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技术创新

中国氢能车破解常温常压难题,研究者:具有极高安全性

文字:[大][中][小] 发布时间:2018-7-30  浏览次数:299
常温常压储存氢,一直被认为是一个世界性难题,但氢能的清洁、可再生性,让人类从未停止对它的探索。
6月27日,三环集团、武汉氢阳能源公司、武汉金凰实业联合发布了“世界首台常温常压液体有机储氢燃料电池物流车”,该款车采用氢阳公司独创的常温常压液体有机储氢技术,利用不饱和芳香烃化合物催化加氢的方法,让氢气变成“氢油”,能让氢在常温常压下液态存储和运输。

中国地质大学(武汉)可持续能源实验室主任、“千人计划”学者程寒松 资料图
让这一世界性难题变成现实的,正是中国地质大学(武汉)可持续能源实验室主任、“千人计划”学者程寒松带领的研发团队。
早在2016年9月,由程寒松团队研发的中国第一台液态有机供氢技术的燃料电池大巴(泰歌号)工程样车,在武汉试运行成功。此后,该项技术不断迭代更新。
7月1日,程寒松在接受澎湃新闻(www.thepaper.cn)采访时表示,常温常压液体有机储氢具有极高的安全性,且无温室气体排放,清洁环保,汽车可以在行驶过程中对氢燃料进行补给加注,可以像现有加油站加汽柴油一样安全、便捷。
“材料反应条件较为温和,反应动力学快,氢气纯度高,技术目前处于国际领先水平。”程寒松介绍,目前,这项技术尚未针对小型家用轿车的车型进行开发。在交通领域,除了在客车、物流车方面的应用外,正在相关企业一起探讨这项技术在船舶、轨道等行业的应用。
不易挥发、燃烧,具有极高安全性
澎湃新闻:介绍一下目前研发的常温常压液体有机储氢氢燃料电池汽车的具体工作原理,安全性如何,有哪些特点?
程寒松:有机液体储氢技术是将特定的有机不饱和化合物(储油)与氢气在催化剂作用下发生可逆化学反应生成烷烃类化合物(氢油)来实现氢的储存和释放。储油和氢油在常温常压下均为液态,类似于石油和汽油,能够十分方便地储存和运输。
如下图所示,储油在加氢工厂生成氢油,用槽车运输至加氢站;氢油通过车载催化反应装置释放氢气供氢燃料电池使用;在加氢站将氢油加注到车上的同时,将车上释放完氢气的储油抽回到储罐中,槽车在加氢站卸载氢油后,装满储油回到加氢工厂;储油经加氢后再次变为氢油,循环使用。整个过程中通过热交换降低能耗,没有温室气体排放,安全环保。
加油车和加储氢燃料电池车对比图
储存与运输过程在常温常压下完成,储油和氢油化学性质稳定,不易挥发,不易燃烧,具有极高的安全性。氢油的生产过程与传统的石油化工过程完全类似,与现有的基础设施完全匹配,这样可以大幅减少氢能技术的应用成本,提高公众对氢能经济的认可和接受程度。
与传统能源相比,储油相当于石油,氢油相当于汽油。基于液体有机储氢技术的燃料电池汽车在行驶过程中对氢燃料的补给加注,可以像现有加油站加汽柴油一样安全、便捷。
澎湃新闻:这项技术与本田在2016年推出的Clarity氢燃料电池汽车动力、工作原理上有什么不同?
程寒松:本田公司2016年推出的Clarity氢燃料电池汽车采用的是与丰田公司Mirai氢燃料电池汽车一样的车载供氢方式,即高压氢储罐供氢,车载储罐压力高达700大气压,相对应的高压加氢站氢气压力高达900大气压以上。其在车上运行时,通过减压阀实现氢气从高压变为低压后通入燃料电池发电。这与我们的有机液体供氢方式完全不同。我们的供氢系统在运行时产生的氢气不需要经过加压,直接进入燃料电池电堆发电,安全便捷。
氢燃料电池技术与发达国家还有相当差距
