科技部长喊话氢能汽车 "烧水"就能跑要改变世界
青岛晚报/掌上青岛/青网 2017-07-04 15:31

■50万年前,人类发明了火,实现了刀耕火种,人类走向农业时代;

■18世纪中叶,人类发明了蒸气机,煤电促使人类开始实现工业化革命;

■19世纪末,以石油能源为主导的年代开始了人类社会进入石油天然气能源时代,成为人类社会现代化文明的基石;

■今天,我们是否正在向更为清洁的氢经济社会过渡呢?

科技部部长万钢在第十九届中国科协年会 “未来出行——氢燃料电池及智能车辆技术”国际研讨会上表示,氢具有来源广泛、大规模稳定储存、持续供应、远距离运输、快速补充等特点,在未来车用能源中,氢燃料与电力将并存互补,共同支撑新能源汽车产业发展。

据介绍,我国已初步掌握了燃料电池关键材料、电堆、动力系统、整车集成和氢能基础设施的核心技术,基本建立了具有自主知识产权的燃料电池汽车动力系统技术平台,实现了百辆级动力系统与整车的生产能力。

万钢认为,我国必须加强协同创新,加快推动氢能燃料电池产业全面发展。一方面加强政策协同,加快开展氢能燃料电池汽车发展政策研究,通过发展政策系统推进氢能燃料电池产业发展,加快掌握更多关键核心技术。另一方面,加强产业及市场协同,推动全产业链体系的市场协同,同时强化跨产业、跨领域的产业协同应用。

万钢还表示,我国将整合各方资源,积极参与国际合作。目前,我国已发起并组建国际氢能燃料电池协会,目标是建成一个覆盖全产业链、推进燃料电池商业化的国际化平台,加速推动国际氢能燃料电池技术和产业发展。

氢能源被公认是宇宙中最丰富清洁的能源,氢能源电池车工作的时候只会产生水,没有其他的废物排放,二氧化碳的排放为0,在越来越重视环保的时代,这无疑是最好的交通工具了。如果氢能源车辆普及了,有助于还给我们和地球一片蓝天。若是新技术能得到广泛的应用。那么,对环境的碳排放量才会真正降低,使用天然或可再生资源作为能量储备,可将再生水转化为氢燃料,并转换为能量存储至氢燃料电池组中,估计到时候“烧水”才是主流。德国联邦议会去年通过了一项决议案,到2030年,市面上将无法购入内燃机车辆,消费者到时候只能选择电动车或氢气车。

氢能汽车FCEV有哪些优势

作为FCEV主要能源的氢,能量密度相当的好,以世界标准的KW·h/kg为系数,氢能为33.3,天然气13.8,汽油12.1,煤气8.4,氢能比汽油高出2倍多;氢作为二次能源,其资源十分丰富,只要有水就可以制氢,还有其他众多产氢方法,是人类社会用之不尽的“氢矿”;FCEV运行中排放出只是水,无论是对大气的污染还是温室气体都应是 “零”;当前FCEV一次充气,可跑700公里,充气只用3分钟,而且还在不断提升之中;当前FCEV的制氢用氢成本昂贵,但要多看前景,可能10年前后,可达到与传统内燃机运行同等价格,然后继续下降,到2050年基本上可能实现氢气零成本运行;不久的未来同样可以出现FCEV的智能化车辆,特别是要注意克服氢能不安全运作一些隐患,成为更安全的产品。

日本领衔氢能汽车研发

国际汽车界人士认为2015年是FCEV的元年,这主要以日本丰田的“未来”(Mirai)正式进入初期的商业化运作为标志而提出的,Mirai功率113kw,扭矩335N·M,相当于2.0发动机轿车水平,续行500公里,在日本成本720万日元,政府补贴200万日元,市场售价500万日元(约折合26万元人民币),这和“皇冠”轿车价格差不多。丰田2015年产销700辆,2016年1600辆,其中三分之一出口,2017年计划3000辆,2020年为迎东京的奥运会,计划推出3万辆。与此同时,本田、三菱、马自达、大发等公司也都抛出具有自己特色的FCEV,本田的ClarityFCEV续程已达589公里。近来,日本通产省公布《燃料电池汽车战略路线图和氢能社会白皮书》提到,2025年实现200万辆的目标,2030年加氢站达1800座,相应对质量,成本和配套工程设施都要很好改善,形成规模化能力走向市场。

中国氢能汽车奋起直追

在企业层面,我国第一辆FCEV于1999年12月在清华大学试验成功。 2001年12月美国通用汽车公司和上汽集团合资的泛亚技术中心,研制出 “风凰”FCEV。2008年北京奥运会上,有20辆各种燃料电池汽车在会上示范运用,2010年上海世博会上有40辆各种燃料电池汽车,供大会交通示范运行。 2014年上海荣威950第四代FCEV产出,行程400公里。宇通客车公司是首家推出燃料电池客车的,2014年9辆,2016年100辆,2020年计划4000辆,宇通第四代燃料电池客车,续程600公里,成本下降50%,加氢10分钟。北汽福田汽车公司也推出“欧辉”牌燃料电池客车,计划28辆,送广州和佛山地区进行示范运行。东风汽车公司第一款EQ5080型燃料电池厢式运输车已问世,续程305公里。据统计目前为止,我国共研发试制出200多辆各种燃料电池汽车在各个时间段进行示范运行。 2017年6月2日工信部公布公告 《新能源汽车推广应用推荐车型目录》中,就包括有燃料电池客车5种,专用车及卡车2种,如果加上2016年公布燃料电池轿车1种,则FCEV在国家目录中共计有8种车型,确认正式列为商品对待,但目前产量还很少,急待改革和改进。

