
中國(guó)商報(bào)網(wǎng)丨中科嘉鴻公司董事長(zhǎng)孫公權(quán)奏響新能源華麗樂(lè)章
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▲中科嘉鴻董事長(zhǎng)孫公權(quán)
中國(guó)商報(bào)北京報(bào)道(楊林林 記者 于貴華)孫公權(quán),中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員,博士、國(guó)外引進(jìn)的杰出人才,全國(guó)創(chuàng)新爭(zhēng)先獎(jiǎng)獲得者,中科嘉鴻公司董事長(zhǎng)。成功研發(fā)了全國(guó)首輛高溫甲醇燃料電池乘用車。中科嘉鴻是我國(guó)第一家專注于高溫甲醇燃料電池研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)于一體的高科技公司,并致力于成為世界一流的甲醇燃料電池產(chǎn)品及服務(wù)的供應(yīng)商。
如月之恒,如日之升。中國(guó)闊步前行。孫公權(quán)說(shuō),新能源首先是國(guó)家戰(zhàn)略需求。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是我國(guó)向全世界作出的莊嚴(yán)承諾,也是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)變革,能源動(dòng)力先行,這是義不容辭的。
從能源安全來(lái)看,我們國(guó)家石油進(jìn)口總量去年是4.56億噸,對(duì)外依存度高達(dá)70.24%,尤其是經(jīng)過(guò)霍爾木茲海峽和馬六甲海峽的占總進(jìn)口數(shù)量的70%,因此石油替代和潔凈能源開發(fā)迫在眉睫。
清潔能源有很多種,風(fēng)電今年我國(guó)已并網(wǎng)的裝機(jī)容量突破了3億千瓦,連續(xù)12年在全球排名第一;太陽(yáng)能裝機(jī)容量也超過(guò)了2.5億千瓦,增長(zhǎng)24%。目前氫能的發(fā)電量還遠(yuǎn)低于這個(gè)值,但氫能有著特殊的戰(zhàn)略意義,氫氣可以燃燒,包括航天發(fā)動(dòng)機(jī),用液氫液氧,德國(guó)把氫氣輸入天然氣管道作為燃料燃燒;氫氣可以制備化學(xué)品,化工反應(yīng)中的加氫反應(yīng)眾多;氫氣可以發(fā)電,發(fā)電意義重大,在陸、海、空、天諸多領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景。
實(shí)際上,氫能經(jīng)濟(jì)是上世紀(jì)70年代美國(guó)提出,基本想法是水在地球表面的儲(chǔ)量巨大,我們常說(shuō)“三山六水一分田”。1985年,國(guó)際上提出ITER計(jì)劃,其思路是如果能把海水里的氫提取出來(lái),人類的能源問(wèn)題就解決了。當(dāng)時(shí)的想法是用核聚變。2003年我國(guó)參加ITER計(jì)劃談判,2006年正式加入,目前項(xiàng)目取得了很大進(jìn)展。今天氫能的內(nèi)涵更加豐富,氫氣的來(lái)源更廣,包括利用太陽(yáng)能光解水、電解水等等。
燃料電池1839年誕生,在應(yīng)用方面,燃料電池輸出功率從次瓦級(jí)到幾十兆瓦,陸、海、空、天都有廣闊的應(yīng)用前景。我們之所以考慮甲醇燃料電池,是因?yàn)樵趲追N主流的電源中,如超級(jí)電容器、鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池等,甲醇燃料電池的比能量非常高,可超過(guò)1kWh/kg。
