[即将到来的氢能时代] 氢燃料电动汽车的动力源泉,氢能

氢能时代正在向我们走来。氢气已经广泛应用于各种产业领域,随着氢燃料电动汽车的登场,氢气作为未来时代的主能源备受关注。

氢是一种无限可持续性的物质,约占宇宙质量的75%,宇宙分子的90%以上。在地球上,氢不是以纯气体状态存在,而主要以水、汽油、天然气、丙烷、甲醇等有机化合物的形态存在。虽然日常生活中很少接触到纯粹的氢气,但氢气早就被用作工业原料。如使用氢气生产氨、甲醇,作为石油化工的合成原料使用等。那么纯氢是如何生产出来的?

 

制氢过程

 

1

   

纯氢的生产方式有天然气重整制氢、副产制氢、水电解制氢等。

天然气重整方式通过天然气在高温、高压下与水蒸气发生化学反应而产生纯氢,是最普遍采用的制氢方式,占全世界氢产量半数。如果天然气的供给稳定持续,就可以无障碍持续性制氢。此制氢过程的缺点是会同时产生二氧化碳气体,但是二氧化碳可以作为碳酸饮料或灭火器等所需的碳酸生产原料加以利用。

副产制氢方式,是指在石油化工工艺中生产主产品的过程中附带生产出氢气。石油化工产业发达的国家,副产氢的产量很高。如韩国每年的副产氢产量是190万吨左右。因副产氢是作为副产品生产出来的氢气,其产量很有限。但因为不存在制氢设备相关的追加投资费用,副产氢具有经济性高的优点。

水电解制氢方式,是指利用太阳能、风能等新再生能源进行发电,并利用此电能对水进行分解而获得氢气的方式。此方式制氢后的产物除了氢气外,仅剩纯氧,因此被评为最环保的制氢方式。但是,全世界采用水电解方式生产氢的基础设施还很不足。伴随氢气消耗量逐年增加,中长期来看,这将是有效的制氢方式。

 

氢燃料电动汽车的出世和氢能化

 

2

   

目前生产的氢气大部分用作工业原料。如石油化工工业、半导体和显示器等制造企业、金属冶炼等。在未来社会,氢作为能源的利用率将比其作为原料的利用率更高,如作为氢燃料电动汽车的能量来源。

现代汽车从1998年开始对燃料电池进行研发,并在2013年首次成功批量生产氢燃料电动汽车。氢燃料电动汽车配备了燃料电池系统,通过氢气和氧气的化学反应,向驱动电机提供电能。

通过氢气发电的燃料电池早就存在于世,但由于造价昂贵,耐久性低等原因,仅在航空、宇航等特殊领域使用。但随着氢燃料电动汽车的登场,燃料电池在汽车车身的有限空间内也能稳定生产电的事实成为了人们关注的焦点。正如内燃发动机的发明使石油成为驱动地球的主要能源一样,以氢为燃料移动的氢燃料电动汽车必将使氢气迅速成为未来主要的能量来源。

 

3

   

麦肯锡2017年发布的报告书(Hydrogen scaling up)指出,现有氢气的消耗量中,工业用原料占大部分。但到2050年左右,发电、运输、工业、建筑等多个领域都将把氢气作为能源使用,氢气消耗量会急剧增加。如发电领域,因大气污染问题,化石燃料发电将逐步减少,燃料电池发电和氢涡轮发电将成为趋势。韩国已经成功实现了氢燃料电池的商用化,日本、德国和美国也即将实现氢涡轮机技术的商用化。目前,这些技术已经进入完善阶段,因此具备充足的氢气供给基础设施是非常重要的。

氢气具有较高的能量密度,因此作为卡车、客车、商用车、船舶、航空、铁路机车等移动里程长、负载量大的移动手段的能源,具有很强的竞争力。例如,行驶800km以上的长途卡车,如果搭载氢燃料电池系统,会比搭载纯电蓄电池轻约2.5倍,这不仅会提高燃料效率,而且还可以装载更多的货物。氢燃料电动汽车也具有一次充电续航里程较长的优点。随着燃料电池技术的发展,整个运输领域中的氢能利用率将会更进一步提高。

