燃料電池車和純電動(dòng)汽車聯(lián)手應(yīng)對(duì)燃油車的“大戰(zhàn)”已經(jīng)打響，純電動(dòng)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(jìn)氫燃料電池的利用對(duì)于我國(guó)交通領(lǐng)域低碳轉(zhuǎn)型至關(guān)重要。澳大利亞國(guó)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(jì)發(fā)展前景廣闊，或?qū)?dòng)交通領(lǐng)域用能變革。”
電動(dòng)汽車和燃料電池汽車的挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)
由于我國(guó)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(xiàng)目在內(nèi)，累計(jì)共投入20 億元研發(fā)經(jīng)費(fèi)，形成了以純電動(dòng)、油電混合動(dòng)力、燃料電池三條技術(shù)路線為“三縱”，以多能源動(dòng)力總成控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)、動(dòng)力蓄電池及其管理系統(tǒng)三種共性技術(shù)為“三橫”的電動(dòng)汽車研發(fā)格局。
電動(dòng)汽車最早出現(xiàn)的時(shí)間要比燃油車早得多，早在19世紀(jì)后半葉的1873年，英國(guó)人羅伯特·戴維森率先發(fā)明了世界上最初的可供實(shí)用的電動(dòng)汽車。這比德國(guó)人戴姆勒和本茨發(fā)明的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車早了近10年。
時(shí)至今日，電動(dòng)汽車依然未能登上交通出行領(lǐng)域的主舞臺(tái)，依靠國(guó)家補(bǔ)貼才能獲得利潤(rùn)的電動(dòng)車企中有一部分又開始研發(fā)燃料電池汽車，以此彌補(bǔ)電動(dòng)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(dòng)汽車之所以未能爭(zhēng)過油車，主要原因其一是電動(dòng)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(chǔ)運(yùn)成本低，加之內(nèi)燃機(jī)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(duì)石油的依賴，但依然存在儲(chǔ)氫、運(yùn)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(shí)，但氫能產(chǎn)業(yè)上下游普遍感覺氫能用起來“太貴”，經(jīng)濟(jì)性不足是一大難題。降成本已成氫燃料電池汽車攻堅(jiān)的重點(diǎn)。氫燃料電池汽車從上游制氫、輸氫、儲(chǔ)氫，到下游加氫及應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)鏈比較長(zhǎng)，各個(gè)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(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)為例，氣態(tài)氫儲(chǔ)輸是目前全球氫氣運(yùn)輸?shù)闹饕夹g(shù)路線，國(guó)外廠商多采用35~70MPa的氫氣瓶組運(yùn)輸氫氣，而國(guó)內(nèi)目前只有20~35MPa鋼制高壓長(zhǎng)管托車和瓶組，儲(chǔ)氫密度較低。“以300公里的到站成本計(jì)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(guó)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(gè)新的思路，他指出：甲醇是非常好的運(yùn)氫、儲(chǔ)氫的載體，1升甲醇和水反應(yīng)的產(chǎn)儲(chǔ)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(shì)。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(guó)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?yàn)轫搸r氣革命，有文獻(xiàn)報(bào)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(guó)的甲醇主要是煤來制，而國(guó)家的主要一次能源是煤炭，所以甲醇是一個(gè)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(jìn)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(xiàng)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(guó)的PM2.5的排放量發(fā)揮作用。
劉科指出，目前研究團(tuán)隊(duì)已成功研發(fā)出類液體循環(huán)流化床鍋爐，可以實(shí)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(shí)現(xiàn)變廢為寶。
據(jù)了解，該項(xiàng)技術(shù)具有無需煙氣脫硫脫硝就可以實(shí)現(xiàn)清潔排放的特點(diǎn)，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(duì)現(xiàn)有化工廠進(jìn)行升級(jí)改造，可實(shí)現(xiàn)煤制氫和煤制甲醇的低成本運(yùn)營(yíng)。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(xiàng)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(duì)于減輕環(huán)境污染會(huì)起到重要作用。
劉科建議，針對(duì)青海省的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(shí)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(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)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(chǔ)氫的載體外運(yùn)到其他省份，以此促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，帶動(dòng)交通領(lǐng)域用能新風(fēng)尚。
