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程寒松:常温常压有机液态储氢技术开创氢能利用新时代!

时间:2020-07-10 浏览:716次

氢能被誉为“终极能源”,是国际上公认的清洁能源,但目前尚未大规模应用。根本原因在于氢气具有桀傲不驯的特性:易燃、易爆、常温常压下难于储存、运输。美国能源部前部长朱棣文将其归纳为氢能利用的四大难题之一。因此,突破氢气应用瓶颈成为科学界梦寐以求的目标。中国地质大学特聘教授程寒松教授团队成功攻克氢能大规模应用的技术瓶颈,开发出了常温常压条件下有机液态储氢技术。

程寒松教授师从我国著名的化学家唐敖庆,后在美国普林斯顿大学获博士学位,主攻理论化学。曾在美国能源部和AP公司工作。



程寒松教授(左一)向启迪邯郸研究院(筹)田力院长一行介绍氢油研发情况

目前国内氢能行业的发展仍然面临着四个方面的问题,也就是朱棣文所说的四大难题:一是需要具备丰富的氢源,二是常温高压下氢的储存及运输问题,三是廉价、高效、长寿命的燃料电池,四是需要充足的基础设施。因此,如何解决朱棣文提出的四大难题,更好地开发和利用氢能,成为当下最为紧迫的课题。

77日,《武安君》小编跟随启迪(控股)高级副总裁、启迪邯郸产业技术研究院(筹)院长田力亲赴武汉参观考察。《武安君》小编近距离地采访了中国地质大学(武汉)可持续能源实验室主任程寒松教授。程寒松教授就有机液体储氢技术的发展现状、技术进步、未来氢能和燃料电池的市场前景等行业热点问题回答了记者的提问。



左一:启迪邯郸产业技术研究院院长田力

记者:朱棣文所说的氢能应用的四大难题,在国内情况如何?

程寒松教授说,目前,从国内发展情况来看,大量工业副产氢气和弃风弃光弃水丢弃的电能,以及价格合理、长寿命燃料电池的出现,已经解决了氢能经济发展中的两大挑战,接下来需要处理好的是氢能储运和基础设施建设层面的问题。而基础设施建设得益于新冠肺炎后开展的新基建,因此,在中国也不算大的问题。唯一的问题是,氢能的储存和运输方式、技术成熟与否,技术问题决定了新基建的投资规模和建设时机,因此突破氢能利用的关键技术,研发常温常压条件下,安全、高效、廉价的液态储氢技术具有重大的现实意义。

记者:当前,国内氢能利用如火如荼,冠以氢谷字号的开发区屡见不鲜,各种技术路线层出不穷。然而,在氢气储运方面,主要的方式还是高压储氢、带压使用等,安全问题成为首要问题。



氢阳氢能客车已经投运

程教授说,要实现储氢技术市场化规模化应用,就必须率先解决加氢站的问题。如果采用我们氢阳能源公司的液体有机储氢技术,那么储氢、运氢、加注、使用等多个环节都没有这个问题,会非常安全。

相较于高压气态储氢、低温液化储氢技术以及其他化学储氢技术,有机液体储氢技术有以下几方面非常重要的特点:

首先,有机液体储氢技术体积储氢量密度比高压氢要高。700个大气压下每升含氢量只有39克。中国目前采用的是350个大气压,每1升含20克氢。深冷液化到-253℃,每1升含70克氢。而我们这个有机液体储氢技术可以实现在常温常压下每1升含氢近60克,所以它的储氢量是非常高的。

其次,有机液体储氢能够跟现有的加油站等基础设施可以很好地匹配,只需要对现有加油站进行少量改造,就可以快速改造成为一个加氢站,建设一个加氢站的设备成本只有二十多万元。相比于其它加氢站动辄几千万元的建造成本,氢阳能源的加氢站非常节省,而大型石油炼化企业则可以华丽转身为氢油的制造工厂。由于氢油的氢气来源十分广泛,比如可以从煤和其它富含有机物中获取,储油又可以反复使用,因此,氢油储氢技术的大规模推广对于保障中国的能源安全还具有十分重要的意义。




氢油加氢站及氢油储罐

其三,有机液体储氢技术用户端能耗较低,且运输十分安全、方便,可以有效降低用户侧使用成本。

记者:程教授,在用户侧,氢气是如何从氢油中释放出来的?储油可以循环使用吗?

