水氢科技将给我们带来什么?

2017年03月06日08:37  来源:科技日报
 
原标题:水氢科技将给我们带来什么?

  俄罗斯专家参观合即得公司

  向华博士向领导介绍水氢机

  专家试驾水氢车

  加拿大专家参观水氢机

  水氢机给电动车充电

  水基能源向华理论图

  核心观点

  1多种能源变成甲醇,甲醇变成人们需要的能源。

  2co2是能源的重要组成部分,甲醇制备过程为“吸碳排氧”,而甲醇制氢的过程为“吸氧排碳”。

  3能源可自给自足,并可就地消纳和转换。

  全国两会期间,祈愿北京无霾!地球面临环境危机,环境危机的背后,就是能源危机!

  多年以来,人们的注意力开始关注氢能。氢能具有热值高,清洁无污染,燃烧不产生温室效应,且来源广泛丰富,固被人们认为是人类的终极清洁能源。可是,人类在氢能的推广和使用道路上,一直都在艰难地跋涉着。氢能的设施安全、制备成本、集中供氢成为困扰着人们最大的障碍。

  一位名叫向华的博士,带着他多年研究的水基能源向华理论,率领他的研发团队,在广东东莞樟木头镇上,成立了一家广东合即得能源科技有限公司(以下简称“广东合即得”),在2009年,成功开发出利用甲醇和水摩尔比1∶1作为原料的制氢机。该装置体积小,重量轻,而且低成本,制出纯度高达“99.9999%”的氢气,是燃料电池最好的氢源。

  本来需要一个甲醇制氢厂、一个氢能发电厂的庞大系统,如今变成了一台只有电脑机箱大小的水氢机模块,每台水氢机发电功率3000瓦,形成分布式甚至分点式能源,也可以根据需要组合成兆瓦级的电站。

  一台小小的水氢机,集成了全世界80多项顶尖的高科技成果,产生了近千项发明专利!

  同时,他们又和国家一流的生物质能源科学家组建了新的团队,共同研发“生物质甲醇”项目。让人类的氢能真正做到来源于大自然,回归于大自然。

  这样一项重大创新的水氢科技,将给我们带来什么?

  崛起了一个水氢科技的人才高地

  一项高新技术必定会集成一批高端人才,而高端人才的集成,又会创造出更加高端的创新创业平台。

  水氢科技是一项集多门类学科的高端集成技术,涵括高分子化学,材料学,电力学,电子控制,电机控制,热力学,机械制造,精密加工。在水氢科技的开发及商业应用上,提供了国内外各类高端人才创新的平台。

  首先,在整个水氢科技的发展中,由于水氢科技的前瞻性和挑战性,需要整合国内各行业各相关专业的顶尖人才。这是一项集成人类智慧的应用科技。

  其次,水氢科技的应用和发展又为各行业各专业的顶尖技术人才提供了创新的平台。由于水氢科技的应用和普及,其涉及的工业应用领域及体量提供了足够的资金和市场,为高端人才在所在领域涉及的研发应用,及在关联或独立的领域提供了创业平台。

  在水氢科技开发的应用实践中,广东合即得整合了各类专业学科行业的高级人才千余人,包括引进北美著名燃料电池公司核心团队成员;与清华大学车辆动力系统的开发应用有着丰富经验和技术的研究院教授,组成了水氢车辆集成应用团队;与华南著名大学化学研究院教授合作研发的燃料电池电堆集成技术,在核心电堆集成及应用方面开展大量的工作;与南京工业大学教授的合作开发膜管制造技术,为水氢产品提供高性能低成本的核心产品;与北美著名大学教授合作开发的高性能膜电极研发技术,提供了高性能的膜电极核心技术及电堆集成技术;与华南农业大学生物质能源研究所合作开发生物质醇化制造技术,为生物质甲醇的制备和研发提供了基础和产业化的前景。上述合作及人才引进项目,为水氢科技的应用和大规模推广提供了广泛和深入的技术基础和支持。