電動(dòng)汽車和燃料電池汽車的挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)
由于我國(guó)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(xiàng)目在內(nèi)，累計(jì)共投入20 億元研發(fā)經(jīng)費(fèi)，形成了以純電動(dòng)、油電混合動(dòng)力、燃料電池三條技術(shù)路線為“三縱”，以多能源動(dòng)力總成控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)、動(dòng)力蓄電池及其管理系統(tǒng)三種共性技術(shù)為“三橫”的電動(dòng)汽車研發(fā)格局。
電動(dòng)汽車最早出現(xiàn)的時(shí)間要比燃油車早得多，早在19世紀(jì)后半葉的1873年，英國(guó)人羅伯特·戴維森率先發(fā)明了世界上最初的可供實(shí)用的電動(dòng)汽車。這比德國(guó)人戴姆勒和本茨發(fā)明的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車早了近10年。
時(shí)至今日，電動(dòng)汽車依然未能登上交通出行領(lǐng)域的主舞臺(tái)，依靠國(guó)家補(bǔ)貼才能獲得利潤(rùn)的電動(dòng)車企中有一部分又開始研發(fā)燃料電池汽車，以此彌補(bǔ)電動(dòng)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(dòng)汽車之所以未能爭(zhēng)過油車，主要原因其一是電動(dòng)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(chǔ)運(yùn)成本低，加之內(nèi)燃機(jī)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(duì)石油的依賴，但依然存在儲(chǔ)氫、運(yùn)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(shí)，但氫能產(chǎn)業(yè)上下游普遍感覺氫能用起來“太貴”，經(jīng)濟(jì)性不足是一大難題。降成本已成氫燃料電池汽車攻堅(jiān)的重點(diǎn)。氫燃料電池汽車從上游制氫、輸氫、儲(chǔ)氫，到下游加氫及應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)鏈比較長(zhǎng)，各個(gè)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(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)為例，氣態(tài)氫儲(chǔ)輸是目前全球氫氣運(yùn)輸?shù)闹饕夹g(shù)路線，國(guó)外廠商多采用35~70MPa的氫氣瓶組運(yùn)輸氫氣，而國(guó)內(nèi)目前只有20~35MPa鋼制高壓長(zhǎng)管托車和瓶組，儲(chǔ)氫密度較低。“以300公里的到站成本計(jì)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(guó)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(gè)新的思路，他指出：甲醇是非常好的運(yùn)氫、儲(chǔ)氫的載體，1升甲醇和水反應(yīng)的產(chǎn)儲(chǔ)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(shì)。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(guó)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?yàn)轫搸r氣革命，有文獻(xiàn)報(bào)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(guó)的甲醇主要是煤來制，而國(guó)家的主要一次能源是煤炭，所以甲醇是一個(gè)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(jìn)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(xiàng)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(guó)的PM2.5的排放量發(fā)揮作用。
劉科指出，目前研究團(tuán)隊(duì)已成功研發(fā)出類液體循環(huán)流化床鍋爐，可以實(shí)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(shí)現(xiàn)變廢為寶。
據(jù)了解，該項(xiàng)技術(shù)具有無需煙氣脫硫脫硝就可以實(shí)現(xiàn)清潔排放的特點(diǎn)，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(duì)現(xiàn)有化工廠進(jìn)行升級(jí)改造，可實(shí)現(xiàn)煤制氫和煤制甲醇的低成本運(yùn)營(yíng)。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(xiàng)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(duì)于減輕環(huán)境污染會(huì)起到重要作用。
劉科建議，針對(duì)青海省的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(shí)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(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)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(chǔ)氫的載體外運(yùn)到其他省份，以此促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，帶動(dòng)交通領(lǐng)域用能新風(fēng)尚。
