阳光可以是“液态”你信吗?它能助力氢能发展吗?
全球变暖是人类的行为造成地球气候变化的后果。“碳”就是石油、煤炭、木材等由碳元素构成的自然资源。“碳”耗用得多,导致地球暖化的元凶“二氧化碳”也制造得多。随着人类的活动,全球变暖也在改变(影响)着人们的生活方式,带来越来越多的问题。 近年来,随着碳中和,碳达峰,碳捕捉等控制二氧化碳排放的概念和举措大力推进,各种新能源也相应出场,目前也基本达成共识氢能是人类未来发展的方向,也是人类未来的能源依托。液态阳光作为太阳燃料,能有助于解决当下氢能的安全问题和可持续发展问题吗?
一、液态阳光的由来:
液态阳光”(Liquid Sunshine),即“清洁甲醇”和“绿色甲醇” ,是指生产过程中碳排放极低或为零时制得的甲醇。最早在2018年由中国科学院成立了以院长白春礼院士为组长,李静海院士、张涛院士、施春风教授以及若干企业家组成的“液态阳光”专题组,对甲醇燃料进行了专题研究。由于甲醇在 社会 上已经被“妖魔化”,甲醇有毒的认识已经根深蒂固。为了破除甲醇有毒的“魔咒”,中国科学院研究组给清洁甲醇和绿色甲醇冠以一个富有诗意的名字“液态阳光”。以国际权威杂志《焦耳》在2018年9月发表的白春礼、张涛、李静海、施春风联合署名文章为标志,国际学术界和同行很快接受了这个来自中国的靓丽名字:液态阳光(Liquid Sunshine)。
二、液态阳光和氢能源的结合基本原理:
1.利用太阳能等可再生能源通过 电催化分解水制氢技术 制取绿氢。电解水制氢工艺目前已经比较成熟,只待规划化解决成本问题了。
2. 采用双金属氧化物催化剂,实现二氧化碳高选择性、高稳定性加氢合成甲醇。
3. 甲醇与水蒸气在一定的温度、压力条件下通过催化剂, 在催化剂的作用下, 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, 这是一个多组份、 多反应的气固催化反应系统。综合方程式:CH3OH+H2O CO2+3H2 ,重整反应生成的H2和CO2, 再经过 变压吸附法 (PSA)将H2和CO2分离,同时去除中间态的CO,得到高纯氢气。
整个液态阳光和氢能源结合就是一个闭合循环,利用太阳能光伏发电、风电和水电(以及核电)等可再生能源为前提,需要电解水制氢、氢气加二氧化碳制取甲醇、甲醇加水裂解制氢三个环节的技术和工艺设备。在这个过程可实现制取绿氢、生产清洁的甲醇燃料、将甲醇作为氢气的储运载体、二氧化碳的中和和捕捉等,我们可以根据不同的应用场景和区域资源差异来做对应的应用。
三、液态阳光和氢能源结合的示范应用项目
讲到液态阳光和氢能源的结合不得不提一个人,他就是全国工商联新能源商会监事长、科学院院士、中科院大连化学物理研究所清洁能源国家研究所主任李灿。2020年 10月15日,由 李灿院士 带领团队研发的千吨级液态太阳燃料合成(又称“液态阳光”)示范项目,在甘肃兰州通过中国石油和化学工业联合会组织的 科技 成果鉴定。鉴定委员会专家一致认为:该项目集成创新了液态太阳燃料合成全流程工艺装置,具有完全自主知识产权,整体技术处于国际领先。
液态太阳燃料合成示范项目基于中科院大连化物所李灿院士团队开发的两项关键创新技术建设示范,包括高效、低成本、长寿命规模化 电催化分解水制氢技术 和廉价、高选择性、高稳定性 二氧化碳加氢制甲醇催化技术 。
您认为液态阳光和氢能的有机结合会是我们在氢能源路线上的重大突破吗,您怎么认为呢?
