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甲醇重整燃料电池汽车是创新?还是对氢能源的阻碍?

日期:2019-09-03    来源:第一车网

国际新能源网

2019
09/03
14:49

关键词: 甲醇电池 燃料电池 氢能源电池

   甲醇重整燃料电池就是将制氢的过程从工厂移到了汽车上,好处是摆脱加氢站约束,直接制造氢气提供给燃料电池使用,坏处是重新带来碳排放和尾气问题,延缓了社会氢能网络的建设。建设加氢站和氢能网络生态可以拉动国家氢能产业经济崛起,考虑到环保压力和国家对氢能经济正外部性预期,甲醇重整汽车的技术路线只是氢能网络完善前过渡时期的一种产品的尝试,可能不会被主流车企采用。
  加氢站数量少被认为是影响氢燃料电池汽车普及的重要因素。近日,爱驰推出一款使用甲醇重整燃料电池系统的电动超跑RG概念车作为解决方案,该车具有超高的续航里程(理论达到了1200公里),超强的动力性能(0-100时速仅需2.5s),一经问世便十分吸引眼球。在实际应用中,甲醇重整燃料电池物流车已经在昆明投入使用。这个方案可以不依赖加氢站,只需要加注甲醇,通过重整方式为燃料电池提供氢气,省去了建设加氢站的成本,推广起来也更为容易。
  更加方便的甲醇重整燃料电池,会是正确的解决方案吗?
  什么是甲醇重整燃料电池?
  甲醇与水蒸气在一定的温度和压力条件下,通过催化剂催化发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应,生成氢和二氧化碳。甲醇制氢主要有3种途径:甲醇水蒸汽重整、甲醇裂解、甲醇部分氧化制氢。近年来,甲醇电解制氢和超声波分解甲醇水溶液制氢也逐渐进入人们的视野。
  车辆上常用甲醇水蒸气重整方法,化学反应式如下:
  CH3OH→CO+2H2 (1)
  H2O+CO→CO2+H2 (2)
  CH3OH+H2O→CO2+3H2 (3)---总反应式
  甲醇和水的蒸气进入重整室通过高温(约250°C)反应后,最终产物是二氧化碳和氢气,成分比例1:3,但会掺杂着微量的CO。经过气体提纯后,高纯度的氢气进入燃料电池系统中,CO经过氧化后与CO2一同排到大气中。氢气进入燃料电池系统后,后续过程与普通的燃料电池汽车无异。
  由此可知,甲醇重整燃料电池就是将制氢的过程从工厂移到了汽车上,直接制造氢气提供给燃料电池使用。加氢站网络有建设及运营费用高昂,建设时间长,法规程序复杂的缺点,甲醇重整仅需要在加油站的基础上增加甲醇加注功能,设备更换成本低,操作方便,相关法规完善,可谓优势明显。
  甲醇重整的不足
  从甲醇制备过程看,目前主流的方法是一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化法合成甲醇,也就是说,制备甲醇的过程中本身就需要氢气。
  氢能电池的反对者钢铁侠马斯克认为 “氢不是高效的储能机制。燃料电池不到普通太阳能发电效率的1/4,氢是一种可怕的能量存储机制。”换句话说,把电做成氢,再把氢换成电是个很浪费的事情。按照马斯克的理论,甲醇重整制氢的浪费将“更上一层楼”,因为氢燃料电池仅仅是“电-氢-电”,但甲醇重整燃料电池却是“电-氢-甲醇-氢-电”,更加复杂。这样折腾的过程,必然伴随着巨大的能量损耗,电能并非无限,依然是一种需要节约的东西。由于能量的浪费,根据不同的测算方法,甲醇重整氢气成本甚至在3元/立方以上,对比集中式的煤制氢等方法,价格较贵。
  重整过程得到的氢气包含CO等有毒气体,需要提纯并降温(从超过200°C降到约80°C),这需要额外的设备,加上甲醇有腐蚀性,存储装置和管路需要特殊处理,也是额外的成本。
  综合来看,甲醇重整燃料电池汽车有利有弊,在技术路线可行的情况下,甲醇重整的成本和昂贵繁杂的加氢站网络建设成本对比似乎可以更让人容易接受。
  那么,甲醇重整技术真的可以用来替代加氢站网络吗?
  氢燃料电池汽车的使命
  推广氢燃料电池可以配合国家清洁能源革命,实现能源的多元化和低碳化,氢燃料电池汽车仅仅是氢能走向终端消费的一个重要分支和突破口,是快速把氢从工业化工产品向能源产品转变的一个重要落地应用。欧阳明高提出能源革命“五大支柱”里,氢气和汽车占据了重要的地位。 “五大支柱”分别是:
  支柱一,向可再生能源转型(尤其是发电);
  支柱二,将建筑变为微型发电厂;
  支柱三,用氢气、电池等技术储存间歇式能源;
  支柱四,发展能源(电能)互联网技术;
  支柱五,电动汽车成为用能、储能并回馈能源终端。
  氢燃料电池汽车是汽车电动化的一个技术方向,在电动汽车续航里程有限、续航补充速度受限的情况下,燃料电池汽车是重要的补充和另外的选择。推广氢燃料电池是汽车也是推广清洁能源,是摆脱汽车对化石能源的依赖,根绝汽车尾气污染的重要手段。 然而,甲醇重整燃料电池汽车在带来使用便利的同时,却重新带来了碳排放和尾气问题,甲醇重整制氢将排放出CO2。这样的技术手段,违背了使用氢能源的初衷,着实有一种为了使用燃料电池而使用燃料电池的意思在里面。
  重要的是,氢能社会建立在氢气储运网络之上,燃料电池汽车的推广能够大范围促进加氢站网络的建设和氢气运输网络的建立。甲醇重整燃料电池一定程度上会影响加氢站的建设和示范运营,表面上能够提高了便利性,加快了燃料电池汽车的推广速度,实际上却是延缓了整体氢能网络的建设。
  在中国,氢燃料电池汽车的推广还一个更为重要的意义。由于对易燃易爆危险化学品的管控,氢气运输一直被限制在20MPa,因此氢气在能源和化工中一直得不到有效的应用。化工行业希望能够借助燃料电池汽车的风口,打开氢气运输的限制,从而推广氢气在化工上的应用。这个限制若能打开,全国可以出现多个氢能源运输网络,降低氢能运输和使用成本。
  发展氢能源,勿忘初心
  发展氢能源,是为了建设可持续发展的、清洁的能源社会。甲醇重整燃料电池汽车,尽管在目前加氢站不普及的情况下有一定的便利性,对推广燃料电池汽车有一定的积极意义,但却增加了排放、影响了加氢站的建设,也增加了汽车的研发成本,在加氢站日渐增加之时,该类汽车应用技术很可能会被淘汰掉。国家补贴刺激下,我们不应该为了使用燃料电池而使用燃料电池,国家发展氢燃料电池汽车,是为了发展氢能生态,伸进氢能经济正外部性,带动区域经济发展,将我国建设成为产氢、用氢和出口大国,这需要政策制订者从产业整体角度出发,推广有利于产业发展的技术路线,不应为了短期的快速推广而造成巨大的社会资源浪费。
  建设加氢站和氢能网络生态可以拉动国家氢能产业经济崛起,甲醇重整燃料电池成本高,目前不是主流车企业采用的技术路线。考虑到环保压力,国家对氢能经济正外部性预期,甲醇重整汽车的技术路线在汽车上的应用也不够成熟,可能只是氢能网络完善前过渡时期的一种产品的尝试。

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