乘用车 氢燃料电池是新能源大趋势 那么氢从哪来?贵不贵?
益睿明 POST:2020-10-16 11:00 复制链接 看图
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  宇宙中最广泛存在的原子就是简单的氢原子,只有带一个质子的原子核和一个围绕原子核运行的电子。但是也正是这种最简单的原子,组成了我们今天世界上所有的东西甚至是你自己。你能见到任何物质,都是由氢通过恒星的热核反应生产出来的。

  虽然氢在宇宙中遍布存在,但是在地球环境和大气中基本上没有氢气,因为氢气的化学属性导致其十分活动,很容易与氧气发生反应变成水。氢气与氧气的通过燃烧结合时能产生大量的能量,并生成毫无危害的水,这种能量如果能用在汽车上该是多么美好的事情。但是,氢气氧气燃烧产生的能量并不好控制,同时效率也并不高。2006年宝马就推出氢气车Hydrogen 7,利用液态氢作为燃料,6.0升V12发动机只有能出260匹马力,效率实在是太低。

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丰田第一代Mirai氢燃料电池结构

  随着丰田与现代汽车对氢燃料电池的深入研究,可以通过燃料堆有控地将氢气与氧气结合,并将结合时产生的电流驱动电动机。这种方式比直接燃烧氢气更有效率,同时也能为电动机的提供充足的电力。但是燃料堆的质造成本却很高昂,经过丰田与现代汽车的不懈努力,氢燃料电池的整体成本终于降到消费者可接受的程度。

  氢燃料电池工作原理:

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丰田第一代Mirai

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丰田第二代Mirai

  丰田第一代Mirai的电动机从起步开始就能提供335N·m的最大扭矩,而113kW的最大功率能支持175km/h的最高时速,正常用车没问题。而对于电池来说,可能有很多人会担心极寒天气下的电池性能问题。丰田工程师经过测试,在零下30℃的地方停放一夜后,启动70秒燃料电池堆便可以输出全部的电能。由于有辅助的加热设备,所以燃料电池生成的水并不会结成冰,而是顺利的通过排水口排出。

氢从哪来?加氢贵不贵?

  氢燃料电池所用的氢从哪来呢?青年汽车的“水氢车”,其实是一个骗人骗投资的项目。但是氢气来自于水,这个确实是事实。初中课时我们知道电解水可以制氢,还知道金属锌加到盐酸中也可以制氢,而大量的工业制氢是怎么实现的呢?同时,为了制氢中不产生二氧化碳,又是怎么实现的呢?

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  工业制氢大概有几种主流方法:

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  一、电解水制氢

  水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程,因此只要提供一定形式一定能量,则可使水分解。提供电能使水分解制得氢气的效率一般在75-85%,其工艺过程简单,无污染,但消耗电量大,因此其应用受到一定的限制。利用电网峰谷差电解水制氢,作为一种贮能手段也具有特点。我国水力资源丰富,利用水电发电,电解水制氢有其发展前景。

  太阳能取之不尽,其中利用光电制氢的方法即称为太阳能氢能系统,国外已进行实验性研究。随着太阳电池转换能量效率的提高,成本的降低及变压吸附 完美替代进口,支持实测比较使用寿命的延长,其用于制氢的前景不可估量。同时,太阳能、风能及海洋能等也可通过电制得氢气并用氢作为中间载能体来调节,贮存转化能量,使得对用户的能量供应更为灵活方便。供电系统在低谷时富余电能也可用于电解水制氢,达到储能的目的。我国各种规模的水电解制氢装置数以百计,但均为小型电解制氢设备,其目的均为制提氢气作料而非作为能源。随着氢能应用的逐步扩大,水电解制氢方法必将得到发展。

  二、水煤气法制氢??