作为一种可再生的绿色液态燃料,“液态阳光”发展日益受到各国重视,被视为解决二氧化碳减排甚至达到碳中和的理想途径。
所谓“液态阳光”,是将利用太阳能等可再生能源产生的电力电解水生产氢,并将二氧化碳与氢合成为甲醇等便于储运的绿色液态燃料。
“‘液态阳光’是真正利用可再生能源资源化利用二氧化碳,实现规模化低碳乃至无碳能源的路径。”2020年12月14日,中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员李灿在第九届全球能源安全智库论坛上表示。
值得注意的是,全球第一个规模化太阳燃料合成示范项目已于2020年1月在兰州正式投入运营,迈出了我国利用可再生能源大规模生产绿色甲醇的第一步,也意味着我国拉开了向“液态阳光”甲醇经济转型的“大幕”。
能源系统碳中和
“液态阳光”被寄予厚望
“我国提出了将在2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和的目标。但与此同时,我国是世界上最大的能源生产国和消费国,要让这样一个以碳基能源为基础的超大能源系统实现碳达峰、碳中和,是一项艰巨的系统性工程。”中国 社会 科学院国际法研究所科研外事处处长廖凡在论坛上指出。
在李灿看来,富煤、贫油、少气是我国的能源资源禀赋特征,在我国消费结构中,化石能源占比超84%,超70%的石油资源仍依赖进口,想要在10年时间内实现碳达峰,30年时间内实现碳中和,除了从植物自然光合作用、海洋吸收、节能降耗外,发展可再生能源、提高非化石能源使用比例是更为重要的途径。
“尤其要注意发展‘液态阳光’技术,这是一条发展可再生能源,实现规模化低碳乃至无碳能源,回归地球生态平衡的重要路径,为实现碳中和提供可行技术方案。” 李灿认为。
相关测算显示,1吨甲醇可转化1.375吨二氧化碳。按照我国2020年甲醇年产能9358万吨计算,每年的甲醇产能可有望转化上亿吨二氧化碳;如果用可再生能源合成的“液态阳光”甲醇规模化替代汽油,那么每年则可实现减排二氧化碳超10亿吨,与我国植树造林减排二氧化碳的最大值相当。
一举多得
助力解决可再生能源间歇性难题
我国能源需求潜力巨大,导致二氧化碳减排任务艰巨。利用可再生能源替代化石燃料、保障液态燃料供给,实现低碳经济,是关系我国能源安全及经济可持续发展的重要课题。
“液态阳光”不仅是太阳能大规模经济利用的关键技术和发展方向,还是化学储能的一种新形式,可帮助解决可再生能源间歇性难题。
“‘液态阳光’是通过突破高效、低成本、长寿命规模化的电催化分解水制氢技术,制取甲醇,而氢能与甲醇均是稳定可长期储存的能源。” 在李灿看来,甲醇既是理想的化学储氢分子,可帮助解决当前氢能产业大规模发展面临的储运与加注掣肘。同时,“液态阳光”技术应用还有另一层要义,便是解决边远地区的可再生能源及弃电问题,将是除(特)高压输电之外的另一条规模化输送能源的途径。
从兰州新区建成投运的我国首个千吨级液态太阳燃料合成示范项目看,该技术路径已经具备可行性。
应用规模初具
呼吁政策鼓励绿色甲醇发展
“液态阳光”甲醇不仅是一种绿色液态燃料,还是一种重要的绿色化工原料。
李灿认为,“液态阳光”的大规模使用,将有助于建立新型绿色低碳、高效的能源系统,促进我国向绿色甲醇经济转型发展。特别是在我国强化碳减排的当下,“液态阳光”有望迎来爆发式发展。
我国拥有全球最大的甲醇市场。在能源化应用方面,当前,甲醇作为新型燃料,在餐饮、锅炉、采暖、交通等领域的应用市场已开始逐渐形成。
“液态阳光”甲醇作为绿色氢能载体,可解决氢能的储运难题,与此同时,还可使燃料电池 汽车 全链条绿色化,助力交通领域实现深度脱碳。
谈及未来甲醇发展,原机械工业部部长何光远建议,我国应将甲醇燃料作为新兴能源纳入国家能源体系,统筹协调各有关职能部门,出台政策性推广应用文件。“一要明确甲醇燃料推广应用全流程涉及的管理部门职责,以政策支持为抓手,明确职责,引导市场机制;二要鼓励坚持创新 科技 研究;三要统筹规范指导,发挥行业积极性,推进我国甲醇燃料应用。”
