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刘科:甲醇重整制氢才是正道

发布日期: 2021-09-07
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2020年7月10日,由张家港市人力资源和社会保障局、飞马旅集团联合主办的“2020长三角国际氢能产业人才峰会暨张家港氢谷人才计划发布会"顺利召开。一百余位氢能技术研究领君者、行业long头企业代表、著名高校院所学者、quan威学术组织会员、氢能创新创业团队及gao端人才共聚张家港,协力为张家港氢能蓝图赋能。


会上,澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学清洁能源研究院院长刘科带来了精彩致辞。除以上头衔外,刘科院士还任中国与全球化智库(CCG)常务理事、副主任及深圳分会会长、欧美同学会2005委员会常务理事及粤港分会会长、卡内基-清华中心理事,曾任通用电气全球研发中心shou席科学家、加州理工能源中心董事,在Exxon-Mobil及UTC等著名跨国公司供职多年。



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澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学清洁能源研究院院长刘科



第一元素网经过整理摘取出六大核心观点以供参考:


1、发展氢能主要是解决两个问题,第一是解决石油不够的问题;第二是解决环境污染的问题。


2、氢能大有前景,但气态不是最为好的形式,各种液态形式才是未来。液态形式有着能量密度高、可大规模运输、易实现低成本跨海输送等优点。


3、氢燃料电池汽车量产后,燃料电池中所用的贵金属相比电动汽车更加容易回收。


4、高压气氢燃料电池汽车不适宜于地下停车场等封闭空间场景,甲醇重整制氢燃料电池汽车可解决这一难题。


5、电解水制氢经济上不可行,如果人类未来规定不再使用化石能源,那就另当别论了。


6、甲醇与气态氢相比,能量密度更高、储运安全。甲醇与氢能结合的路线是解决中国石油短缺和环境问题的重要路线之一。


以下为刘科院士演讲全文:


尊敬的沈院士,各位领导,很高兴有这个机会受好朋友的邀请来这里跟大家分享氢能与甲醇经济。其实我可能算氢能领域里边的一个老兵了,20年前我在美国连着三年做过全美的氢能和燃料电池峰会的主持,我回国前在美国写了一本书,可能是现在世界范围内制氢方面最新的一本书。我今天分享的主要内容是把氢能和甲醇结合起来。


中国当前面临很大问题是缺乏石油,中国的石油总储量目前是6.79亿吨,20年前可勉强产2亿吨,2017年降到1.9亿吨,能源问题怎么解决?20年前大量的企业投资电动车,希望用电动车来取代燃油车。


今天我先给大家讲一下电动车。因为氢能的发展需要从电动车发展过程中吸取一些经验和教训,因为现在燃油车、电动车、氢能车的对比讨论非常火热。


首先我想说的是,我国发展新能源主要是解决石油危机与环境污染问题。


电动车一是解决中国的石油、能源不足问题,二个是缓解雾霾问题。其实,电动车的概念很早就出现了,一百年前纽约大街上跑的电动车远多于燃油车。


中国除了石油短缺之外,我国还存在着环境污染问题,氢能的发展同样是在解决这两个问题。但电动汽车短期无法取代燃油车,除非技术有革命性突破。我跟大家讲一下电动车无法战胜燃油车的几个原因。


第一,能源中有一个名词叫能量密度,汽车燃料一般讲体积能量密度,而不是重量能量密度。氢能的重量能量密度是所有能源形式中最高的,但体积能量密度是最di的。


对于车辆、轮船,更重要的是体积能量密度。假如油箱都是1m3,汽油是8600,柴油是9600,甲醇是4300,这是为什么人类到三十年代没有选电池的原因之一。


第二,氢能前景很好,但我认为气体不是最hao的的能源载体,将来可能是各种各样的液体。为什么液体是人类最hao的能源载体呢?是因为液体可以管路输送,可以跨海输送。高压气体7天都放置不了,停到飞机场出差七天回来以后,氢气跑了一大半,这是很重要的一个因素。


液体能源,第一能量密度高;第二可以管路输送;第三是可以低成本跨海输送。我记得在美国的时候,我算了一个数字,如果要拉一船汽油,从休斯敦的炼油厂拉到上海港,假如加油费6块钱一升,运费成本大概6分钱。