  拓展教育新学科。水氢应用技术是一项集多门学科的全新高端集成技术,但其应用又涉及广泛的日常领域,只要有动力能源需求的工业产业,日常应用都有水氢科技的需求。如何普及科学常识,解答日常关心和疑虑的问题,同时建立相应学科,培养后续研发科研营销及管理人才,也是水氢科技带来的新的工作和要求。

  在这方面,合即得与南京工业大学浦江学院合作开展了首批工商管理及教育资质培训,普及有关水氢理念和基础知识。同时培训为水氢知识的传播和教育提供了有效的培训。

  在科普教育方面与观音山旅游景点合作建立水氢知识及普及展览,向观众和大众解释水氢发电原理及普及有关知识。参加华南植物园举办的广州科普日展览,向广大市民及青少年普及水氢原理及科普知识。介绍水氢科技对环保,能源及人类健康的科技常识。

  建立新型研发机构集群。由于水氢科技的应用及发展是一个全新的高端集成技术,需要在已有的技术及结构中不断开发和研发新的技术应用。为此,有必要建立新型的大规模研发机构集群,开展各个相关领域的技术攻关和技术研发应用。在相关领域及技术要求下,合即得成立筹建了以下重点实验室,包括以下重点项目研究机构。

  在车载及应用方面包括:水氢移电研究所;电源车用模块研究所,水氢车研究所,车载动氢研究所,电源低压模块研究所,动力电池自供电系统研究所。重点研究车载动力及应用问题。

  在核心材料及电极方面包括:轻质型材研究所,水冷堆制氢模块研究所,催化剂研究所,电极板研究所,热分析研究所,金属研究所,水冷堆集成模块研究所,水冷堆控制系统研究所,制氢膜管研究所,燃料电池电堆研究所,MEA膜电极研究所,燃料电池散热研究所。

  在控制及部件应用方面成立以下各个相关部件控制单元和模块研究应用应用:气泵研究所, WiFi模块研究所,蓝牙模块研究所,加湿器研究所,汽车APP研究所,电磁阀研究所,模具设计研究所,线束应用研究所,密封圈研究所,散热水排研究所,三滤系统研究所,保温材料研究所,减震设备研究所,控制封装研究所,热能回收研究所,制氢换热研究所,流体动力研究所,压力传感器研究所,液位传感器研究所,电流传感器研究所,湿度智能控制研究所,金属管道应用研究所,信号采集控制器研究所,系统隔音材料研究所,微型流量传感器研究所,高温过滤接头研究所,动力系统控制研究所,数据建膜及仿真系统研究所,智能报警系统研究所,信号处理反馈终端研究所,内循环水泵动力系统研究所。

  在标准及知识产权方面,成立相关应用及检测研究所,开展有关标准及计量检测方面的研究。包括下列研究所:标准研究所,知识产权研究所,计量检测研究所。

  一面水氢科技创新的大旗,聚集了上千位国内外的科技精英,崛起了一个令人瞩目的人才高地。在水氢能源的战场上,排兵布阵,攻城略地,勇往直前。

  创建了一个水氢新兴产业集群

  由于目前规模化制氢主要是从化石燃料中获得或电解水中获得,制氢过程需要耗费大量能源,且冷却、压缩及运输也需要能源,成本高,因此制约了氢能的发展。现在水氢机已用作通讯基站的主供电源或备用电源,也试用于旅游观光车和警用巡逻车的动力电源。水氢科技已通过第三方组织专家论证,认为该技术成熟可行,是国内首创,国际领先,它将引领人类的第三次能源革命。

  水氢科技的开发成功,有赖于现代科学技术的发展,它涉及到新材料、新工艺、微电子、纳米技术等多个技术领域。水氢燃料电池一体机拥有近千项发明专利,几十个自主研发的核心元器件,6套自主研发的膜技术。