目前,全球都在进行CO2的减排工作。一般认为, 在对生产制造、交通运输、建筑加热和冷却进行去碳化的过程中,最好的选择便是利用可再生电力直接或间接地替换化石燃料。
大气中二氧化碳的浓度正在稳步增加,许多科学家认为这是对环境有很大影响的。然而,新的研究发现,现在可以从大气中收集二氧化碳并将其转化为可用的燃料甲醇——这可能是可持续能源生产的里程碑。
在美国能源部阿贡国家实验室最近的一项研究中,研究人员发现,阳光与铜催化剂一起可用于将二氧化碳转化为甲醇。作为一种液体燃料,甲醇为工业提供了寻找满足美国能源需求的额外来源的潜力。
二氧化碳就是这样一种稳定的分子。它是燃烧几乎所有东西的副产品,也是气候变化问题日益恶化的已知罪魁祸首。“与其担心大气中不断增加的二氧化碳,这也可能是一个发现产生可持续能源的新方法的机会,”该研究的作者、阿贡杰出研究员 Tijana Rajh 说。
该研究阐明,在光催化过程中,氧化亚铜 (Cu2O) 是一种半导体,当它暴露在光线下时,它会产生电子并可以与许多化合物发生反应或还原。在被激发后,电子在催化剂的低能价带中留下一个正空穴,这反过来又可以氧化水。
“这种光催化剂特别令人兴奋,因为它具有我们使用过的最负导带之一,这意味着电子有更多的势能可用于进行反应,”Rajh 说。
以前使用光催化剂(例如二氧化钛)来减少二氧化碳的尝试往往会产生各种产品的混合物,从醛到甲烷。Rajh 解释说,这些反应缺乏选择性使得难以分离可用的燃料流。
将二氧化碳转化为有用能源的想法来自大自然本身,这种情况经常发生。看看光合作用的过程,它使用二氧化碳来制造食物,那么为什么我们不能用它来制造燃料。这个假设被证明是一个复杂的问题,因为为了制造甲醇,它不仅需要一个电子,还需要六个,”研究解释说。
通过从二氧化钛转换为氧化亚铜,科学家们开发了一种催化剂,该催化剂不仅具有更负的导带,而且其产品的选择性也显着提高。这种选择性不仅来自氧化亚铜的化学性质,还来自催化剂本身的几何形状。应用纳米科学,该研究能够干预表面以诱导某些热点或改变目标物体的表面结构,”Rajh 说。
通过这种 “干预”,技术 Rajh 与滑铁卢大学助理教授、共同研究员 Yimin Wu 一起设法创造了一种有点人格分裂的催化剂。他们开发了一种具有不同切面的氧化亚铜微粒,就像钻石有不同的切面一样。微粒的许多方面是惰性的,但其中一个在推动二氧化碳还原为甲醇方面非常活跃。
根据这项研究,这个方面如此活跃的原因在于两个独特的方面。首先,二氧化碳分子与其结合的方式使得分子的结构实际上略微弯曲,从而减少了减少所需的能量。其次,水分子也在非常接近二氧化碳分子被吸收的地方被吸收。
在这个过程中,“为了制造燃料,必须减少二氧化碳,而水必须被氧化,”Rajh 说。同样,“光催化中的吸附构象极其重要——如果一个二氧化碳分子以一种方式吸收,它可能完全没用。但如果它是弯曲的结构,它会降低要减少的能量。”
尽管太阳能有很多优点,但它并不是以燃料的形式提供的,这就意味着它不容易储存起来。然而,在一种能够捕捉和储存太阳能量的燃料取得突破性进展后,这种情况很快就会改变,据NBC报道,科学家们说这种燃料可以储存太阳能量长达18年。
瑞典的研究人员发现了一种特殊的液体,这种液体的工作原理类似于可充电电池。把阳光照在上面,液体就会把它困住。然后,在以后的某一天,只要添加一个催化剂,这种能量就可以作为热量释放出来。这是非常值得注意的,而且到2030年,这可能就是我们如何为我们的家庭供电。
麻省理工学院负责该项目的实验室负责人杰弗里·格罗斯曼解释说:“太阳能热燃料就像一个可充电电池,但不是用电,而是把太阳光照进去,把热量释放出来,按需触发。”
这非常简单。这种液体是由碳、氢和氮分子组成的,它们通过重新排列原子键来对阳光的存在作出反应,而原子键本质上将分子转变成一个“笼”,将阳光中的能量“捕捉”在里面。令人惊讶的是,即使流体本身冷却到室温,这种能量含量仍然保持不变。
为了释放能量,你只需把液体放在钴基催化剂上,这会使分子恢复到原来的形态。这反过来又让阳光的能量以热量的形式从笼子里释放出来。
“当我们来提取能量并利用它的时候,我们得到了比我们所希望的更大的温暖,”团队成员之一KasperMothPoulsen说。
