澳大利亞工程院外籍院士劉科： 規(guī)模化利用甲醇可解交通用能難題

         燃料電池車和純電動汽車聯(lián)手應對燃油車的“大戰(zhàn)”已經打響，純電動車續(xù)航里程和氫燃料車成本過高問題的短板亟待解決。低成本推進氫燃料電池的利用對于我國交通領域低碳轉型至關重要。澳大利亞國家工程院外籍院士劉科9月29日在青海舉辦的“一帶一路”清潔能源發(fā)展論壇上指出：“甲醇經濟發(fā)展前景廣闊，或將帶動交通領域用能變革?！?/span>

1.電動汽車和燃料電池汽車的挑戰(zhàn)與應對

        由于我國石油資源匱乏，汽、柴油車導致的環(huán)境污染問題也愈演愈烈，“十五”規(guī)劃期間，能源汽車科技規(guī)劃包含“863”項目在內，累計共投入20 億元研發(fā)經費，形成了以純電動、油電混合動力、燃料電池三條技術路線為“三縱”，以多能源動力總成控制系統(tǒng)、驅動電機及其控制系統(tǒng)、動力蓄電池及其管理系統(tǒng)三種共性技術為“三橫”的電動汽車研發(fā)格局。       

       電動汽車最早出現的時間要比燃油車早得多，早在19世紀后半葉的1873年，英國人羅伯特·戴維森率先發(fā)明了世界上最初的可供實用的電動汽車。這比德國人戴姆勒和本茨發(fā)明的汽油發(fā)動機汽車早了近10年。時至今日，電動汽車依然未能登上交通出行領域的主舞臺，依靠國家補貼才能獲得利潤的電動車企中有一部分又開始研發(fā)燃料電池汽車，以此彌補電動汽車續(xù)航里程不足的問題。然而以氫燃料為主的燃料電池汽車同樣存在短板，正如劉科所講，電動汽車之所以未能爭過油車，主要原因其一是電動車電池的能量密度低， 其二是汽、柴油之類的液體燃料大規(guī)模生產儲運成本低，加之內燃機流水線量產使成本大降而導致的；而氫燃料電池汽車雖然發(fā)電效率高，可以降低人們對石油的依賴，但依然存在儲氫、運氫成本高、加氫站投資大、安全隱患大等問題。

2.甲醇在線制氫是燃料電池氫供應鏈的最佳解決方案

        發(fā)展氫燃料電池汽車已成行業(yè)共識，但氫能產業(yè)上下游普遍感覺氫能用起來“太貴”，經濟性不足是一大難題。降成本已成氫燃料電池汽車攻堅的重點。氫燃料電池汽車從上游制氫、輸氫、儲氫，到下游加氫及應用，產業(yè)鏈比較長，各個環(huán)節(jié)成本累積到最后，氫燃料電池最后的成本就變得比較高。     

        以氫儲運環(huán)節(jié)為例，氣態(tài)氫儲輸是目前全球氫氣運輸的主要技術路線，國外廠商多采用35~70MPa的氫氣瓶組運輸氫氣，而國內目前只有20~35MPa鋼制高壓長管托車和瓶組，儲氫密度較低?！耙?00公里的到站成本計算，用50MPa高壓拖車的氫氣成本為34.4元/千克，而20MPa高壓拖車成本要39.1元/千克。”中國科學院院士歐陽明高舉例說。

        解決上述難題，劉科給出了一個新的思路，他指出：甲醇是非常好的運氫、儲氫的載體，1升甲醇和水反應的產儲氫量是1升液氫的兩倍。甲醇在線制氫系統(tǒng)在規(guī)?；矫嬉簿邆鋬?yōu)勢。在氫能使用成本方面，甲醇在線制氫的成本在理想情況下可以低至15元/公斤，國際上最低的綜合用氫成本高達66.4元/公斤。

        由此可見，甲醇在線制氫可以最大限度降低人們用氫成本。劉科介紹說，通過天然氣生產甲醇，甲醇生產成本的70%是天然氣的原料成本，因為頁巖氣革命，有文獻報道全球發(fā)現有200年用不完的天然氣，如果這樣，也就意味有200年用不完的甲醇。我國的甲醇主要是煤來制，而國家的主要一次能源是煤炭，所以甲醇是一個來源豐富的能源載體。制備甲醇的成本在新技術應用的情況下也可以做到非常低的水平；常溫常壓下，甲醇是含氫量最豐富的液態(tài)能源；不僅如此，甲醇和水按一定比例混合，其安全性也較汽、柴油高，不容易發(fā)生爆燃事故；此外，目前可以利用目前的加油站進行改造，可以減少前期的投資成本。

3.新技術助力能源轉型

        甲醇制氫可以大幅降低氫燃料電池的使用成本，但殊不知，低成本制甲醇也是一項新技術。從治理污染的角度看，該技術也可以為減少我國的PM2.5的排放量發(fā)揮作用。

        劉科指出，目前研究團隊已成功研發(fā)出類液體循環(huán)流化床鍋爐，可以實現將煤在燃燒或轉化前分離其可燃物和礦物質，將煤中的可燃物提取出來用于燃料，不可燃的礦物質提取出來作為改良土壤劑及復合肥的原料，實現變廢為寶。

        據了解，該項技術具有無需煙氣脫硫脫硝就可以實現清潔排放的特點，新型除塵技術可以嚴控粉塵排放，甚至是將粉塵收集起來，成為制作水泥的原料。

       劉科分析道，通過微礦分離技術和類液體燃料對現有化工廠進行升級改造，可實現煤制氫和煤制甲醇的低成本運營。傳統(tǒng)工藝制甲醇的平均生產成本約為1600至2000元，新技術每噸成本可節(jié)約600至800元。

       利用該項新技術可以獲得比較多的氫能資源，將一定比例的氫加入到天然氣管道中，可降低燃氣成本并可顯著減少燃燒廢氣中的氮氧化物的排放量，對于減輕環(huán)境污染會起到重要作用。

       劉科建議，針對青海省的能源結構特點，首先應該利用棄水、棄風、棄光的電量制氫，將氫氣注入西氣東輸的天然氣管道，以此減少天然氣使用過程中氮氧化物超標的問題，同時解決西部氫能輸送問題；其次，利用5G、新基建、大數據中心建設高潮，將風能、太陽能發(fā)的電就地消納；再次，要因地制宜建設抽水蓄能、及利用已有的巖洞推進壓縮空氣儲能項目配合當地新能源消納；最后，利用風能、太陽能發(fā)電也可將水和二氧化碳轉化制甲醇，也可用可再生能源電解水制氫，降低西部煤制甲醇的二氧化碳排放，再將綠色的甲醇作為儲氫的載體外運到其他省份，以此促進氫能產業(yè)發(fā)展，帶動交通領域用能新風尚。

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