激发氢能的巨大潜力

氢作为一种无色、无味的气体,广泛地分布于地球的地表、地幔、地核和大气层中,是宇宙中最为重要,质量最轻,最为清洁、最为丰富元素之一。

氢主要以化合物形式生存,最突出表现是水,氢占水总质量1/9,如果用电解水制氢,能量密度很高,其效率可达80%;氢还生存于一些矿物质中,如绿柱石,锂电气石,顽火辉石的结构中,多以极少量气态生存;氢还分布于地球不同气层中,含量随高度不同,也有少量的氢气存在;更有趣的是氢气还是生命组成的一种元素,在人体中有81种元素,氢占10%,仅次于氧和碳,居第三位,所以氢也可称得上一种有机物的物种。

氢还有一个重要作用,即氢的同位素将对正在开发和试验的核聚变电站提供基础原料,我们曾用“氕”表示氢,它的同位素“氘”“氚”,也叫重氢,资源极为丰富,而且无辐射危险。大家都知道,人们先发明原子弹,后来又发明氢弹,实际上是核裂变和核聚变的理念和应用的革命性变化。欧盟认为到2035年核聚变电站可以投入商业化应用,我国专家认为到2040年有可能投入应用,目前我们和美、英、法、日、德等国家已多年组成联盟,共同开发核聚变电站。可以预言如果核聚变电站投入应用,那时用电几乎不用花钱,太便宜了,而且很安全,没有放射性,非常干净、无害,被称为“仿造太阳的工厂”。

氢在人为状态下形成三种形态。气体氢:这已成为氢的常态,是衡量氢物理和化学质量的标准形态;液态氢:目前多用高冷却方法形成的,要在-253℃时,可促使氢液化,如现在太空火箭上的推动燃料就是用液态氢;固态氢:在超高压下,促使液氢向具有导电金属特性的固态氢出现,所以也叫金属氢,它具有很好的超导性和超级能量,在航天、航空和军工上有特殊用途,民用工业也有很好用途。

氢的备制历史也是很长,而且方法非常多样化,因时因地而宜,同时要求要不断改进创新。有电解水制氢、水煤气法制氢、石油热裂合成和天然气热合成制氢、焦炉和煤气冷冻制氢,电解食盐水的副产氢、酿造工业发酵制氢、甲醇裂解吸附制氢、铁与水蒸气反应制氢等。当代比较新的制氢方法,如生物质制氢,微生物酶制氢、海水淡化制氢,可再生能源,如风能、太阳能、水能、地热能、海洋能发电制氢,如我国已建成海水淡化工程103个,总规模90万吨/日,并推广淡化水制氢示范工作。

世界上第一座FCEV加氢站是1999年5月在德国慕尼黑机场建成。目前国际上已有加氢站主要以水电解制氢为主,少部份采用天然气水蒸气重整制氢,也有的是运氢到加氢站的。到2016年1月全球已设立290座,其中日本28座、欧洲97座、美国75座、韩国80座、中国4座、澳大利亚1座。中国加氢站分布在北京、上海、广州、郑州。预计到2020年全球将出现5200座加氢站,比目前的增长18倍,以适应发展FCEV的需求。中国将是全球氢能需求和生产第一大国。

氢能汽车

氢气车分为两种,氢内燃车(HICEV)是以内燃机燃烧氢气(通常透过分解甲烷或电解水取得)及空气中的氧产生动力,推动的汽车。而氢燃料电池车(Fuel cell vehicle-FCEV)是使氢或含氢物质及空气中的氧通过燃料电池以产生电力,再以电力推动电动机,由电动机推动车辆。这类车辆的发电厂把氢的化学能转换为机械能,或者是通过燃烧的内燃机中的氢,或通过在燃料电池中的氧与氢反应来运行电动机。广泛使用氢助长交通是在提议中的氢经济的一个关键因素。使用氢为能源的最大好处是它能跟空气中的氧,产生水蒸气排出,有效减少了其他燃油汽车造成的空气污染问题。

储氢方法

传统储氢方法有两种,一种方法是利用高压钢瓶(氢气瓶)来储存氢气,但钢瓶储存氢气的容积小,而且还有爆炸的危险;另一种方法是储存液态氢,但液体储存箱非常庞大,需要极好的氢能与氢能汽车绝热装置来隔热。一种新型简便的储氢方法应运而生,即利用储氢合金(金属氢化物)来储存氢气。

这些会“吸收”氢气的金属,称为储氢合金。其储氢能力很强。单位体积储氢的密度,是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍,也即相当于储存了1000个大气压的高压氢气。储氢合金都是固体,需要用氢时通过加热或减压使储存于其中的氢释放出来,因此是一种极其简便易行的理想储氢方法。研究发展中的储氢合金,主要有钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金及稀土系储氢合金。研究证明,在一定的温度和压力条件下,一些金属能够大量“吸收”氢气,反应生成金属氢化物,同时放出热量。其后,将这些金属氢化物加热,它们又会分解,将储存在其中的氢释放出来。

青岛晚报/掌上青岛/青网 记者薛飞 据新华社、科技日报等整理


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