工业领域有巨大的热能消耗,由于使用大量的化石燃料,温室气体的排放量巨大。全世界各国都在为减少温室气体的排放而努力,因此在工业领域中利用清洁能源氢气也将会有巨大的增幅。同时,在建筑物中引入的燃料电池系统,不仅可以减少温室气体的排放,还因其能量密度高于其它燃料,可以同时提供暖气所需的热量和家用电。因此,可以预测,氢气在建筑领域中的使用也将大幅度增加。

 

储存、运输到发电。氢能创造的氢能时代

 

4

   

预测氢能将成为未来社会核心能源的理由是:氢能具有高效、环保型的优势,而且可以弥补电能所存在的缺点。

电能的储存性较差,如果不及时使用很容易损失。电能的储存,需要构筑能量储存系统(ESS, Energy Storage System),但如要储存巨大能量的电能,从物理学角度来说是不可能实现的。火力发电、原子能发电等目前的主流发电方式在一定程度上可以调节发电量,但是对于太阳能发电、风能发电等利用新再生能源进行发电的量来说,受到环境条件的影响非常大,因此构筑储存电能的系统非常重要。基于上述分析,可以很好地找到氢能的潜力。如果利用新再生能源发电的剩余电能,以水电解的方式生产氢气,就能很容易储存能源。不同于必须储存在固定位置的能源储存系统,氢可以压缩并液化后储存、易于道路运输、也可以像石油一样使用输送管输送。

现代汽车在2017年推出的"氢电屋",展示了未来生活中活用氢能的场景。氢燃料电动汽车通过燃料电池系统生产电能,操作家用电器、暖气和冷却等系统。即使家庭外部供电线路停电,只要有氢气和燃料电池,通过直接发电就能获得电能。不仅如此,氢电屋中还展示了利用氢燃料电动汽车在发电过程中排放的纯净水来培育植物,利用吸入大气并过滤微尘的燃料电池来净化室内空气等场景,展现我们的生活环境可以因利用氢能而变得更加洁净。

氢能成为未来主导的环保型能源还需要走很长的路,这需要扩大发展新再生能源的利用,构筑氢气的储存、运输和供给所需的基础设施等。但随着氢能利用率的急速提高,无忧无虑的能源和比现在更干净的环境必将会到来。

 

 

 

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[即将到来的氢能时代] 氢燃料电动汽车的动力源泉,氢能

氢能时代正在向我们走来。氢气已经广泛应用于各种产业领域,随着氢燃料电动汽车的登场,氢气作为未来时代的主能源备受关注。

氢是一种无限可持续性的物质,约占宇宙质量的75%,宇宙分子的90%以上。在地球上,氢不是以纯气体状态存在,而主要以水、汽油、天然气、丙烷、甲醇等有机化合物的形态存在。虽然日常生活中很少接触到纯粹的氢气,但氢气早就被用作工业原料。如使用氢气生产氨、甲醇,作为石油化工的合成原料使用等。那么纯氢是如何生产出来的?

 

制氢过程

 

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纯氢的生产方式有天然气重整制氢、副产制氢、水电解制氢等。

天然气重整方式通过天然气在高温、高压下与水蒸气发生化学反应而产生纯氢,是最普遍采用的制氢方式,占全世界氢产量半数。如果天然气的供给稳定持续,就可以无障碍持续性制氢。此制氢过程的缺点是会同时产生二氧化碳气体,但是二氧化碳可以作为碳酸饮料或灭火器等所需的碳酸生产原料加以利用。

副产制氢方式,是指在石油化工工艺中生产主产品的过程中附带生产出氢气。石油化工产业发达的国家,副产氢的产量很高。如韩国每年的副产氢产量是190万吨左右。因副产氢是作为副产品生产出来的氢气,其产量很有限。但因为不存在制氢设备相关的追加投资费用,副产氢具有经济性高的优点。

水电解制氢方式,是指利用太阳能、风能等新再生能源进行发电,并利用此电能对水进行分解而获得氢气的方式。此方式制氢后的产物除了氢气外,仅剩纯氧,因此被评为最环保的制氢方式。但是,全世界采用水电解方式生产氢的基础设施还很不足。伴随氢气消耗量逐年增加,中长期来看,这将是有效的制氢方式。

 

氢燃料电动汽车的出世和氢能化

 

