以甲醇為原料 水氫機(jī)拉開產(chǎn)業(yè)化序幕

澳大利亞國家工程院外籍院士、南方科技大學(xué)清潔能源研究院院長劉科博士，和幾位專家、院士走進(jìn)了剛剛落戶東莞的國際歐亞科學(xué)院中國科學(xué)中心“大灣區(qū)水氫科學(xué)院”。這家剛剛揭牌的“大灣區(qū)水氫科學(xué)院”，就落戶在位于東莞樟木頭鎮(zhèn)的“廣東合即得能源科技有限公司”。

劉科俯下身去認(rèn)真看了合即得公司研發(fā)生產(chǎn)的“水氫機(jī)”，這是一臺利用甲醇和水通過催化重整制氫，然后通過燃料電池發(fā)電的機(jī)器。所以在幾年前的稱呼還是“醇?xì)錂C(jī)”，命名“水氫機(jī)”還是在2016年合即得注冊了全系列的“水氫”商標(biāo)之后，其中原因且待后敘。

劉科十幾年前就在美國研發(fā)氫能燃料電池。從美國回國前任GE全球研發(fā)中心首席科學(xué)家，在UTC等著名跨國公司任職，曾擔(dān)任總部在丹麥哥本哈根的國際著名催化劑公司Topsoe公司副總裁?；貒?，先后任北京低碳清潔能源研究所副所長兼首席技術(shù)官、神華研究院副院長，現(xiàn)在深圳南方科技大學(xué)任職。2013年獲得第30屆國際匹茨堡煤炭轉(zhuǎn)化創(chuàng)新年度獎，領(lǐng)導(dǎo)了全球第一套車載汽油制氫裝置用于驅(qū)動燃料電池汽車研發(fā)和示范，曾連續(xù)3年(2002—2004)任由國際氫能協(xié)會及美國化工學(xué)會(AIChE)共同組織的氫能與燃料電池峰會的主席，主持了第一個商業(yè)化的微量元素礦物質(zhì)(微礦)分離裝置、第一臺燃燒100%甲醇的柴油機(jī)等多個大型項目研發(fā)。面對“水氫機(jī)”(他更希望叫醇?xì)錂C(jī))，劉科可謂“內(nèi)行看門道”，因為他親自參與和見證了美國等發(fā)達(dá)國家在氫能上花巨資走過的路，成功和失敗的經(jīng)驗教訓(xùn)兼有。

他看了電腦機(jī)箱大小，為電動車充電的“車電寶”;看了為通信基站提供電源的供電系統(tǒng);看了可以組合成電站的發(fā)電模塊;特別是看了裝在汽車上甲醇制氫通過氫燃料電池為電動車供電系統(tǒng)，并詳細(xì)詢問了有關(guān)技術(shù)指標(biāo)……

劉科告訴記者，十幾年前，他在UTC工作時，當(dāng)時UTC、尼桑和殼牌石油三大跨國公司合作，希望開發(fā)全球第一輛汽油在線轉(zhuǎn)化制氫驅(qū)動的燃料電池汽車。他作為這一項目的系統(tǒng)總監(jiān)，帶領(lǐng)來自上述3家跨國公司的工程師團(tuán)隊，耗資上億美元，做出了全球第一輛“車載汽油制氫的燃料電池汽車”。車上加的還是汽油，在車上用汽油和空氣中的氧及燃料電池釋放出的水蒸氣反應(yīng)來制氫，用氫氣推動燃料電池。這一項目的成功，在2003年是當(dāng)時美國行業(yè)界的一大新聞。他說，汽油在線轉(zhuǎn)化制氫難度要比甲醇在線重整制氫難多了，為什么?汽油中有硫。另外，汽油轉(zhuǎn)化溫度要850攝氏度，甲醇300多攝氏度，而且甲醇中沒有硫。甲醇比汽油干凈得多。汽油在線轉(zhuǎn)化制氫的技術(shù)，我們十幾年前就做成了，甲醇在線轉(zhuǎn)化制氫沒有理由做不成;但那時為什么立項時不用甲醇?因為“頁巖氣革命”沒有發(fā)生，天然氣太貴導(dǎo)致甲醇的成本太高。在合即得公司，劉科看到了他提倡已久的甲醇制氫發(fā)電技術(shù)路線的完整系列產(chǎn)品。

他說，這將是氫能應(yīng)用“最靠譜”的方向。劉科緊緊地握住了“水氫機(jī)”研發(fā)者向華的手!這大概是甲醇制氫發(fā)電技術(shù)路線發(fā)展歷程中，值得記錄的一握!記者向劉科問道，當(dāng)前我國乃至世界流行的大規(guī)模制氫，通過加氫站或者其他管道，將氫氣壓縮到高壓汽車儲氫罐的技術(shù)路線前景如何?