这是一款不失电的可充电电池
早期的结果表明,一旦液体通过催化剂,它会升温113华氏度。但研究人员相信,通过正确的操作,它们可以将输出温度提高到230华氏度或更高。该系统已经可以使特斯拉著名的动力墙电池的能量容量翻倍。不用说,这引起了众多投资者的兴趣。
更好的是,研究人员已经对流体进行了多达125个循环的测试,而且这种分子几乎没有显示出任何降解。换言之,它是一种可充电电池,可以继续充电,而且在许多用途中不会损失很多容量。
这项技术最直接的应用将是用于家庭供暖系统,例如为建筑物的热水器、洗碗机、干衣机等供电。由于能源以燃料的形式提供,因此即使在阳光不照射的情况下,也可以储存和使用。甚至可以通过管道或卡车运输能量。
如果一切按计划进行,而且似乎比目前的计划进展得更好,研究人员估计这项技术在十年内可以用于商业用途。考虑到迅速恶化的气候变化危机,这还不够快。
太阳能,一般指太阳光的辐射能量。在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应,不停地释放出巨大的能量,并不断向宇宙空间辐射能量,这种能量就是太阳能。太阳内部的这种核聚变反应,可以维持几十亿至上百亿年的时间。太阳向宇宙空间发射的辐射功率为3.8×1023千瓦的辐射值,其中二十亿分之一到达地球大气层。到达地球大气层的太阳能,30%被大气层反射,23%被大气层吸收,其余的到达地球表面,其功率为800000亿千瓦,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。平均在大气外每平方米面积每分钟接受的能量大约1367瓦。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源,如风能、化学能、水的势能等等。狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。但是这么多的能量我们怎么收集起来加以利用呢人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在2000多年前的战国时期,就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火、利用太阳能来干燥农副产品。发展到现代,太阳能的利用已日益广泛,它包括太阳能的光热利用、光电利用和光化学利用等。太阳能的利用有光化学反应被动式利用(光热转换)和光电转换两种方式。太阳能发电是一种新兴的可再生能源利用方式。
使用太阳能电池,通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能;使用太阳能热水器,利用太阳光的热量加热水,并利用热水发电;利用太阳能进行海水淡化。现在,太阳能的利用还不很普及,利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题,但是太阳能电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用的,主要是硅光电池在吸收太阳所发射出来的光能。硅光电池主要是从沙子里提炼出来的,由贝尔实验室开发太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1 367瓦/米2,地球赤道的周长为40 000千米,从而可计算出,地球获得的能量可达173 000特瓦。在海平面上的标准峰值强度为1千瓦/米2,地球表面某一点24小时的年平均辐射强度为0.20千瓦/米2,相当于有102 000特瓦的能量,人类依赖这些能量维持生存,其中包括所有其他形式的可再生能源(地热能资源除外)。虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍,但太阳能的能量密度低,而且它因地而异,因时而变,这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。
尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的二十二亿分之一,但已高达173 000特瓦,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳;即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然气等)从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能,所以广义的太阳能所包括的范围非常大,狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。
太阳能既是一次能源,又是可再生能源。它资源丰富,既可免费使用,又无需运输,对环境无任何污染,为人类创造了一种新的生活形态,使人类社会进入一个节约能源、减少污染的时代。
太阳电池是一种对光有响应并能将光能转换成电能的器件。能产生光伏效应的材料有许多种,如:单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、硒铟铜等,它们的发电原理基本相同。现以晶体为例描述光发电的过程。
型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅,形成P-N结。当光线照射太阳电池表面时,一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子,使电子发生了跃迁,成为自由电子,在P-N结两侧集聚形成了电位差。当外部接通电路时,在该电压的作用下,将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是光子能量转换成电能的过程。
就目前来说,人类直接利用太阳能还处于初级阶段,主要有太阳能集热器、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式。
太阳能集热器太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵其他部件。另外在冬天需要热交换器和膨胀槽以及发电装置以备电厂不能供电之需。太阳能集热器(solar collector)在太阳能热系统中,接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。按传热工质可分为液体集热器和空气集热器。按采光方式可分为聚光型和聚光型集热器两种。另外还有一种真空集热器。一个好的太阳能集热器应该能用20~30年。自从大约1980年以来所制作的集热器更应维持40~50年且很少进行维修。
太阳能热水系统早期最广泛的太阳能应用即用于将水加热,现今全世界已有数百万太阳能热水装置。
太阳能热水系统的主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。此外,可能还有辅助的能源装置(如电热器等)以供应无日照时使用,另外尚可能有强制循环用的水,以控制水位或控制电动部分或温度的装置以及接到负载的管路等。依照循环方式,太阳能热水系统可分两种:
。自然循环式此种型式的储存箱置于收集器上方。水在收集器中接受太阳辐射的加热,温度上升,造成收集器及储水箱中水温不同而产生密度差,因此引起浮力,此一热虹吸现象,促使水在储水箱及收集器中自然流动。由于密度差的关系,水流量与收集器的太阳能吸收量成正比。此种型式因不需循环水,维护甚为简单,故已被广泛采用。
。强制循环式热水系统用水,使水在收集器与储水箱之间循环。当收集器顶端水温高于储水箱底部水温若干度时,控制装置将启动水使水流动。水入口处设有止回阀以防止夜间水由收集器逆流,引起热损失。由此种型式的热水系统的流量可得知(由来自水的流量可知),容易预测性能,亦可推算在若干时间内的加热水量。如在同样设计条件下,其较自然循环方式具有可以获得较高水温的长处,但因其必须利用水,故有水电力、维护(如漏水等)以及控制装置时动时停,容易损坏水等问题存在。因此,除非是大型热水系统或需要较高水温的情形才选择强制循环式,一般大多用自然循环式热水器。