  水氢机利用催化重整技术,将甲醇水作为原料制氢直接发电,不再需要将氢气压缩装罐或者管道运输,通过加氢站使用。做到了“用氢不见氢”,从根本上解决了储氢和运输的安全难题。同时,降低了氢能制备和使用成本。

  水氢科技的大规模推广应用,它必将会对我国的新兴产业和传统产业产生深刻的变化。

  一、加快氢能的开发利用。目前氢能的发展主要是受其成本和使用安全性的制约,而水氢科技正好避开了这两点制约,它采用了甲醇水重整气小型化制氢,并与燃料电池相结合,即产即用,不存在氢气的压储运问题,大大减少其成本和安全问题。水氢科技将实现氢能制取利用的新突破。实现分布式制氢,形成标准化的现场制氢模式;实现燃料电池分布式发电,可实现千瓦至百千瓦级在通讯基站、边远地区、工矿企业、应急救灾等分布式电站规模应用;实现小型化制氢与燃料电池一体化,实现氢能及燃料电池技术在动力电源、增程电源、移动电源等的规模化推广应用。

  二、促进化石能源革命,尤其是促进煤炭的清洁高效利用。由于水氢科技实现了甲醇水重整制氢,有效地推动甲醇后加工产业发展,大大地拓宽了产品市场,拓宽了甲醇的使用通道,这势必会提升煤炭的清洁高效利用。我国煤炭资源虽然相对丰富,但高硫、高灰的劣质煤比重在40%以上。在这种资源现状下,如何利用好劣质煤,是我国现代煤化工行业和传统煤化工行业共同面临的重要课题。经过专家学者的努力,我国在利用高硫、劣质煤生产甲醇方面取得不错的进展。按照煤炭开采与甲醇生产相结合的方式,在条件较好的煤炭资源产地,建设大型甲醇生产基地,加快产业布局向煤炭资源地集中。除此之外,也会促进煤炭资源的运输方式的改变,改运煤为管道运送甲醇。今后国家的中长期储能可以通过储存甲醇实现,因为多种能源可变甲醇,甲醇又可转换成人类需要的清洁能源。

  三、促进新能源汽车发展。氢燃料电池是新能源汽车的终极目标。在欧洲层面上,荷兰、丹麦、瑞典、法国、英国与德国六国已经达成共同开发推广氢能源汽车的协议,各国将一同建设一个欧洲氢气设施网络,并协调能源传输。英国政府提出,将大力发展氢燃料电池汽车,其计划2030年之前英国氢燃料电池车保有量达到160万辆,并在2050年之前使其市场占有率达到30%—50%。水氢燃料电池一体机,由于其体积小,重量轻,可移动制氢发电,而发电成本低,很适合作为新能源汽车的动力电源。

  2015年,该项技术已获得广东省科技厅应用型科技研发专项资金重大科技专项立项支持。目前已陆续生产出水氢燃料电池警务巡逻车、水氢燃料电池旅游观光车等,也改装了一些电动轿车、电动大巴等。此外水氢燃料电池也可作为游艇等船只的动力电源和照明电源,促进游艇产业的跳跃式发展。

  四、加速燃料电池产业化应用。目前氢燃料电池由于氢源尚未完全解决好,在很大程度上制约了氢燃料电池产业化发展。而水氢科技的实现,将会大大地加快氢燃料电池产业化应用。

  五、提升生物质能的高效利用。目前生物质能大多以制油制气来实现,其效率低,使用不方便。随着水氢科技的实现,可用生物质甲醇实现能源的高效转换,使生物质能利用更清洁、更方便。

  六、促进新材料、新工艺的发展。水氢燃料电池一体机,涉及多项新材料、新工艺。随着水氢燃料电池的大规模推广应用,其工业化生产,必将引领一些纳米新材料、制造新工艺的发展。

  七、促进精密制造装备业的发展。由于水氢燃料电池一体机体积小、重量轻,其很多零部件都须精密制造,包括微电子器件、燃料泵、催化膜管、纯化膜管等。工业化生产必须要有其精密制造装备。