劉科對此問題顯然思考已久，他說，一是加氫站的氫氣，是經(jīng)過700公斤的壓縮氣體。因為氫氣是世界上體積能量密度最低的物質(zhì)，它只有靠壓縮才能提高能量密度。但是請記住700公斤的壓縮是什么概念?汽車輪胎的壓力才5—6公斤。工業(yè)生產(chǎn)煤制油需要氫氣，氫氣容器需要十幾厘米厚的鋼板。對車載的儲氫罐，因鋼材太重，只好用碳纖維。但是現(xiàn)在碳纖維價格較高，并且在壓縮氫氣的過程中，本身就損耗很多的能量，使用成本高是全球業(yè)界的共識。另外，氫氣是世界上爆炸范圍最廣(4%—73%)的氣體。低于4%是安全的，高于73%只著火不爆炸，4%到73%就算遇火星也爆炸。因此在大量汽車停在地下停車庫這種封閉空間里的城市，罐裝氫氣不適合作為大眾廣泛使用的能源。在露天空間里，氫氣泄漏問題不大，一旦泄漏就沖上天。他們在美國做過實驗，一輛氫燃料電池汽車停在那里，拿超強(qiáng)步槍遠(yuǎn)距離一槍把氫氣瓶打通，一條火龍直沖上天，駕駛室溫度不是瞬間升高， 駕駛員和乘客有足夠的時間逃離; 但在封閉空間里，氫氣是爆炸范圍最廣，擴(kuò)散最快的氣體。地下車庫里，一輛罐裝氫車一旦泄漏，達(dá)到4%以后，一打電火花車就爆了，如果地庫里有許多氫罐汽車，整個樓就會毀掉。有人說罐是安全的，但從氫罐傳輸?shù)饺剂想姵刂虚g總有連接點，哪個連接處一旦泄漏，就會有滅頂之災(zāi)。最近韓國的儲氫罐爆炸、挪威的加氫站爆炸，都是這些原因。氫氣又是最小的分子，是最容易泄漏的氣體。這么多年來大部分煉油廠的火災(zāi)，也是源于氫氣泄漏。所以，劉科建議立法不能讓罐氫汽車停在地下車庫。再就是建設(shè)加氫站的困難。劉科在美國是能源部加氫站的項目負(fù)責(zé)人，美國加氫站在設(shè)計的時候，要求有個安全距離，它要求在一定的范圍內(nèi)不能有居民樓。他們在深圳做了一個估算，如果在深圳建一個每天供300輛車的加氫站，按照今天的安全標(biāo)準(zhǔn)，加氫站約需要8畝地，在深圳一畝地1億元，8億元建個加氫站，這輩子地價都還不完。如果在半個小時車程以外郊區(qū)建個加氫站，加氫來回一個小時，車就沒人買了。

美國的氫能和燃料電池技術(shù)發(fā)展，從上世紀(jì)90年代開始到現(xiàn)在燒了不下幾百億美元，也沒有解決好這些問題。所以現(xiàn)在中國處在氫能很熱的時候，一方面到處在燒錢，一方面還沒有把整個氫能的系統(tǒng)工程想透，容易在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向上出現(xiàn)偏差。

記者又問劉科，既然您認(rèn)為甲醇是最好的制氫原料，那么甲醇的成本和來源可靠嗎?

劉科說，甲醇是目前世界上最好的制氫材料，這得益于世界的“頁巖氣革命”。10年前，美國的天然氣最高到17美元每百萬英熱單位。而且當(dāng)時全世界都慌了，說這個世界沒有天然氣怎么辦?結(jié)果“頁巖氣革命”來了，到2010年世界突然發(fā)現(xiàn)了200年用不完的天然氣，美國的天然氣價格從17美元每百萬英熱單位狂跌到1.5美元每百萬英熱單位，現(xiàn)在平衡到2.5—3美元左右。就是“一個頁巖氣革命”，也使得油價從140美元狂跌到最后約35美元，最近到50—65美元之間波動。

天然氣是制備甲醇最好的原料，比煤制甲醇更便宜，那就意味著全世界還有200年用不完的甲醇。就地把天然氣轉(zhuǎn)化成甲醇，甲醇只有1噸750元的成本。另外從運輸來講，固體(如煤)、氣體都不可取。液體燃料永遠(yuǎn)是人類交通運輸能源的首選，因為液體燃料，如汽油或甲醇，在陸上可以管路輸送，跨海輸送成本很低(是價格的1%左右)，而且可以在儲罐里長期儲存。

談到這里，向華博士興奮地插話：“劉院士談的這兩點，這也就是我改名‘水氫機(jī)’的一個重要原因，就是要明確區(qū)別罐氫的技術(shù)路線。”向華當(dāng)時就提出愿意與劉科院士的團(tuán)隊合作，進(jìn)一步完善改進(jìn)甲醇在線制氫驅(qū)動燃料電池的技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用。

最近，國家相關(guān)部委發(fā)文，把甲醇作為清潔能源的主要方向。

以甲醇為原料的水氫機(jī)已經(jīng)悄然拉開了產(chǎn)業(yè)化的序幕。

有了劉科院士和國際歐亞科學(xué)院的專家和院士的力挺支持，中國氫能源產(chǎn)業(yè)化的第一縷曙光，將從這里升起。