暖房利用太阳能作房间冬天暖房之用,在许多寒冷地区已使用多年。因寒带地区冬季气温甚低,室内必须有暖气设备。若欲节省大量化石能源的消耗,设法应用太阳辐射热。大多数太阳能暖房使用热水系统,亦有使用热空气系统。太阳能暖房系统是由太阳能收集器、热储存装置、辅助能源系统及室内暖房风扇系统所组成,其过程乃太阳辐射热传导,经收集器内的工作流体将热能储存,再供热给房间。至于辅助热源则可装置在储热装置内、直接装设在房间内或装设于储存装置及房间之间等不同设计。当然亦可不用储热双置而直接将热能用到暖房的直接式暖房设计,或者将太阳能直接用于热电或光电方式发电,再加热房间,或透过冷暖房的热装置方式供作暖房使用。最常用的暖房系统为太阳能热水装置,其将热水通至储热装置之中(固体、液体或相变化的储热系统),然后利用风扇将室内或室外空气驱动至此储热装置中吸热,再把此热空气传送至室内;或利用另一种液体流至储热装置中吸热,当热流体流至室内,再利用风扇吹送被加热空气至室内,而达到暖房效果。
太阳能发电直接将太阳能转变成电能,并将电能存储在电容器中,以备需要时使用。
太阳能离网发电系统太阳能离网发电系统包括:1.太阳能控制器(光伏控制器和风光互补控制器)对所发的电能进行调节和控制,一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载,另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存,当所发的电不能满足负载需要时,太阳能控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后,控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时,太阳能控制器要控制蓄电池不被过度放电,保护蓄电池。控制器的性能不好时,对蓄电池的使用寿命影响很大,并最终影响系统的可靠性。2.太阳能蓄电池组的任务是贮能,以便在夜间或阴雨天保证负载用电。3.太阳能逆变器负责把直流电转换为交流电,供交流负荷使用。太阳能逆变器是光伏风力发电系统的核心部件。由于使用地区相对落后、偏僻,维护困难,为了提高光伏风力发电系统的整体性能,保证电站的长期稳定运行,对逆变器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源发电成本较高,太阳能逆变器的高效运行也显得非常重要。
太阳能离网发电系统主要产品分类:A.光伏组件B.风机C.控制器D.蓄电池组E.逆变器F.风力/光伏发电控制与逆变器一体化电源太阳能并网发电系统可再生能源并网发电系统是将光伏阵列、风力机以及燃料电池等产生的可再生能源不经过蓄电池储能,通过并网逆变器直接反向馈入电网的发电系统。
因为直接将电能输入电网,免除配置蓄电池,省掉了蓄电池储能和释放的过程,可以充分利用可再生能源所发出的电力,减小能量损耗,降低系统成本。并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源,降低整个系统的负载缺电率。同时,可再生能源并网系统可以对公用电网起到调峰作用。并网发电系统是太阳能风力发电的发展方向,代表了21世纪最具吸引力的能源利用技术。
太阳能并网发电系统主要产品分类:A.光伏并网逆变器B.小型风力机并网逆变器C.大型风力机变流器(双馈变流器,全功率变流器)。
甲醇这一化工产品的发展历史已经多年了。人类认识它也有几百年了。最初,甲醇主要作为煤化工产品被人们认识,但真正重视甲醇化工产品,还是在上世纪70年代第一次世界石油危机之后。
那次石油危机让人类认识到,石油不光不是取之不尽用之不竭的,而且与国际政治密切相关。有句名言 “谁控制石油,谁就控制世界经济”。那次石油危机之后,全球掀起了替代燃料发展热。后来随着国际形势缓和,石油价格回落,甲醇作为石油替代燃料的热潮也随之减退。