  八、促进智能控制器研发与产业化发展。水氢燃料电池一体机是一边制氢一边发电,并实现无线开停机,随着大规模的推广应用,尤其作为汽车的动力电源,其智能控制要求要非常之精准,响应要快。所以水氢科技的规模化应用,必将促进智能控制的研发与产业化。

  水氢科技的新兴产业集群,将会影响着未来的五个重构,重构能源格局、重构能源业态、重构能源市场、重构能源安全、重构新兴产业成果。

  提升了社会生活的幸福指数

  随着水氢科技的飞速发展,使人们的幸福指数大大提升。

  人们的生活也将因此而发生翻天覆地的变化:

  首先,带来了能源供给侧的变革创新。由传统的集中式变为分布式点布式,实现能源的自给自足。从传统的大规模城市工厂集中发电供电,发展成小规模的社区家庭分布式点布式制氢发电。城市的建设不再受制于电力集中供给的限制,人们的居住生活,也可以因地制宜,单家独户地随时随地采集使用能源。随着生物质甲醇技术成果的创新与普及,城市和乡村的生活垃圾、动物粪便、植物秸秆等都可以转换成甲醇,进而逐步实现能源的自给自足。

  让能源“动”起来,传统的氢能是运用化石能源集中产氢然后进行高压、储运罐装或者管道等再通过建设大型的加氢站才能够进入用户中。还有传统的电力,也是化石能源集中发电厂发电,然后经过变压器、电网,再到售电公司最后经过一系列繁杂的设备才能到千家万户中。这中间的耗能、设备、人工成本等且不多说,还受到极大的地域性限制。

  水氢科技利用甲醇和水1∶1摩尔比混合,经过1台水氢机便随时随地得到想用的氢气和电力。除了大大地节省各种成本,还可以随地移动,让能源想到哪儿就到哪儿,任性移动,使用便捷。水氢,能源移动的力量,使人们的幸福感油然而生。

  水氢机有着安全性、体积小、效率高、可移动的优势,给人们的日常生活带来便利。同时,水氢机的热效率优于传统汽油、柴油内燃机,其燃料价格优势更加明显,甲醇重整制氢燃料电池中,合即得已经实现了制氢发电的“357”技术,即3公斤甲醇可以产5标立的氢气发出7度电。

  其次,水氢机普及以后,人们的观念将会比现在前进一大步。新能源改革一直主张节能环保,不论在设计还是宣传中这一点都会不断地向人们的思想渗透,所以当这种水氢机普及以后,将能潜移默化地影响人们的观念,让人们更加关心自己的生活环境,更加关注生活质量,这就是将来的一种社会状态。

  未来,水氢科技会是一种文化,是一种生活的方式。她是中华文明与中国传统哲学思想的结晶,大自然是给人类提供的能源原本是充足的、用之不竭的。可是人类却违背了自然规律,肆意破坏,面临了环境危机、能源危机。水氢科技是从根本原理上遵循了自然规律,实现了生态系统的良性循环,解决了能源的可持续发展,是环境友好型、社会友好型的自然科技。

  第三,水氢交通,让绿色动力无处不在。与传统燃油汽车、电动汽车比较,成本低廉、环保,无PM2.5排放。国内甲醇原料一部分是使用煤炭制甲醇,锂电池的原料电力主要来自于煤炭发电,本质上能量来源相同。火力发电的能源转换效率很低,从煤转化成电的过程中损耗能量较大,电的输送、配送还有损失,最终到汽车用电仍会有部分能量损耗,从煤到纯电动汽车动力电池放电,能量转换率不足25%。从甲醇到燃料电池供能,能源转换效率则达到40%—75%。

