燃料电池和氢电池_制“氢” 38 年,打造世界最大工厂!这个国家进入氢能源时代?

横滨港临海公园附近有市政府、东芝、丰田、岩谷产业株式会社(从事氢产业)等企业共同建设的巨大风力发电机,发电机发出的电力用电解水产生氢,氢供应给京滨临海地区水果批发市场的12台氢燃料电池叉车。

燃料电池和氢电池

说起清洁能源,我们首先考虑太阳能、风能、核能等,对于新能源车来说,纯电动(从电网获得能源)也绝对是现在的主流。 在很多国家都倾向于使用电动汽车来代替传统的燃料车的情况下,日本正专心于构筑“氢社会”。

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日本为什么爱“氢”

据说日本从1993年开始发展氢能源,其实这并不正确。 结果通产省的“月光计划”(月光计划)中记载了日本于1981年着手氢燃料电池的开发。 到了2002年,丰田、本田首次向政府交付了燃料电池汽车。 在丰田Mirai、本田Clarity正式上市之前,氢燃料电池车首次进入普通视野。

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为什么日本必须拼命开发氢能源,这可能有两个原因,第一是日本矿产资源不足,工业发展需要石油、煤炭、液化天然气依赖进口。 第二,福岛核电站事故后,日本也加快了向其他能源的发展,考虑到“氢”的热量高,没有被污染,得到方法也多样,有变成氢能源的倾向。

特殊国情对日本更加渴望氢能源的普及,与其他国家不同,日本发展氢能源不仅仅是为了用于汽车,还广泛应用于日常生活,与电力、热一样构成了国内二次能源的三大支柱,简单来说就是“氢”像自来水一样普及居住

三个阶段实现“氢社会”

2014年,日本经济产业省在《氢能源与燃料电池战略路线图》中指出,“氢社会”的目标将在2025年分为推进和普及氢能源利用市场三个步骤来实现。2030年构建了大规模的氢能供给系统,实现了氢燃料发电

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●“氢社会”目标3首

第一阶段:氢能源的普及

为推进上游产业链的发展,初期就需要一定规模的用户,因此很多日本企业通过销售氢气相关产品吸引消费者的购买/使用来积累初期用户。

据汽车企业介绍,目前丰田已将氢燃料电池技术应用于各种汽车、商用车、特种车辆。 像我们熟悉的Mirai一样,现在除了零售,还投入了本土的共享旅行。

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为了降低Mirai的生产成本(因为Mirai是在原镇工厂半手工生产,生产能力低,成本高),丰田建设了新的自动化生产线,扩大了燃料电池/储氢罐的生产能力,达到了3.6万台/年的生产能力目标后,miri实现了与混合动力车相同的价格

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除了小汽车之外,丰田和日野车共同开发的氢燃料电池总线与投入市场的丰田叉车公司共同开发的叉车氢燃料电池系统、与爱信精机共同开发的家庭用氢燃料电池集中供热系统也已经在市场上销售。

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●氢燃料电池叉车

因为有了车,所以加氢站这个基础设施必须跟上吗?根据17年末公布的“氢能基本战略”计划,日本国内的加氢站从现在的100处扩张到900处,现在政府也在北九州市和福冈市之间建设了“氢高速公路”

看看其他基础设施是如何推动氢能源的。 首先,举两个住宅的例子,横滨市政府在港口地区设置了几个“H2One氢燃料电池系统”。 这东东简单地用氢达到了“削山填谷”的效果。 太阳能电池板的发电量高/电网空闲时,制氢装置将水电解为氢气储存在储氢罐中,当居民的电力需求大/灾害时电网无法供给足够的电力时,可以用燃料电池将该罐中的氢气转换为电能输出给居民,供给热水(发电副产物)。 H2One满足紧急情况下的电力需求,不像柴油发电机那样排放废气。

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●H2One氢燃料电池系统结构

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●H2One氢燃料电池系统的运行状态

除了像H2One这样的大型氢燃料电池设备外,在另一个“氢町”福冈,政府计划为每个居民设置ENE-FARM家庭用燃料电池,ENE-FARM能够从城市燃气/丙烷气体中吸收氢,产生一定的电力和热量(供热水)。

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燃料车的制造成本下降,再加上ENE-FARM这样的家用燃料电池在各家庭普及,“氢气社会”的第一阶段终于实现了。