程寒松教授:在汽车等用户端,氢气在200℃的温度和专用催化剂作用下,从储油中释放出来。那么,这样的温度从哪来呢?由于燃料电池废热品质太低,只有70度,很难把70度变成200度。所以,这就需要做好两件事情:其一就是把燃料电池工作温度提高,从而利用废热就可以把氢释放出来;还有一种方式,就是让氢油直接在燃料电池的膜电极上反应,打断碳氢键,氢直接进入燃料电池,产物就是储油和电,这个就是最终的解决方案。

记者:国外相关技术研发进展情况如何?

程寒松教授:有机液体储氢方式跟所选择的储氢载体和催化剂有关。以日本为例,早期由日本政府主导,8个部门一起协作,诸多知名公司如日本岩谷、丰田等都在积极参与。他们也希望采用液体有机储氢的方式来储氢和运氢。然而,日本选用的载体是甲苯、毒性高、易挥发,氢很容易加上去,而氢脱出来就非常困难。德国的有机液体储氢技术也遇到日本类似的问题。当然,欧洲跟日本都在不断探索和发展。在这方面,我们可以自豪地说,氢阳公司的液体储氢技术已经走在了时代的前列。

记者:氢阳能源在有机液体储氢技术方面具备哪些优势,发展前景如何?

程寒松教授:氢阳能源公司的有机液体储氢技术在世界范围内都是最领先的。在国内,氢阳能源是唯一一家从事有机液体储氢技术研发的高科技公司。

德国近年来也在开发有机储氢技术,而且2018年还获得了总统科技创新奖的提名。但是,德国的技术脱氢温度要达到300多度,脱氢速度也比较慢,而且还需要用铂来做催化剂。氢阳能源脱氢温度只需要200度,速度也比他们快2030倍。在脱氢设备方面,同样优势也很明显。

记者:与甲醇储氢甲醇燃料电池技术相比,氢阳公司的氢油技术又有什么优势?

程寒松教授:甲醇也是一种很好的重要的储氢介质、来源广泛、价格便宜。然而,甲醇储氢是不可逆的,烧了就没了,而且甲醇燃料电池是有CO2排放的。另外,甲醇分解后气体分离及纯化也是一个较为头疼的事情。氢阳能源是可逆的储氢技术。也就是说,氢阳能源所使用的载体并不被消耗,储进去放出来,它还能再用,可以反复使用。

记者:目前液体储氢技术在国家标准制定方面有什么进展,推广方面遇到了哪些难题?

程寒松教授:目前高压氢国际标准已经有发布,但是有机液体储氢标准还没有制定。我们的产业联盟已经做了一些团体标准,现在正与中汽研、国家标准院、南网等单位合作,来做有机液体储氢的标准,已经发布了几项企标和团标。有机液体储氢的标准制定有利于有机液体储氢技术的应用推广。

目前来看,有机液体储氢技术要进行大规模推广应用,技术上已经没有任何问题,最大的障碍可能还是人们对它认识不足。因为目前国内外主流技术仍然采用的是高压储氢,丰田也是高压储氢。于是,有人就此认为,中国人不可能超越国外技术。事实上,虽然从总体上讲,我国的科研条件和科技实力不如国外,但单项技术超越是完全可能的。

记者:请程教授介绍一下氢阳公司的燃料电池质子膜研发情况?

程寒松教授:低成本适宜于中高温(150-200C)的质子交换膜已经完成了中试,下一阶将进行催化剂涂布。

记者:程教授请您谈一下氢阳公司在氢油衍生领域内的产品研发情况?

公司研发的以氢油为动力的热电冷三联供技术已经基本成熟,具备了大规模推广条件。

在氢气来源问题上,氢阳公司与中国五环工程公司一道还研发了高温垃圾气化制氢油技术,处理城市垃圾及工业固废,并在武汉建成了实验工厂,未来该技术的推广将可能成为有机固废的终结者,并成为氢气的重要来源。氢阳能源研发的多种技术已获或正在申请国家知识产权局及相关国家近100项发明专利和实用新型专利。


文章转自微信公众号《 武安君 》

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