澎湃新闻:氢能源技术在国内的发展历程是怎样的?
程寒松:早在六十年代,中国就开始了对氢能的研发工作,为了发展航空航天事业,许多国内学者在获取可用于火箭燃料的液氢以及氢氧燃料电池的研发方面做了很多努力,也取得一定的成果。2l世纪以来我国政府多次将氢能列入能源发展规划,以达到加速我国氢能发展进程,促进氢能商业化的目标。特别是近年来,各级政府为发展氢能产业、改善环境出台了一系列政策,为促进氢能技术的发展、特别是燃料电池在交通领域的应用起到了重要的推进作用,奥运会和世博会为中国氢能技术提供了很好的展示平台。尽管如此,今天,我们的燃料电池技术与发达国家特别是丰田、本田的技术相比,还有相当差距。
澎湃新闻:从泰歌号到新氢卡的问世,在研发过程中,曾遇到过哪些困难?
程寒松:从泰歌号到新氢卡,我们先后与不同的车企及燃料电池厂商合作,这中间不同车企及燃料电池厂商对系统间的通讯协议、接口、氢气压力等均没有统一的标准,在实际研发过程中需要多次多方协调,特别是技术指标之间产生的矛盾协调。如泰歌号是与同济大学、武汉资环院、扬子江客车联合开发的,采用的是巴拉德燃料电池;氢扬一号、氢扬二号是与扬子江客车联合开发的,采用的是Hydrogenics公司的燃料电池;三环新氢卡是与三环集团联合开发的,采用了Powercell公司的燃料电池。由于不同电堆要求的技术参数不同,对我们的供氢系统的技术指标的要求也各异。因此,每一次新的车型的开发,公司各主要技术部门之间均会通力合作,对如何提高供氢系统产氢效率、降低系统功耗、减小系统体积重量等苦下功夫,最后实现技术的一次次突破。可以说,每次新车型的开发都给我们的供氢系统带来大的改善。
未来将在家用轿车、船舶、轨道等行业应用
澎湃新闻:目前这项氢能技术尚只在大型公交、货卡等车型运用,对在小型家用轿车的运用尚有瓶颈吗?
程寒松:目前,我们先后开发了“泰歌号”大巴车、星锐物流车、“氢扬一号”“氢扬二号”公交车、“三环新氢卡”轻型卡车等车型,主要车载供氢系统装置体积重量均在不断进行轻量化、小型化设计,目前尚未针对小型家用轿车的车型进行开发,未来会积极开拓此领域业务。
澎湃新闻:目前该项技术在世界上同领域研究处于怎样的阶段,有哪些领先于世界的地方,以及尚且落后于世界的地方?
程寒松:目前,开发有机液体储氢技术的国家主要有德国、日本等。德国埃尔朗根-纽伦堡大学相关研究人员于2013年成立了Hydrogenious Technologies GmbH, Erlangen公司,研发基于二苄基甲苯为储氢载体的兆瓦级能源储存与运输系统,并开展相关的商业化示范推广。
日本Chiyoda公司关于有机液体储氢技术的研究主要集中于苯、甲苯催化加氢生成环己烷、甲基环己烷两大体系。
德国和日本的技术面临的主要困难是脱氢温度均在300℃以上,远高于燃料电池的工作温度,脱氢过程有副反应发生,易导致氢气不纯,反应动力学较慢。
我们的技术,材料反应条件较为温和,反应动力学快,氢气纯度高,技术目前处于国际领先水平。
澎湃新闻:该项技术未来的发展趋势是怎样的?
程寒松:我们是最早在国内开展液态有机储氢技术的商业化开发与应用,目前正在致力于打造国际领先的常温常压液态有机储氢技术的研发及产业化平台;力争成为全球范围内知名的有机液体储氢材料、相关催化剂及供氢系统设备的制造商;同时在核心技术对外输出与合作方面成为国内主要的氢能应用技术的合作伙伴及系统技术的供应商。
目前,液态有机储氢技术在氢能领域已逐渐被市场所接受,大型能源公司已开始利用该技术做储能示范,在交通领域,除了在客车、物流车方面的应用外,我们也正在相关企业一起探讨这项技术在船舶、轨道等行业的应用。