第二阶段:获得大量廉价的氢

在普及氢能源的使用中,日本有必要思考如何得到足够便宜的氢。

自然界的氢大多以水、化石燃料及有机物的形式存在,但现在的氢的提取方法多为从水中电解、天然气、使用石油的蒸汽改性、微生物对有机物的分解等。

对我国来说制氢并不是一个难题(结果,我国石油、煤的储备比较充分,两者都是低成本制氢的基础),但是日本缺乏石油和煤资源,只能尽量用电解制氢。 当然,为了进一步降低制氢成本,有些企业正在研究新的制氢技术。 川崎重工正在利用“褐煤”(石炭化程度低,运输困难,燃烧也有严重污染的煤)制造氢气。 具体来说就是在澳大利亚制造氢气,向日本输送氢气。

如果解决了供氢问题,可以考虑用氢发电。 目前,日本的能源结构以煤炭、石油、LNG为主,即使电动汽车普及也会带来很高的碳排放量,因此他们正在探索用氢气发电。 三菱重工日立共同建设的世界第一座氢能发电站计划于2020年建成并运营。

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第三阶段:氢燃料渗透各行业

众所周知,为了使氢能渗透到更多的产业中,需要考虑建立完整的供给系统,氢的运输一直是个问题。 目前常见的运输方式采用高压储气罐,但该方式运输量有限。 其他方式,例如液体输送(将氢保持在-252 )、固体储氢(利用固体对氢的物理吸附或化学反应将氢储存在固体中,用稀有金属进行还原)由于成本过高而不能普及。

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●Mirai后部下方的高压贮氢罐

现在,一些日本企业正在研究用甲苯液化氢,在常温下使其以液态存在,生成储存在特殊容器中的甲基环己烷,但是使用氢的情况下用SPERA这一催化剂还原氢和甲苯。

当然,目前,距第三阶段目标实现还有20多年,中途可能会突破一些新技术,解决氢运输难题

对于日本来说,氢能源需要形成整个社会的产业链,但迄今为止,他们生产氢(水电解制氢、褐煤制氢)、运输(甲苯+SPERA催化剂)、氢发电(三菱重工&日立发电站)、建设铺设(氢站、H2One、ENE-FARM设备)、氢燃料电池车(丰田)

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●在日本运行的氢燃料电池车

由此可见,“氢社会”确实离日本不远。

其他国家如何看待氢能源

在世界面临环境保护压力和能源危机的背景下,除了日本,许多欧洲国家都在发电氢能源,但他们没有使“氢”上升到社会水平,只是强调氢能源给旅游领域带来的变化。

2008年,欧盟发布了燃料电池和氢气联合行动计划项目( FCH-JU )。 该计划被认为在促进欧洲氢能和燃料电池的应用中发挥了重要作用。

欧盟的12个成员国中,包括英国、德国在内,在其后的10年间制定了关于氢的政策。 到2019年,德国交通部将投资18亿元人民币用于推进氢燃料电池的开发,去年9月,库克港、不来梅港、布莱默沃德和黑星胡德之间的氢动力列车正式运营,此外,德国政府还将在2023年前在国内建设400座氢化站

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由于政策和资金的支持,欧洲目前运营的加氢站达到139座,氢能源总线项目CHIC也在不断扩大。

在汽车企业中,宝马、奔驰默默发电氢能。 今年在法兰克福车展上,奔驰公布了首款氢燃料电池车GLCF-Cell。 宝马也带来了iHydrogenNEXT氢燃料电池概念车,计划于2023年推出X7燃料电池版本,但在大众中,CEOHerbertDiess声称电比氢能源更好,但大众旗下的奥迪在2021年之前 的双曲馀弦值。 儿子在胡闹,还是爸爸的“真香”坐着呢。

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●GLCF-Cell

最后,让我们来看看中国。 今年两会期间,“推进充电、氢化等设施建设”首次在“政府活动报告”中写到。 氢燃料电池可能是继锂电池之后的下一个风口。

氢燃料电池车和电动汽车,到底谁更环保?

从环境保护的观点来看,我认为氢燃料电池车比电动汽车更受环境保护。 结果表明,前者即使拆除,燃料电池中的金属板和薄膜也可以回收,整个生命周期不存在污染物,但受成本限制,电动汽车和氢燃料电池车长期共存。

它像日本那样,通过电动押宝氢能量,是正确的还是错误的? 我也不知道。 总之,不要把北极的冰融化得那么快。

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