  第四,水氢科技带来精准扶贫。习近平说“人民对美好生活的向往,就是我们的奋斗目标。”为了人们的美好生活,水氢机应运而生。水氢科技,也是解决老、少、边、穷,实现精准扶贫的切实方案。水氢机,是一种新的能源转换技术。可将能源就地消纳,对交通不便电力匮乏的老、少、边、穷地区,把当地的生物质、风光等能源互补、利用,解决当地的能源供给问题,不用给国家电网增加负担,不用考虑交通的崎岖险恶,人们一样幸福用电、取热供暖、消暑避寒、互联共享等等。

  向华博士说:“世界上本不缺能源,缺的是对大自然的敬畏及遵循大自然规律的能源转换技术”。

  营造了绿色环境保障了健康生活

  当前,我国的主要发电方式包括火力、水力、风电、核电等,由于我国煤炭资源丰富,北方缺少水利资源等特殊地理因素,火力发电占我国发电总量的70%以上,其他核电、风电、太阳能等清洁能源发电占比很小。燃煤发电是火力发电的主力,不仅消耗了大量煤炭资源,还严重污染环境,煤在燃烧中会产生大量粉尘,排放大量有害物质和二氧化碳,因此在欧洲用煤发的电被指为“肮脏”的电。那何为“清洁”的电,在欧洲十分明确,即利用风力、水利、潮汐、太阳能及可再生生物质发出的电能。因此,水氢电力也属于“清洁”电力。水氢机利用甲醇与水的混合溶液制氢再发电,整个发电过程均为电化学反应,仅排放水和少量的二氧化碳,无硫氧化合物(SOX)、氮氧化合物(NOX)、颗粒物(PM2.5)等污染物排放。

  作为水氢机的主要原料,甲醇来源非常广,除了可以利用煤、煤层气、天然气等传统能源获取,还可以通过太阳能、风能等间歇式可再生能源电制氢,并利用空气中的二氧化碳催化合成制取甲醇,这一循环利用资源的绿色技术已实现产业化。此外,甲醇还可以利用农作物秸秆、动物粪便和有机废水发酵获得,更重要的是它可以再生和重复利用,是转换氢能的最佳媒介。随着人们的环保意识的增强,目前生物质甲醇的制备技术已经越来越成熟,并在实际运营中取得了很大的突破。据国外生物质能源专家推测,如果人类可以把生物质利用7%,就可以解决全人类的能源问题。因此,水氢机的产业化发展还有利于我国生物质能源的推广,关系到人们是否可以早日使用到“清洁”的电力。

  甲醇的特性是排氧固碳,利用甲醇制氢是“吸氧排碳”的过程,这样就形成了物质循环使用以及碳的平衡。虽然水氢机在运行的过程中需要排放二氧化碳,但是同时它还需要消耗甲醇,而甲醇在制备的过程中又需要吸收二氧化碳,如此一来,水氢机完全置身于碳循环中,符合人类的可持续发展理念。

  在人类生活中发挥着巨大作用的内燃机,却在给人们提供便捷的之时也让人们饱受它带来的严重污染。试想一下,北京市民都开着水氢汽车上下班,那么雾霾将一去不复返,因为水氢汽车不排放任何污染物,它可以还给北京市民一片蔚蓝的天空。

  除了实现环境效益外,甲醇的储存还是实现保障国家中长期能源安全的重要途径。作为一种普遍存在、转变简易的中间物质,多种能源可转变为甲醇,甲醇又可转换成人类需要的清洁能源。从长远看,甲醇是可再生能源时代最佳的能源中间环节,也是能源中长期存储的首选能源。全国政协委员李书福在今年的两会提案“推广甲醇汽车”,并建议将甲醇作为战略性替代能源,纳入交通燃料体系,并从政策层面提供相应的税费优惠,从而促进甲醇燃料充分发挥出替代优势,帮助我国实现交通能源的可持续发展。

  向华博士和他的科学家战友们,在水氢科技的创新研发中,走在了世界前列。当世界进入氢能时代时,历史将会记住中国科学家的姓名!

  本版图文由黄平 桂才 高尚 永芳 晓莉

  本报记者左朝胜提供

(责编:贺迎春、熊旭)

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