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    氫燃料電池是新能源大趨勢 那么氫從哪來?貴不貴?

    來源:亞洲新能源汽車網-編譯 瀏覽次數:9415 發布日期:2020-10-16

    氫燃料電池是新能源大趨勢 那么氫從哪來?貴不貴?

    宇宙中最廣泛存在的原子就是簡單的氫原子,只有帶一個質子的原子核和一個圍繞原子核運行的電子。但是也正是這種最簡單的原子,組成了我們今天世界上所有的東西甚至是你自己。你能見到任何物質,都是由氫通過恒星的熱核反應生產出來的。

    雖然氫在宇宙中遍布存在,但是在地球環境和大氣中基本上沒有氫氣,因為氫氣的化學屬性導致其十分活動,很容易與氧氣發生反應變成水。氫氣與氧氣的通過燃燒結合時能產生大量的能量,并生成毫無危害的水,這種能量如果能用在汽車上該是多么美好的事情。但是,氫氣氧氣燃燒產生的能量并不好控制,同時效率也并不高。2006年寶馬就推出氫氣車Hydrogen 7,利用液態氫作為燃料,6.0升V12發動機只有能出260匹馬力,效率實在是太低。

    氫燃料電池是新能源大趨勢 那么氫從哪來?貴不貴?

    豐田第一代Mirai氫燃料電池結構

    豐田第一代Mirai氫燃料電池結構

    隨著豐田與現代汽車對氫燃料電池的深入研究,可以通過燃料堆有控地將氫氣與氧氣結合,并將結合時產生的電流驅動電動機。這種方式比直接燃燒氫氣更有效率,同時也能為電動機的提供充足的電力。但是燃料堆的質造成本卻很高昂,經過豐田與現代汽車的不懈努力,氫燃料電池的整體成本終于降到消費者可接受的程度。

    豐田第一代Mirai

    豐田第一代Mirai

    豐田第二代Mirai

    豐田第二代Mirai

    豐田第一代Mirai的電動機從起步開始就能提供335N·m的最大扭矩,而113kW的最大功率能支持175km/h的最高時速,正常用車沒問題。而對于電池來說,可能有很多人會擔心極寒天氣下的電池性能問題。豐田工程師經過測試,在零下30℃的地方停放一夜后,啟動70秒燃料電池堆便可以輸出全部的電能。由于有輔助的加熱設備,所以燃料電池生成的水并不會結成冰,而是順利的通過排水口排出。

    氫從哪來?加氫貴不貴?

    氫燃料電池所用的氫從哪來呢?青年汽車的“水氫車”,其實是一個騙人騙投資的項目。但是氫氣來自于水,這個確實是事實。初中課時我們知道電解水可以制氫,還知道金屬鋅加到鹽酸中也可以制氫,而大量的工業制氫是怎么實現的呢?同時,為了制氫中不產生二氧化碳,又是怎么實現的呢?

    氫燃料電池是新能源大趨勢 那么氫從哪來?貴不貴?

    工業制氫大概有幾種主流方法:

    氫燃料電池是新能源大趨勢 那么氫從哪來?貴不貴?

    一、電解水制氫

    水電解制氫是目前應用較廣且比較成熟的方法之一。水為原料制氫過程是氫與氧燃燒生成水的逆過程,因此只要提供一定形式一定能量,則可使水分解。提供電能使水分解制得氫氣的效率一般在75-85%,其工藝過程簡單,無污染,但消耗電量大,因此其應用受到一定的限制。利用電網峰谷差電解水制氫,作為一種貯能手段也具有特點。我國水力資源豐富,利用水電發電,電解水制氫有其發展前景。

    太陽能取之不盡,其中利用光電制氫的方法即稱為太陽能氫能系統,國外已進行實驗性研究。隨著太陽電池轉換能量效率的提高,成本的降低及變壓吸附 完美替代進口,支持實測比較使用壽命的延長,其用于制氫的前景不可估量。同時,太陽能、風能及海洋能等也可通過電制得氫氣并用氫作為中間載能體來調節,貯存轉化能量,使得對用戶的能量供應更為靈活方便。供電系統在低谷時富余電能也可用于電解水制氫,達到儲能的目的。我國各種規模的水電解制氫裝置數以百計,但均為小型電解制氫設備,其目的均為制提氫氣作料而非作為能源。隨著氫能應用的逐步擴大,水電解制氫方法必將得到發展。

    二、水煤氣法制氫??

