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作者：yong，汽車(chē)分析師  導(dǎo)讀 加氫站數(shù)量少被認(rèn)為是影響氫燃料電池汽車(chē)普及的重要因素。近日，愛(ài)馳推出一款使用甲醇重整燃料電池系統(tǒng)的電動(dòng)超跑RG概念車(chē)作為解決方案，該車(chē)具有超高的續(xù)航里程（理論達(dá)到了1200公里），超強(qiáng)的動(dòng)力性能（0-100時(shí)速僅需2.5s），一經(jīng)問(wèn)世便十分吸引眼球。在實(shí)際應(yīng)用中，甲醇重整燃料電池物流車(chē)已經(jīng)在昆明投入使用。這個(gè)方案可以不依賴加氫站，只需要加注甲醇，通過(guò)重整方式為燃料電池提供氫氣，省去了建設(shè)加氫站的成本，推廣起來(lái)也更為容易。 更加方便的甲醇重整燃料電池，會(huì)是正確的解決方案嗎？ 圖1 愛(ài)馳甲醇重整燃料電池電動(dòng)超跑 什么是甲醇重整燃料電池？ 甲醇與水蒸氣在一定的溫度和壓力條件下，通過(guò)催化劑催化發(fā)生甲醇裂解反應(yīng)和一氧化碳的變換反應(yīng),生成氫和二氧化碳。甲醇制氫主要有3種途徑：甲醇水蒸汽重整、甲醇裂解、甲醇部分氧化制氫。近年來(lái)，甲醇電解制氫和超聲波分解甲醇水溶液制氫也逐漸進(jìn)入人們的視野。 車(chē)輛上常用甲醇水蒸氣重整方法，化學(xué)反應(yīng)式如下： CH3OH→CO+2H2 (1) H2O+CO→CO2+H2 (2) CH3OH+H2O→CO2+3H2 (3)---總反應(yīng)式 甲醇和水的蒸氣進(jìn)入重整室通過(guò)高溫（約250°C）反應(yīng)后，最終產(chǎn)物是二氧化碳和氫氣，成分比例1:3，但會(huì)摻雜著微量的CO。經(jīng)過(guò)氣體提純后，高純度的氫氣進(jìn)入燃料電池系統(tǒng)中，CO經(jīng)過(guò)氧化后與CO2一同排到大氣中。氫氣進(jìn)入燃料電池系統(tǒng)后，后續(xù)過(guò)程與普通的燃料電池汽車(chē)無(wú)異。 圖2 甲醇重整燃料電池系統(tǒng)基本原理 由此可知，甲醇重整燃料電池就是將制氫的過(guò)程從工廠移到了汽車(chē)上，直接制造氫氣提供給燃料電池使用。加氫站網(wǎng)絡(luò)有建設(shè)及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高昂，建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)，法規(guī)程序復(fù)雜的缺點(diǎn)，甲醇重整僅需要在加油站的基礎(chǔ)上增加甲醇加注功能，設(shè)備更換成本低，操作方便，相關(guān)法規(guī)完善，可謂優(yōu)勢(shì)明顯。 甲醇重整的不足 從甲醇制備過(guò)程看，目前主流的方法是一氧化碳、二氧化碳加壓催化氫化法合成甲醇，也就是說(shuō)，制備甲醇的過(guò)程中本身就需要?dú)錃狻?/p> 圖3 天然氣制甲醇流程圖 氫能電池的反對(duì)者鋼鐵俠馬斯克認(rèn)為 “氫不是高效的儲(chǔ)能機(jī)制。燃料電池不到普通太陽(yáng)能發(fā)電效率的1/4，氫是一種可怕的能量存儲(chǔ)機(jī)制。”換句話說(shuō)，把電做成氫，再把氫換成電是個(gè)很浪費(fèi)的事情。按照馬斯克的理論，甲醇重整制氫的浪費(fèi)將“更上一層樓”，因?yàn)闅淙剂想姵貎H僅是“電-氫-電”，但甲醇重整燃料電池卻是“電-氫-甲醇-氫-電”，更加復(fù)雜。這樣折騰的過(guò)程，必然伴隨著巨大的能量損耗，電能并非無(wú)限，依然是一種需要節(jié)約的東西。由于能量的浪費(fèi)，根據(jù)不同的測(cè)算方法，甲醇重整氫氣成本甚至在3元/立方以上，對(duì)比集中式的煤制氫等方法，價(jià)格較貴。 重整過(guò)程得到的氫氣包含CO等有毒氣體，需要提純并降溫（從超過(guò)200°C降到約80°C），這需要額外的設(shè)備，加上甲醇有腐蝕性，存儲(chǔ)裝置和管路需要特殊處理，也是額外的成本。 綜合來(lái)看，甲醇重整燃料電池汽車(chē)有利有弊，在技術(shù)路線可行的情況下，甲醇重整的成本和昂貴繁雜的加氫站網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本對(duì)比似乎可以更讓人容易接受。 那么，甲醇重整技術(shù)真的可以用來(lái)替代加氫站網(wǎng)絡(luò)嗎？ 氫燃料電池汽車(chē)的使命 推廣氫燃料電池可以配合國(guó)家清潔能源革命，實(shí)現(xiàn)能源的多元化和低碳化，氫燃料電池汽車(chē)僅僅是氫能走向終端消費(fèi)的一個(gè)重要分支和突破口，是快速把氫從工業(yè)化工產(chǎn)品向能源產(chǎn)品轉(zhuǎn)變的一個(gè)重要落地應(yīng)用。歐陽(yáng)明高提出能源革命“五大支柱”里，氫氣和汽車(chē)占據(jù)了重要的地位。 “五大支柱”分別是： 支柱一，向可再生能源轉(zhuǎn)型（尤其是發(fā)電）； 支柱二，將建筑變?yōu)槲⑿桶l(fā)電廠； 支柱三，用氫氣、電池等技術(shù)儲(chǔ)存間歇式能源； 支柱四，發(fā)展能源（電能）互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)； 支柱五，電動(dòng)汽車(chē)成為用能、儲(chǔ)能并回饋能源終端。 圖4 歐陽(yáng)明高 氫燃料電池汽車(chē)是汽車(chē)電動(dòng)化的一個(gè)技術(shù)方向，在電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程有限、續(xù)航補(bǔ)充速度受限的情況下，燃料電池汽車(chē)是重要的補(bǔ)充和另外的選擇。推廣氫燃料電池是汽車(chē)也是推廣清潔能源，是擺脫汽車(chē)對(duì)化石能源的依賴，根絕汽車(chē)尾氣污染的重要手段。 然而，甲醇重整燃料電池汽車(chē)在帶來(lái)使用便利的同時(shí)，卻重新帶來(lái)了碳排放和尾氣問(wèn)題，甲醇重整制氫將排放出CO2。這樣的技術(shù)手段，違背了使用氫能源的初衷，著實(shí)有一種為了使用燃料電池而使用燃料電池的意思在里面。 重要的是，氫能社會(huì)建立在氫氣儲(chǔ)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)之上，燃料電池汽車(chē)的推廣能夠大范圍促進(jìn)加氫站網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和氫氣運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的建立。甲醇重整燃料電池一定程度上會(huì)影響加氫站的建設(shè)和示范運(yùn)營(yíng)，表面上能夠提高了便利性，加快了燃料電池汽車(chē)的推廣速度，實(shí)際上卻是延緩了整體氫能網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。 在中國(guó)，氫燃料電池汽車(chē)的推廣還一個(gè)更為重要的意義。由于對(duì)易燃易爆危險(xiǎn)化學(xué)品的管控，氫氣運(yùn)輸一直被限制在20MPa，因此氫氣在能源和化工中一直得不到有效的應(yīng)用。化工行業(yè)希望能夠借助燃料電池汽車(chē)的風(fēng)口，打開(kāi)氫氣運(yùn)輸?shù)南拗疲瑥亩茝V氫氣在化工上的應(yīng)用。這個(gè)限制若能打開(kāi)，全國(guó)可以出現(xiàn)多個(gè)氫能源運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，降低氫能運(yùn)輸和使用成本。 發(fā)展氫能源，勿忘初心 發(fā)展氫能源，是為了建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的、清潔的能源社會(huì)。甲醇重整燃料電池汽車(chē)，盡管在目前加氫站不普及的情況下有一定的便利性，對(duì)推廣燃料電池汽車(chē)有一定的積極意義，但卻增加了排放、影響了加氫站的建設(shè)，也增加了汽車(chē)的研發(fā)成本，在加氫站日漸增加之時(shí)，該類(lèi)汽車(chē)應(yīng)用技術(shù)很可能會(huì)被淘汰掉。國(guó)家補(bǔ)貼刺激下，我們不應(yīng)該為了使用燃料電池而使用燃料電池，國(guó)家發(fā)展氫燃料電池汽車(chē)，是為了發(fā)展氫能生態(tài)，伸進(jìn)氫能經(jīng)濟(jì)正外部性，帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，將我國(guó)建設(shè)成為產(chǎn)氫、用氫和出口大國(guó)，這需要政策制訂者從產(chǎn)業(yè)整體角度出發(fā)，推廣有利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)路線，不應(yīng)為了短期的快速推廣而造成巨大的社會(huì)資源浪費(fèi)。 建設(shè)加氫站和氫能網(wǎng)絡(luò)生態(tài)可以拉動(dòng)國(guó)家氫能產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)崛起，甲醇重整燃料電池成本高，目前不是主流車(chē)企業(yè)采用的技術(shù)路線?？紤]到環(huán)保壓力，國(guó)家對(duì)氫能經(jīng)濟(jì)正外部性預(yù)期，甲醇重整汽車(chē)的技術(shù)路線在汽車(chē)上的應(yīng)用也不夠成熟，可能只是氫能網(wǎng)絡(luò)完善前過(guò)渡時(shí)期的一種產(chǎn)品的嘗試。 玖牛研究院 汽車(chē)團(tuán)隊(duì) |
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