燃料電池行業(yè)最近幾年發(fā)展迅速,技術(shù)成熟度明顯提高,商業(yè)化進(jìn)程加快,很多人都在談產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題。市場(chǎng)方面,目前以低溫氫燃料電池為主,復(fù)合增長(zhǎng)率大于40%。甲醇燃料電池是后起之秀,市場(chǎng)份額比較低。過(guò)去幾年里,燃料電池的資本投入累計(jì)超過(guò)3千億元,新誕生企業(yè)幾千家,尤其是最近幾年國(guó)企、央企大批進(jìn)入,對(duì)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展無(wú)疑是有力地推進(jìn)。國(guó)家政策持續(xù)利好,燃料電池汽車示范應(yīng)用城市群目前已有三個(gè),其中佛山市還是廣東城市群牽頭城市。
在電動(dòng)車領(lǐng)域,有參與國(guó)家的幾個(gè)五年計(jì)劃。最近國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的發(fā)展規(guī)劃賦予“三縱三橫”新的內(nèi)涵,三縱包括純電動(dòng)汽車、插電式的混合動(dòng)力汽車、燃料電池汽車。三橫就是動(dòng)力電池與管理系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)與電力電子以及新增加的網(wǎng)聯(lián)化與智能化技術(shù)。
傳統(tǒng)電池結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,而燃料電池鏈條較長(zhǎng)。就燃料而言,氣態(tài)燃料有氫氣、氨氣、天然氣,液態(tài)燃料有甲醇、乙醇、燃油等,也有固態(tài)燃料,比如輕質(zhì)金屬鎂、鋁、鋅等。
燃料電池產(chǎn)品開發(fā)包括關(guān)鍵材料、核心部件、系統(tǒng)集成等。智能管理方面,包括電池電控、能源管理、智能互聯(lián)等。最后才能真正應(yīng)用到電動(dòng)車輛、船舶、機(jī)站等。
甲醇燃料的特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性。我們講氫能經(jīng)濟(jì),大家考慮的都是如何利用氫氣。氫氣常溫下是氣態(tài),它有很多優(yōu)勢(shì)但也有痛點(diǎn)。甲醇常溫下是液態(tài),除了可以解決氫氣的儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加注等痛點(diǎn)之外,其實(shí)還有很多優(yōu)勢(shì)。作為儲(chǔ)氫材料,碳?xì)浠衔镏凶詈玫氖羌淄椋羌淄槌叵率菤鈶B(tài)的,碳?xì)滏I斷裂比較困難。作為液態(tài)燃料甲醇的儲(chǔ)氫量是12.5%。國(guó)外儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫量約為1.4%,而國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫量約為1.2%-1.3%。甲醇、液化天然氣、液氨、液氫等都是液態(tài)燃料,就能量而言,甲醇單位體積的能量密度優(yōu)勢(shì)明顯,甚至高于液氫。
甲醇排放問(wèn)題。甲醇反應(yīng)會(huì)生成二氧化碳。隨著技術(shù)進(jìn)步,二氧化碳捕捉后,通過(guò)加氫反應(yīng)可再生甲醇。最近幾年國(guó)內(nèi)也在倡導(dǎo)液態(tài)陽(yáng)光,用綠氫產(chǎn)生碳中性的甲醇燃料。與汽油、柴油相比,甲醇的二氧化碳排放可以降低40%,硫氧化物、氮氧化物、顆粒物排放幾乎為零。
甲醇的安全性明顯優(yōu)于幾種常規(guī)燃料。
甲醇的毒性問(wèn)題。在水中,甲醇的半致死濃度比其它燃料好得多,其毒性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于汽油、柴油等等。
我們?yōu)槭裁匆黾状既剂想姵?,尤其是高溫甲醇燃料電池呢?氫能?jīng)濟(jì)現(xiàn)已得到了全球的青睞,其實(shí)如果把氫氣換成甲醇,區(qū)別就是產(chǎn)物有二氧化碳,但隨著二氧化碳捕捉利用等技術(shù)的發(fā)展,這也不是什么大問(wèn)題。