    用無煙煤或焦炭為原料與水蒸氣在高溫時反應而得水煤氣(C+H2O→CO+H2—熱)。凈化后再使它與水蒸氣一起通過觸媒令其中的CO轉化成CO2(CO+H2O→CO2+H2)可得含氫量在80%以上的氣體,再壓入水中以溶去CO2,再通過含氨蟻酸亞銅(或含氨乙酸亞銅)溶液中除去殘存的CO而得較純氫氣,這種方法制氫成本較低產量很大,設備較多,在合成氨廠多用此法。有的還把CO與H2合成甲醇,還有少數地方用80%氫的不太純的氣體供人造液體燃料用。像北京化工實驗廠和許多地方的小氮肥廠多用此法。??

    三、由石油熱裂的合成氣和天然氣制氫??

    石油熱裂副產的氫氣產量很大,常用于汽油加氫,石油化工和化肥廠所需的氫氣,這種制氫方法在世界上很多國家都采用,在我國的石油化工基地如在慶化肥廠,渤海油田的石油化工基地等都用這方法制氫氣也在有些地方采用(如美國的Bay、way和Batan?Rougo加氫工廠等)。?

    四、焦爐煤氣冷凍制氫??

    把經初步提凈的焦爐氣冷凍加壓,使其他氣體液化而剩下氫氣。此法在少數地方采用(如前蘇聯的Ke?Mepobo工廠)。?

    五、電解食鹽水的副產氫??

    在氯堿工業中副產多量較純氫氣,除供合成鹽酸外還有剩余,也可經提純生產普氫或純氫。像化工二廠用的氫氣就是電解鹽水的副產。??

    六、釀造工業副產??

    用玉米發酵丙酮、丁醇時,發酵罐的廢氣中有1/3以上的氫氣,經多次提純后可生產普氫(97%以上),把普氫通過用液氮冷卻到—100℃以下的硅膠列管中則進一步除去雜質(如少量N2)可制取純氫(99.99%以上),像北京釀酒廠就生產這種副產氫,用來燒制石英制品和供外單位用。

    加氫貴不貴?

    氫燃料電池是新能源大趨勢 那么氫從哪來?貴不貴?

    在工業上,制氫、獲取氫的方法其實還是挺多,但是最成熟最主流最簡單的還是電解水制氫,那么電解水制氫的成本到底高不高,消費者能負擔得起嗎?

    制氫成本

    制氫成本

    電解水制氫成本高低,就看電費!利用電網峰谷差,就是用電低峰時的低電價來電解水制氫,作為一種貯能手段也具有特點。

    若以正常工商業銷售電價計算并拆分電解水制氫的成本,具體應包括資產折舊、運營費用(一般維護、電池組更換)、電費(用電、過網費),其中電費成本會達到70-80%,占比較高。每生產一立方米氫氣,需要消耗3.5-5kWh的電力,如果采用當前市場銷售電價作為制氫成本,電解水技術路線是沒有競爭力的。

    我們以產氫能力600m3/h,年產氫量120萬m3為假設基礎對電解水制氫項目進行靜態測算,可得:年耗電量600萬kWh,如果假設電價為0.5元/kWh,氫氣以4元/m3售賣,年度的毛利率約為28%。

    也就是說,當電解水制氫的電費控制在每度電0.5元時,每立方米氫氣賣4元人民幣,制氫工廠還有錢可賺。一輛續航650km的氫燃料汽車加滿氫需要大概5Kg氫氣,換算成體積約56立方米,再乘以4元得出加滿氫需要224元,完全可以接受。未來,制氫和獲取氫氣的技術越來越多,并利用電網波谷的底價電費,最后到消費者的加氫成本還會進一步下降。

    寫在最后

    氫燃料電池新能源車相比純電車,不僅解決了減少排放的目的,同時還擁有純電動車不具備的優勢:充滿氫氣只需要5分鐘,跟燃油車一樣方便。在使用成本上,目前國內1kg氫氣為80元左右,整體用車成本與使用95號汽油的燃油車相近。隨著制氫技術的進步和取氫的途徑增加,未來的氫氣成本肯定會大大降低,介于純電動車與燃油車之間。氫燃料電池汽車是未來趨勢之一,雖然也是電動車,但不會是“電動爹”。

    標簽:  氫燃料電池
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