串聯(lián)薄電極燃料電池模塊組成,持續(xù)輸出功率為32千瓦,峰值功率為160千瓦,完美詮釋了燃料電池技術(shù)的可行性潛力。之后各大車(chē)廠均紛紛展開(kāi)燃料電池汽車(chē)的研究。 2000年之前燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展氫燃料電池汽車(chē)概念設(shè)計(jì)及原理性認(rèn)證階段,以概念車(chē)形式推出氫燃料電池汽車(chē)。 2000-2010年是燃料電池汽車(chē)示范運(yùn)行驗(yàn)證、技術(shù)攻關(guān)研究階段。 2010-2015年是燃料電池汽車(chē)性能提升階段,這一階段燃料電池的汽車(chē)功率密度、壽命取得進(jìn)步,在特定領(lǐng)域商業(yè)化取得成功,在物流運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域率先使用,初步實(shí)現(xiàn)特定領(lǐng)域用車(chē)商業(yè)化。 2015年之后燃料電池汽車(chē)進(jìn)入商業(yè)化推廣階段,以Mirai和Clarity的上市代表著面向私人乘用車(chē)領(lǐng)域開(kāi)始銷(xiāo)售,正式進(jìn)入商業(yè)化階段。
我國(guó)多種制氫方式
制備氫氣的幾種主要方式包括化石燃料制氫、化工副產(chǎn)制氫、電解水制氫等: 化石燃料熱化學(xué)重整制氫:目前氫氣的主要來(lái)源,全世界每年生產(chǎn)出約6000萬(wàn)噸氫氣,其主要來(lái)自于天然氣分離,雖然這種方法成本低、技術(shù)較成熟、已形成規(guī)模經(jīng)濟(jì),但其存在不可持續(xù)、不環(huán)保的缺陷、提純成本較高,廣泛用于我國(guó)的化工生產(chǎn)中,但運(yùn)用于燃料電池提純成本較高 。 化工副產(chǎn)制氫:目前燃料電池氫氣主要來(lái)源,主要包括氯堿工業(yè)副產(chǎn)氣、煤化工焦?fàn)t煤氣、合成氨產(chǎn)生的尾氣、煉油廠副產(chǎn)尾氣中進(jìn)行提純制氫,成本相對(duì)較低且對(duì)環(huán)境友好,現(xiàn)階段滿足下游燃料電池的生產(chǎn)需求,是目前比較適合的生產(chǎn)方式。 生物制氫:是指生物質(zhì)(農(nóng)業(yè)和森林殘余物、工業(yè)和城市垃圾、有機(jī)物廢棄材料等)通過(guò)氣化或熱解或生物過(guò)程制成氫。理論上可以實(shí)現(xiàn)廢物利用,具有清潔、節(jié)能和不消耗礦物資源等特點(diǎn)。技術(shù)上,生物質(zhì)制氫分為三類:生物質(zhì)熱裂解制氫、生物質(zhì)氣化制氫、生物質(zhì)超臨界水氣化制氫。
電解水制氫:雖然高效低碳可持續(xù),且技術(shù)已成熟,但高成本是目前技術(shù)的使用障礙。根據(jù)能源方面的統(tǒng)計(jì),預(yù)計(jì)未來(lái)5-10 年電解水制氫有望能夠?qū)崿F(xiàn)盈利。 我國(guó)燃料電池的短期內(nèi)化工副產(chǎn)氫產(chǎn)能足夠滿足氫燃料汽車(chē)需求。根據(jù)規(guī)劃,2020年,燃料電池汽車(chē)達(dá)5000臺(tái),2025年5萬(wàn)臺(tái),2030年百萬(wàn)臺(tái),根據(jù)公開(kāi)資料,若供給豐田Mirai(每天加2.5公斤氫氣行駛350公里),2020年、2025年、2030年需氫量分別為0.46萬(wàn)噸、4.6萬(wàn)噸、92萬(wàn)噸。氫氣主要來(lái)源于氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫。長(zhǎng)期清潔能源轉(zhuǎn)換來(lái)看,來(lái)自可再生能源的電解水制氫是最終的可再生方案。 電解水制氫最清潔、最可持續(xù)的制氫方式,并將成為燃料電池發(fā)展中最具潛力的制氫方法之一。
水氫機(jī)利用清潔能源轉(zhuǎn)換制氫
水氫產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在多年來(lái)堅(jiān)持自主研發(fā),實(shí)現(xiàn)了小型化移動(dòng)制氫和發(fā)電的目標(biāo),為氫能的廣泛應(yīng)用打開(kāi)了大門(mén),解決了氫能應(yīng)用的安全問(wèn)題、成本問(wèn)題及加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)巨額投資問(wèn)題,開(kāi)發(fā)出甲醇重整制氫與燃料電池發(fā)電高度集成的系統(tǒng)裝置“水氫機(jī)”,該系統(tǒng)采用催化重整及純化多項(xiàng)技術(shù)從甲醇水中獲得高純氫,再通過(guò)質(zhì)子膜系統(tǒng)產(chǎn)生電、熱等多種能源,實(shí)現(xiàn)在同一設(shè)備中可移動(dòng)即時(shí)制氫和發(fā)電,無(wú)需存儲(chǔ)氫氣。
水氫機(jī)的原料是甲醇和水,甲醇來(lái)源廣泛,來(lái)料便宜。甲醇是常溫常壓下含氫量最豐富的液態(tài)能源,是氫能轉(zhuǎn)換的最佳媒介。甲醇是可再生及重復(fù)利用的清潔能源,可以通過(guò)傳統(tǒng)化石能源獲取,也可通過(guò)太陽(yáng)能、風(fēng)能等間歇式可再生能源轉(zhuǎn)換獲得,還可利用農(nóng)作物秸稈、動(dòng)物糞便和有機(jī)物等生物質(zhì)能源發(fā)酵獲得,是氫能轉(zhuǎn)換的最佳媒介,可實(shí)現(xiàn)國(guó)家的中長(zhǎng)期儲(chǔ)能。 水氫機(jī)可為不同領(lǐng)域提供清潔供能解決方案,為人們帶來(lái)安全便捷、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、可持續(xù)的電力。
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