諾貝爾獎(jiǎng)得主南加州大學(xué)的George Andrew Olah率先提出甲醇經(jīng)濟(jì),實(shí)際上,甲醇經(jīng)濟(jì)也是氫能經(jīng)濟(jì)的一部分。
低溫氫燃料電池優(yōu)勢(shì)明顯,能量轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境友好,其痛點(diǎn)是氫氣的制備、儲(chǔ)運(yùn)、加注比較復(fù)雜,對(duì)燃料氣中一氧化碳含量比較敏感,通常小于10ppm。
高溫甲醇燃料電池使用液態(tài)燃料,存儲(chǔ)、攜帶、加注比較方便。提高溫度后,一氧化碳問(wèn)題幾乎可以忽略,電極反應(yīng)速率倍增。但耐高溫聚合物電解質(zhì)膜材料開發(fā)進(jìn)展緩慢,國(guó)際上投入了大量人力財(cái)力,近幾年有所突破。
甲醇燃料電池工作原理與常規(guī)的一次/二次電池相同,能量轉(zhuǎn)化效率高;工作方式與汽油/柴油發(fā)電機(jī)相似,只要不斷提供燃料則可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)電。甲醇燃料電池主要分為以下三種:一是直接甲醇燃料電池,我們研發(fā)了近三十年,其特點(diǎn)是燃料直接注入電堆,電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用攜帶方便、電池能量密度較高,但能量轉(zhuǎn)化效率較低;二是甲醇通過(guò)催化重整,分離凈化后進(jìn)入低溫PEMFC。由于重整氣中一氧化碳含量高達(dá)幾萬(wàn)ppm,通常需要多級(jí)分離凈化,系統(tǒng)復(fù)雜,成本較高。三是高溫甲醇燃料電池,由于耐高溫電解質(zhì)膜的誕生,電池抗一氧化碳能力大幅提升,甲醇燃料重整氣直接通入高溫電堆,省略了分離凈化步驟,電極反應(yīng)速率明顯提高,近年來(lái)已成為國(guó)際研發(fā)熱點(diǎn)之一。高溫甲醇燃料電池技術(shù)體系與低溫PEMFC類似,包括關(guān)鍵材料、核心部件、系統(tǒng)集成、智能控制,以及多能源組合利用等。
我們開展甲醇燃料電池研究開發(fā)近三十年,從電催化劑、電解質(zhì)膜、膜電極、單雙極板到系統(tǒng)集成、智能控制等,現(xiàn)已完成了電解質(zhì)膜、多孔電極、膜電極、電堆生產(chǎn)線建設(shè)。授權(quán)專利230余件,獲省部級(jí)以上獎(jiǎng)9項(xiàng),其中國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)3項(xiàng)。
市場(chǎng)應(yīng)用主要有電動(dòng)車動(dòng)力電源,船舶動(dòng)力/輔助電源,小型分散電站等,我們的策略是開發(fā)1、5、10、30kW模塊,基本可覆蓋1-120kW的實(shí)際應(yīng)用。
我們組裝了第一臺(tái)高溫甲醇燃料電池驅(qū)動(dòng)的乘用車,運(yùn)行結(jié)果表明,硫氧化物、氮氧化物近零排放,百公里燃料消耗費(fèi)小于20元人民幣,3輛車在大連試運(yùn)行,受到了專家同行的一致好評(píng)。此外,高溫甲醇燃料電池在景區(qū)車、房車、工程指揮車、應(yīng)急電源車等方面應(yīng)用前景廣闊。
在船舶動(dòng)力/輔助電源方面。聯(lián)合國(guó)海洋公約的頒布實(shí)施,對(duì)海洋環(huán)境要求越來(lái)越高。國(guó)際航運(yùn)燃油多半采用重油,污染嚴(yán)重。
我們研制的高溫甲醇燃料電池游船,在丹灶仙湖下水,動(dòng)力電源為25kW,輔助電源5kW以滿足照明、空調(diào)、熱水等需求。與傳統(tǒng)燃油相比,優(yōu)勢(shì)明顯。歡迎在座各位去仙湖親自體驗(yàn)。
在小型分散電站方面,熱-電聯(lián)供的能量轉(zhuǎn)換效率較高,應(yīng)用前景廣闊。
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