液体燃料跨海输送成本极低、效率高,因此虽然世界上产石油的地方较少,但任何一个国家、地区、城市都可以使用上石油。


第三,人类已经花费巨大资金成本建造了大量的基础设施,这些基础设施仍不可能轻易放弃。


第四,电动车上所不可或缺的钴、锂等金属价格高昂且不可控,当电动车产量增加的时候,钴、锂的价格就会升高,这也是为什么2018年一季度,比亚迪利润狂跌83%的主要原因,因为它不具备量产越大越便宜的条件。


第五,电动车是清洁能源的说法要谨慎,因为中国67%的电是煤电,所以表面上是电动车,实际上是煤炭车。


第六,电动车电池回收存在巨大的环境污染问题。


因为电动车存在以上种种问题,再加上一年多以前,李ke强总理去日本考察了氢能,国内yu论突然转向,氢能迅速热了起来。


氢能和电动车相比有着很多优势,第一发电效率高;第二氢能车量产后,燃料电池的成本迅速降低,燃料电池中所用的贵金属回收非常容易。


但现在约束氢能发展的原因在哪?主要有三个原因。


第一,氢能是体积能量密度最小的能源,而且极易泄露。我们在美国做过安全实验,我们将一辆氢能汽车停放在露天实验场,用字弹击穿氢气罐,一条火龙冲上天,驾驶室非常安全。但是在密闭空间里很容易因为氢气聚集而发生爆炸。


氢气在出租车、公共汽车上应用,在地面上开没有问题,但是停地下停车场,如果有一辆车发生爆炸,整个楼都会倒塌。我国氢气在过隧道的时候,气体氢是有一定的规定的,全shi界都有安全规程。


第二,氢气制造成本虽然不高,但是储运成本非常高。


第三,加氢站建设成本目前太高。


因此综上所述,虽然气态氢有着种种劣势,但是也有一定的市场空间,将来使用高压气态氢的车辆不进封闭空间就可以,那么其他的车怎么办呢?接下来我就要重点谈一下我们的甲醇路线。


甲醇可以通过天然气进行制取,也可通过煤炭制取。一升甲醇和水反应,可以放出143克的氢。中国的甲醇是通过煤炭来制取,中国煤炭资源丰富,所以甲醇取之不尽。


甲醇和水重整,产生的氢气通过电堆发电,电就可以驱动汽车。目前我认为氢最hao的载体就是甲醇,这是一条很好的路线,因为甲醇每升的储氢量是目前各种储氢方式中最高的。


此外,甲醇制氢的路线,人类花费几万亿建设的汽油站、加油站等基础设施可以很好的利用起来,不需要大代价再去重新投资建设加氢站,所以氢能大有前途,但是技术路线要走对。


再来讲一下电解水制氢与甲醇制氢。


电解水制氢不是新技术新事物,今天没有任何一个炼油厂使用电解水的路线来制氢,因为天然气和煤制氢更加便宜,当然如果电解水制氢技术成本某一天低于天然气制氢、煤制氢,这些炼油厂、化肥厂马上就会换电解水制氢工艺。


经济决定一切,很多人将通过可再生能源制氢,用风电、光伏发电来制氢, 但即使风电、光伏的电价为零,由于电解水设备昂贵,经济上目前仍然不合适。当然如果全球人类统一规定不能再使用化石能源,那就另当别论了。


当然,中国目前煤制甲醇也有一些缺点,只有优质才能制甲醇。但中国大部分煤炭为劣质煤,优质煤炭价格也不便宜且资源有限。


所以我们目前正在进行一个研究,把劣质煤中的大量矿物质,在燃烧前将其分离出来,这些矿物质可以做成有机肥,做土壤改良。因此用劣质煤进行甲醇制氢无论从技术上还是经济性上都是完全可行的。


最后,我想说的是, 甲醇是天然气、煤炭和氢能源的wan美载体。甲醇与氢气相比,能量密度更高,而且储运安全。所以,我认为甲醇与氢能结合的路线是解决中国石油短缺和环境问题的一个重要路线。


文章来源:氢能和燃料电池



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