我国的能源结构是“缺油少气,相对富煤”,而且我国是全球最大的甲醇生产国和消费国,产能和产量占全球一半以上。中国的煤炭资源丰富,但有相当一部分劣质煤炭,既不能发电,也不能作为燃料直接燃烧,但却能用来生产甲醇,还可以获得硫磺、硫酸等副产品。生产甲醇过程中的高浓度二氧化碳可以收集再生甲醇,实现资源综合利用。
使用甲醇做燃料,一是可以大幅减少石油和天然气的对外依存度,节省大量购买石油的经费;二是实现煤炭产业资源综合利用,激活煤化工产业技术进步,实现煤炭产业链发展和就业;三是创建一个新兴的甲醇燃料制备、储备、输配送、应用新兴的万亿产业。
中国甲醇汽车的技术和应用,已被全球汽车和能源领域所认可,其技术和推广应用保障体系,已经走在世界前沿。
甲醇作为汽车燃料
2019年10月举行的“甲醇汽车及燃料输配送加注装备展览会”,有“甲醇部长”之称的何光远指出,中国发展甲醇汽车和甲醇燃料应用的时机已经成熟。经过近60年来的努力,我国对甲醇汽车的发展和甲醇燃料的应用,已经出台了部分相关技术标准。此外,我国在甲醇生产技术和装备以及应用技术等方面,均具有完全的核心自主知识产权。
水氢产业联盟早在2002年就开始研究甲醇制氢应用,成功攻克了移动制氢的难题,实现了制氢和发电合二为一,为氢能的广泛应用打开了大门,成为目前国内生产小型可移动水氢机的高新技术企业。
水氢机是采用汽化催化重整及纯化多项技术从甲醇水中获得高纯氢,通过燃料电池系统产生电、热等多种能源的系统装置。以甲醇与水为原料进行气化催化重整提纯生成高纯度氢气,氢气再参与低温质子交换膜燃料电池反应生成电。它利用制氢上的优势与当前最高效的氢燃料电池进行高度集成,实现了氢燃料电池的最长寿命化、最高效化、最清洁化。把水氢机运用到汽车上的水氢汽车避开了传统用氢过程中的储运及加氢过程,解决了氢能应用的安全问题、成本问题及基础设施的建设问题。
甲醇燃料与安全
甲醇在自然界天然存在,在发酵生产酒类过程中会同时生成微量甲醇,国家标准也对酒类中的甲醇含量做出限定。在毒理学数据中,甲醇与乙醇的LD50数值大小互相交叉,处于同一水平。在国家标准《职业性接触毒物危害程度分级》(GBZ230-2010)中,根据分级和评价依据计算所得甲醇的毒物危害指数THI为20,而汽油的毒物危害指数为28,即:在职业性接触标准下,甲醇的毒性低于汽油。
甲醇汽车及甲醇燃料供应系统的使用运行安全方面,已具有成熟可靠的装备和工艺措施。工信部组织甲醇汽车试点工作五年以来,组织相关人员2500人次体检,检测相关加注站点、维修工厂等环境空气中甲醇含量112次,均未出现影响涉醇人员人体健康的病例,涉醇场所空气中甲醇浓度也都低于我国职业接触标准限值。
甲醇的火灾(包括爆炸)发生风险也小于汽油。在相同的情况下,汽油更容易挥发,它产生的蒸汽压是甲醇的2~3倍;汽油蒸汽比空气重2~4倍,更容易贴近地表运动接触到周边火源,而甲醇蒸汽仅比空气略重,更容易扩散、稀释到起燃浓度以下;甲醇的热值低于汽油热值的一半,甲醇闪点12℃,汽油闪点-50℃,因而甲醇更难被点燃。即使被点燃后,造成的危害也比汽油小。
安全性好,是甲醇被美国印地赛车选作为燃料的主要原因。美国政府在推广甲醇汽车期间,也对甲醇燃料在安全方面的优越性做了详细介绍。
甲醇燃料与环境
甲醇发动机工况在精细标定后,甲醇汽车实际尾气的常规排放中,一氧化碳、碳氢污染物大幅下降,氮氧化物也有所降低,整体排放得到有效、平衡的控制,对改善大气污染有明显的贡献。
甲醇生产过程高温高压,装置全密闭,三废排放控制达标,固体废渣用于生产建材,原料煤中的硫化物成为硫磺、硫酸等副产品,得到综合利用,是我国煤炭资源清洁化利用的有效途径。
此外,甲醇作为船舶燃料目前进展迅速,如若发生事故导致大量甲醇泄露到水体中,甲醇对水体动物的影响也有专门研究。以鱼类为例,甲醇的半数致死量为15400mg/L,广泛作为船舶燃料的重油、柴油分别为79mg/L和65mg/L,大概是甲醇的194倍和237倍。而汽油的半数致死量达到8.2mg/L,达到甲醇的1878倍。也就是说,甲醇对水体动物(鱼类、甲壳类、软体动物等)的毒性远远小于汽柴油等其他船舶燃料。
来源:第一电动网
作者:广东合即得
本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。