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氢能汽车无法实现产业化,最大的阻碍是氢气本身?

 2022-11-26  中国润滑油信息网
7月15日上午,国际知名的能源专家、澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学创新创业学院院长刘科做客科技创新院士报告厅,围绕“碳中和误区及其现实路径”做了精彩演讲,在业内引起广泛关注。以下内容根据刘科院士的演讲速记整理,经本人修订发布。为什...

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  7月15日上午,国际知名的能源专家、澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学创新创业学院院长刘科做客科技创新院士报告厅,围绕“碳中和误区及其现实路径”做了精彩演讲,在业内引起广泛关注。

  以下内容根据刘科院士的演讲速记整理,经本人修订发布。

  为什么氢能汽车还没有产业化?

  氢能一点也不新,早在上个世纪六十年代,阿波罗登月的时候就是带着液氢液氧上天,氢能发的电供仪器用,产生的水宇航员喝。

  我曾经在美国联合技术(UTC)-壳牌合资公司工作,很多年美国所有宇宙飞船的燃料电池就是联合技术公司(UTC)生产的。上世纪90年代一直到2005、2006左右,这个期间美国花了上百亿美元在燃料电池上的研发。我记得2003年小布什总统在他的国情咨文演讲时说,他会宣布一个计划,美国能源部花12亿美元开发氢燃料电池汽车,15年后每一个美国人开的车后边排放的都是水蒸气。然而到现在,全世界的燃料电池(车)可能加起来也就是3万多辆,美国不到1万辆。去年全世界氢能源车只卖了1900多辆,丰田也没卖多少辆。小布什总统用还没有真正意义上突破的技术去制定国家战略,耗费大量投资,尽管在这期间培养了的大量的科学家和研发人员,但是对于产业的推动和环境的改变是微乎其微的。

  燃料电池汽车,也就是我们说的氢能汽车,为什么没有产业化?最根本的原因是氢气不适合于作为你我大众共有的能源载体。很多人在这块有一个误区,甚至有媒体渲染说“氢是人类的终极能源”,这句话是不严谨的。氢不是一次能源,而是一种二次能源,或者更确切地说是能源的载体。这个世界有煤田、油田、天然气田,但没有氢田。氢和电以及甲醇一样,是通过别的能源制造的,但是作为载体,氢不具备上面提到的液体能源在能量密度、管道及跨海输送、长期储存方面的优势。

  氢气不适合于做大众能源载体,主要的原因在于有几个方面人们无法通过研发改变。第一,氢气是体积能量密度最小的物质,我们要求是体积能量密度越大越好。好多人犯了一个概念性的误解,说氢是能量密度最大的,这句话又是对了一半。如果论公斤(质量能量密度),氢的能量密度是最大的。但是对于汽车压重和轮船有压舱水来说,重一点问题不大,但油箱体积不能太大,应该论每立方米,论公斤意义不大。如果转成同样的能源概念,它的体积能量密度是最小的(如图3)。为了增加体积能量密度,只好增加压力。目前看到所有的氢燃料电池车里的储氢罐,都是350和700公斤大气压。储氢罐如果拿不锈钢设计必须做得非常厚,因为压力太高。学过理工的人都知道,700公斤压力的高压设备,不是那么容易生产制造的。

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图3:各类能源的能量密度

  第二,氢气高压会有一个问题,氢气是元素周期表中最小的分子,最小的分子就意味着最容易泄露,长期储存是问题。

  第三,氢气在露天没有问题,我们在20多年前在美国做过这个实验,一个氢燃料电池车,它的储氢罐为了安全一般都放在最后,普通步枪一枪是打不透的,用超强的步枪打穿,因为氢气很轻,就像氢气球一样,一条火龙冲上天,驾驶室的温度一下子升不了那么高,人有足够时间逃逸。

  但是,在封闭的空间里,氢气就会有巨大的问题。氢气是爆炸范围最宽的气体,可以从4%到74%。小于4%是安全的,大于74%只着火不爆炸。但是在4%到74%这个很宽的范围内,遇火星就爆。

  现在北上广深这些城市,尤其在深圳,90%以上的车是停到地下车库这一封闭空间里的。当大量氢能汽车进到地下车库,若有一辆车泄露,就会产生巨大的危险。尽管这个是小概率事件,但是使用量众多的时候,总有部件老化等问题发生,哪怕储氢罐是安全的,阀门、管路等也有一定小概率老化,或者开车不注意发生了撞击。一旦泄露遇到火星、电火花就会爆炸,引起其他车爆炸,一个大楼都有可能毁掉。所以在封闭的空间里,使用氢气要非常注意。

  因为氢气的爆炸性,现在都不让运输氢超过一定的范围的车辆过隧道,如果把隧道炸掉了怎么办?当然,将来是不是能够建氢管道是另外一个问题。

  同样因为氢气的爆炸性,建设加氢站要特别小心,周围需一定的安全距离。现在的北上广深到处都是加油站,但地价这么贵,到哪找能那么多地重新建加氢站呢?

  因为这些问题,尽管氢能现在很热,但是要谨慎。氢气的这些性质决定了它不适合做能源载体。所以,当人们说“氢是人类能源的终极”时,很多的东西是似是而非的。

  疫情前,科技部几位同志可能听说我做过几届全美氢能与燃料电池峰会主席并且二十多年来一直是国际氢能协会的理事,带了几个专家到深圳来调研,我们谈了一下午,之后我把氢能的一些现状、问题以及解决途径写了一个简单的报告,后来他们就把它放进《科技日报》的头版头条里。

  制氢容易,但储氢、运氢有难度。世界上其实氢气的使用很广泛,中国的氢气产能已经达到3000多万吨/年了,今天我们用的每一克的化肥都是氢造的。世界上有这么多的化肥厂、炼油厂都要大量的氢气,但是目前没有一个化肥厂、炼油厂是靠太阳能、风能制氢、制化肥。什么原因?太贵,要是便宜的话,这些化肥厂,炼油厂早就改了用太阳能、风能制氢了。

  现在全世界每年已有数千万吨的氢市场,而且供给到炼油厂氢是最贵的,每个炼油厂边上都有个大的气体公司。用风能、太阳能制氢不是不可以做,只是目前没有足够的经济吸引力。如果说这是赚钱的,相信很多企业家早就开始拿风能和太阳能制氢去了。

  氢也不是没有优势,也可以做,怎么做?跟我们的碳中和有关系。


(来源:互联网)
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