燃料電池車和純電動汽車聯(lián)手應(yīng)對燃油車的“大戰(zhàn)”已經(jīng)打響，純電動車?yán)m(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(lǐng)域低碳轉(zhuǎn)型至關(guān)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(lǐng)域用能變革。”
電動汽車和燃料電池汽車的挑戰(zhàn)與應(yīng)對
由于我國石油資源匱乏，汽、柴油車導(dǎo)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(shù)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(shù)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(jì)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(lǐng)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?yán)m(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(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(shù)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(xué)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(yīng)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)模化方面也具備優(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(dá)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(shù)應(yīng)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(shù)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(shù)。從治理污染的角度看，該技術(shù)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(fù)合肥的原料，實現(xiàn)變廢為寶。
據(jù)了解，該項技術(shù)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(shù)可以嚴(yán)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(shù)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(shù)每噸成本可節(jié)約600至800元。
利用該項新技術(shù)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?xì)獬杀静⒖娠@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(yīng)該利用棄水、棄風(fēng)、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(biāo)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(shè)高潮，將風(fēng)能、太陽能發(fā)的電就地消納；再次，要因地制宜建設(shè)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(dāng)?shù)匦履茉聪{；最后，利用風(fēng)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(lǐng)域用能新風(fēng)尚。
電動汽車和燃料電池汽車的挑戰(zhàn)與應(yīng)對
由于我國石油資源匱乏，汽、柴油車導(dǎo)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(shù)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(shù)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(jì)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(lǐng)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?yán)m(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(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(shù)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(xué)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(yīng)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)模化方面也具備優(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(dá)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(shù)應(yīng)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(shù)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(shù)。從治理污染的角度看，該技術(shù)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(fù)合肥的原料，實現(xiàn)變廢為寶。
據(jù)了解，該項技術(shù)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(shù)可以嚴(yán)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(shù)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(shù)每噸成本可節(jié)約600至800元。
利用該項新技術(shù)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?xì)獬杀静⒖娠@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(yīng)該利用棄水、棄風(fēng)、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(biāo)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(shè)高潮，將風(fēng)能、太陽能發(fā)的電就地消納；再次，要因地制宜建設(shè)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(dāng)?shù)匦履茉聪{；最后，利用風(fēng)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(lǐng)域用能新風(fēng)尚。
