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清华教授详解"车载水制氢":10年前已验证不可行

2019-05-25 17:01:04 来源: 21世纪经济报道 举报
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(原标题:清华、上海交大教授详解车载水制氢技术:十年前已验证不可行!)

“水氢车”揭开神秘面纱。

5月25日上午,庞青年现场回应21世纪经济报道记者,这是水解制氢车,不要叫水氢车。简单来说,它的工作原理就是,主材料铝和水在催化剂的作用下产生氢气,氢气在燃料电池堆与氧气反应产生电能驱动汽车。

21世纪经济报道记者采访多位相关领域专家了解到,青年汽车所说的车载水制氢技术,在技术上并没有什么新的突破。这种直接在车内制氢的方式,早已在多年试错验证的过程中证明,存在很大的技术缺陷,在车辆上运用的可能性极低。

“氢燃料汽车的使用路径,包括日本、美国在内的各个国家都已经摸索了一遍,把这些不好的技术全被淘汰掉了,最后在车上使用的只剩下高压氢瓶。氢能路线图是在长期试错的情况下出来的,要通过制氢、储氢、加氢这样一个过程。往车内加纯氢,才是可行的。”5月25日,上海交通大学机械与动力工程学院燃料电池研究所副教授胡鸣若对21世纪经济报道记者表示。

实际上,青年汽车的技术并不神秘。

驱动汽车的不是水。从科学原理来讲,通过水和金属化合物反应,可以获得氢气。但是本质不是把水变成氢,而是制取氢的化学反应需要水的参与。“燃料不是水而是其他物质, 将水分解成氢氧。”5月24日,清华大学氢燃料电池实验室主任王诚对21世纪经济报道记者表示。

通俗来说,它和传统意义上的氢燃料电池车,最大的不同在于,制造氢气的地方不是在化工厂,而是直接搬到了在车里。车辆上路,不仅需要搭载氢燃料电池汽车所需的储氢罐、燃料电池等一整套设备,还需要背上一座小型的“化工厂”,包括大型水箱、反应装置、过滤设备等。

目前,氢燃料汽车的工作运行流程包括:制氢、运氢、加氢、氢能运用四个步骤,它简化成了“加水、铝、催化剂,氢能运用”两个步骤。那么,这种可以简化流程的“运用手段”,为什么到今天才被拿出来呢?

事实上,这种“车载水制氢”技术并不新鲜,在国内外早有研究,甚至可以追溯到上个世纪末氢燃料电池汽车概念萌芽的阶段。

而“车载水制氢氢燃料汽车”最核心的关键技术是,在车内重整制氢。

据胡鸣若介绍,重整制氢的方法主要包括两种,一种是甲醇-水蒸气重整,另一种就是使用金属化合物重整,常见的有三种金属粉末,硼氢化钠、氢化镁和铝粉。

他告诉21世纪经济报道记者,美国能源部曾在2000年左右支持粉末制氢,采用的是硼氢化钠粉末水解制氢。但是,在2004年6月,美国能源部成立专门研究小组对整个车载制氢技术进行详细论证,由于技术的实际难度难以实现,他们决定暂停车载制氢计划。

而胡鸣若此前曾做过一项类似相关研究,使用的金属化合物是硼氢化钠,他告诉记者无论是硼氢化钠还是其他金属化合物,重整制氢的过程中,无法攻克三个技术难关:

第一,粉末加到水里面,它的反应是很慢的,所以它必须要用一些催化剂;但是一旦用了这个催化剂之后水解非常快,甚至是爆发式,难以控制。用在车上面,动力必须要跟随功率,前端必须要比较容易控制,而催化剂水解是难以控制的;

第二,水解制氢的氢气出来之后,它始终会带出有浆状杂质,后续的过滤处理是非常困难。并且,每过一段时间,过滤装置中会有很多这些过滤下来的物质,造成堵塞,导致过滤效果大大下降,用不了多久就要换过滤器;

第三,它大量发热,没办法处理。从技术角度来说,还没有完全成为一个车载技术,对电池是有影响的。如果前面的气体不能够跟上功率,也不能进行很好的控制,再加上污染,燃料电池是很快就会坏掉的。

而甲醇-蒸汽重整制氢,就是甲醇与水蒸气在一定的温度、压力条件下通过催化剂的作用生成氢气、二氧化碳和一氧化碳,然后通过变换反应和提纯来获取氢气。难点在于氢气的提纯,此外,随着重整,二氧化碳含量大概达到20%,可能根本就没有减排的效果。

“早十年前就开始,江苏丹阳有个公司就在做铝粉制氢,说是引进了韩国的技术,最后都以失败告终。这个技术可以用,但是只能用在一些小的系统、便携、缓慢的系统上面,没有办法用在快速的系统上面。”胡鸣若告诉记者。

车载水解制氢技术,技术上存在多种缺陷,想要商业化更是“伪命题”。

王诚对记者表示,水制氢没有问题,但在成本和整车性能指标方面可能没有什么优势。

“工业大规模制氢更具成本优势,效率也更高,完全没有被要把制氢的这套装置安装在每一辆氢燃料电池汽车上,效率极低。”有业内专家对记者表示。

按照青年汽车的设计,车辆除了加水之外,更加重要的是还要长期加铝合物和催化剂。此外,还要经常处理过滤装备。无论是车辆价值成本还是使用成本都极高,而且车辆实际运用起来,对于车主而言将非常复杂和麻烦。

胡鸣若也指出,在氢能路线图上,每个国家都把加氢站的数量作为一个战略目标,否则就是加甲醇站、加铝粉站了。

目前,在全世界范围内,氢燃料电池汽车商业化的使用路径链条已经明确,也就是“工业制氢-运氢-加氢-氢能运用”四个步骤。在工厂工业化制取大量氢气,将制取的氢气储存到大型的储氢罐中,运输到加氢站,再通过加氢站给氢燃料汽车中的储氢罐加氢,然后氢气跟空气中的氧气在燃料电池堆中发生化学反应,产生电能和水,产生的电能送往电动机,从而依靠电动机驱动汽车。

这已经是丰田、现代等车企和美日欧等多国,经历过多年探索,淘汰掉其他技术后所做出的最佳选择,也是行业内普遍认可并接受的氢燃料电池汽车研发和使用路线。

清华教授详解车载水制氢:10年前已验证不可行

钱珏晓 本文来源:21世纪经济报道 责任编辑:钱珏晓_NBJ10675
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