  用无烟煤或焦炭为原料与水蒸气在高温时反应而得水煤气(C+H2O→CO+H2—热)。净化后再使它与水蒸气一起通过触媒令其中的CO转化成CO2(CO+H2O→CO2+H2)可得含氢量在80%以上的气体,再压入水中以溶去CO2,再通过含氨蚁酸亚铜(或含氨乙酸亚铜)溶液中除去残存的CO而得较纯氢气,这种方法制氢成本较低产量很大,设备较多,在合成氨厂多用此法。有的还把CO与H2合成甲醇,还有少数地方用80%氢的不太纯的气体供人造液体燃料用。像北京化工实验厂和许多地方的小氮肥厂多用此法。??

  三、由石油热裂的合成气和天然气制氢??

  石油热裂副产的氢气产量很大,常用于汽油加氢,石油化工和化肥厂所需的氢气,这种制氢方法在世界上很多国家都采用,在我国的石油化工基地如在庆化肥厂,渤海油田的石油化工基地等都用这方法制氢气也在有些地方采用(如美国的Bay、way和Batan?Rougo加氢工厂等)。?

  四、焦炉煤气冷冻制氢??

  把经初步提净的焦炉气冷冻加压,使其他气体液化而剩下氢气。此法在少数地方采用(如前苏联的Ke?Mepobo工厂)。?

  五、电解食盐水的副产氢??

  在氯碱工业中副产多量较纯氢气,除供合成盐酸外还有剩余,也可经提纯生产普氢或纯氢。像化工二厂用的氢气就是电解盐水的副产。??

  六、酿造工业副产??

  用玉米发酵丙酮、丁醇时,发酵罐的废气中有1/3以上的氢气,经多次提纯后可生产普氢(97%以上),把普氢通过用液氮冷却到—100℃以下的硅胶列管中则进一步除去杂质(如少量N2)可制取纯氢(99.99%以上),像北京酿酒厂就生产这种副产氢,用来烧制石英制品和供外单位用。

加氢贵不贵?

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  在工业上,制氢、获取氢的方法其实还是挺多,但是最成熟最主流最简单的还是电解水制氢,那么电解水制氢的成本到底高不高,消费者能负担得起吗?

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制氢成本

  电解水制氢成本高低,就看电费!利用电网峰谷差,就是用电低峰时的低电价来电解水制氢,作为一种贮能手段也具有特点。

  若以正常工商业销售电价计算并拆分电解水制氢的成本,具体应包括资产折旧、运营费用(一般维护、电池组更换)、电费(用电、过网费),其中电费成本会达到70-80%,占比较高。每生产一立方米氢气,需要消耗3.5-5kWh的电力,如果采用当前市场销售电价作为制氢成本,电解水技术路线是没有竞争力的。

  我们以产氢能力600m3/h,年产氢量120万m3为假设基础对电解水制氢项目进行静态测算,可得:年耗电量600万kWh,如果假设电价为0.5元/kWh,氢气以4元/m3售卖,年度的毛利率约为28%。

  也就是说,当电解水制氢的电费控制在每度电0.5元时,每立方米氢气卖4元人民币,制氢工厂还有钱可赚。一辆续航650km的氢燃料汽车加满氢需要大概5Kg氢气,换算成体积约56立方米,再乘以4元得出加满氢需要224元,完全可以接受。未来,制氢和获取氢气的技术越来越多,并利用电网波谷的底价电费,最后到消费者的加氢成本还会进一步下降。

写在最后

  氢燃料电池新能源车相比纯电车,不仅解决了减少排放的目的,同时还拥有纯电动车不具备的优势:充满氢气只需要5分钟,跟燃油车一样方便。在使用成本上,目前国内1kg氢气为80元左右,整体用车成本与使用95号汽油的燃油车相近。随着制氢技术的进步和取氢的途径增加,未来的氢气成本肯定会大大降低,介于纯电动车与燃油车之间。氢燃料电池汽车是未来趋势之一,虽然也是电动车,但不会是“电动爹”。

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