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目前生产的氢气大部分用作工业原料。如石油化工工业、半导体和显示器等制造企业、金属冶炼等。在未来社会,氢作为能源的利用率将比其作为原料的利用率更高,如作为氢燃料电动汽车的能量来源。

现代汽车从1998年开始对燃料电池进行研发,并在2013年首次成功批量生产氢燃料电动汽车。氢燃料电动汽车配备了燃料电池系统,通过氢气和氧气的化学反应,向驱动电机提供电能。

通过氢气发电的燃料电池早就存在于世,但由于造价昂贵,耐久性低等原因,仅在航空、宇航等特殊领域使用。但随着氢燃料电动汽车的登场,燃料电池在汽车车身的有限空间内也能稳定生产电的事实成为了人们关注的焦点。正如内燃发动机的发明使石油成为驱动地球的主要能源一样,以氢为燃料移动的氢燃料电动汽车必将使氢气迅速成为未来主要的能量来源。

 

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麦肯锡2017年发布的报告书(Hydrogen scaling up)指出,现有氢气的消耗量中,工业用原料占大部分。但到2050年左右,发电、运输、工业、建筑等多个领域都将把氢气作为能源使用,氢气消耗量会急剧增加。如发电领域,因大气污染问题,化石燃料发电将逐步减少,燃料电池发电和氢涡轮发电将成为趋势。韩国已经成功实现了氢燃料电池的商用化,日本、德国和美国也即将实现氢涡轮机技术的商用化。目前,这些技术已经进入完善阶段,因此具备充足的氢气供给基础设施是非常重要的。

氢气具有较高的能量密度,因此作为卡车、客车、商用车、船舶、航空、铁路机车等移动里程长、负载量大的移动手段的能源,具有很强的竞争力。例如,行驶800km以上的长途卡车,如果搭载氢燃料电池系统,会比搭载纯电蓄电池轻约2.5倍,这不仅会提高燃料效率,而且还可以装载更多的货物。氢燃料电动汽车也具有一次充电续航里程较长的优点。随着燃料电池技术的发展,整个运输领域中的氢能利用率将会更进一步提高。

工业领域有巨大的热能消耗,由于使用大量的化石燃料,温室气体的排放量巨大。全世界各国都在为减少温室气体的排放而努力,因此在工业领域中利用清洁能源氢气也将会有巨大的增幅。同时,在建筑物中引入的燃料电池系统,不仅可以减少温室气体的排放,还因其能量密度高于其它燃料,可以同时提供暖气所需的热量和家用电。因此,可以预测,氢气在建筑领域中的使用也将大幅度增加。

 

储存、运输到发电。氢能创造的氢能时代

 

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预测氢能将成为未来社会核心能源的理由是:氢能具有高效、环保型的优势,而且可以弥补电能所存在的缺点。

电能的储存性较差,如果不及时使用很容易损失。电能的储存,需要构筑能量储存系统(ESS, Energy Storage System),但如要储存巨大能量的电能,从物理学角度来说是不可能实现的。火力发电、原子能发电等目前的主流发电方式在一定程度上可以调节发电量,但是对于太阳能发电、风能发电等利用新再生能源进行发电的量来说,受到环境条件的影响非常大,因此构筑储存电能的系统非常重要。基于上述分析,可以很好地找到氢能的潜力。如果利用新再生能源发电的剩余电能,以水电解的方式生产氢气,就能很容易储存能源。不同于必须储存在固定位置的能源储存系统,氢可以压缩并液化后储存、易于道路运输、也可以像石油一样使用输送管输送。

现代汽车在2017年推出的"氢电屋",展示了未来生活中活用氢能的场景。氢燃料电动汽车通过燃料电池系统生产电能,操作家用电器、暖气和冷却等系统。即使家庭外部供电线路停电,只要有氢气和燃料电池,通过直接发电就能获得电能。不仅如此,氢电屋中还展示了利用氢燃料电动汽车在发电过程中排放的纯净水来培育植物,利用吸入大气并过滤微尘的燃料电池来净化室内空气等场景,展现我们的生活环境可以因利用氢能而变得更加洁净。

氢能成为未来主导的环保型能源还需要走很长的路,这需要扩大发展新再生能源的利用,构筑氢气的储存、运输和供给所需的基础设施等。但随着氢能利用率的急速提高,无忧无虑的能源和比现在更干净的环境必将会到来。

 

 

 

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