虽然氢燃料的开展相对电动车来说更为缓慢,可是燃料电池车的部队也仍然在渐渐强大着。除了市场上现有的日本本田的本田CLARITY、MIRAI之外,宝马奥迪均有氢燃料电池概念车的推出方案,作为对燃料电池的前沿研讨,通用与本田也有协作方案。国内氢燃料电池车则在商用车上有所开展,比方宇通在五月份推出了续航600公里的氢动力客车,而上星期广东也宣告开端氢动力客车的演示运营。
与电动车相类,氢燃料电池的推动进程中,在本钱之外,氢动力的供应是约束其开展的一个主要要素。这个供应包含几个方面,包含制氢,氢气运送以及加氢站的基础设施建造等。
现在,工业制氢方法中运用最多的仍然是运用化石燃料或天然气制氢。动力密集型的制作进程与居高不下的本钱,副产品二氧化碳以及对化石燃料的依靠,仍然是限制要素。所以,关于制氢方法的研讨也一向没有停下过。
用铁矿石替代镍作为催化剂
在现在惯例的制氢方法中,将天然气中的甲烷(CH4)与水进行反响制氢是比较常用的一种方法。在这个进程中会发生许多的二氧化碳,在制取完结后,需求将氢气压入水中溶解二氧化碳进行提纯,得到纯度较高的氢气。二氧化碳的排放自身也是个问题。
而同样是在1950年就开端的甲烷裂解的方法,通过在高温下(750℃以上)热裂解甲烷,能够得到组成甲烷的两种元素:氢气与碳,与前面说到的方法不同,在这种方法下并不会发生二氧化碳。碳是以固态粉末状呈现的,也便是生成了石墨。
澳洲一家成立于2010年的公司,Hazer Group便是依据甲烷裂解的方法来制氢。那么他们的优势在哪里呢?
在惯例的甲烷裂解制氢方法中,存在一个问题,需求催化剂——镍。由于甲烷裂解需求在高温下进行,催化剂的效果是能够下降裂解反响所需求的能量,也便是能够让反响发生的温度下降,别的一个效果则是能够生成更高纯度的固态碳。在甲烷裂解之后,其产品中25%是氢气,而75%则是石墨。石墨的价值与其纯度和结晶度相关,并且现在石墨在锂电池,钢铁和碳纤维的制作中都有运用,自身也具有较高的工业价值。
作为稀有金属,镍的本钱一向很高。并且在制取进程中,生成的石墨粉末会附着在催化剂的外表,当累计的石墨到必定程度后,会影响裂解反响的活性,或许导致反响间断。而要重复运用催化剂,则需求对外表附着的石墨粉末进行处理,比方通过焚烧的方法将其去除等。
无论是对吸附石墨的处理进程,仍是石墨自身的运用率不高,都是形成此前制氢本钱高的原因。
Hazer的方法是将镍替换成了铁矿石,相较而言,铁矿石的本钱就要低许多了。在承受英国卫报采访时,Hazer的主管Geoff Pocock表明,Hazer选用的方法,是让天然气通过加热的铁矿石来进行裂解。在这个进程中,生成的一部分氢气会用于体系的动力供运用来加热铁矿石,剩下的氢气作为产出。一起生成的石墨粉末能够作为副产品出售,来添加经济可行性。Hazer的方针是让氢气的制取本钱能够下降到0.5-0.75美元/公斤。
虽然在铁矿石的挖掘进程中也会发生二氧化碳的排放,不过Pocock表明,对与Hazer来说这并不是个问题,由于他们运用十分铁矿石的量并不多。每运用1吨的铁矿石来进行催化,Hazer能够制作10吨的氢气。
夸姣的抱负能成为实践么?
假如这一套路能够完美完结,当然是很好的,一箭多雕。氢气与石墨二者兼得,石墨的出售协助下降本钱,也能够让削减许多的二氧化碳排放。可是仍然存在一些问题。
现在并非只要Hazer在对甲烷裂解反响进行研讨。先进可持续性研讨院(IASS)德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研讨人员在上一年11月宣告运用甲烷裂解制氢,不过期开端本钱在1.9-3.3欧元/公斤,这个本钱并没有考虑副产品石墨的价值。当然也说到,由于技能现在并不彻底老练,因此关于本钱的预算不行精确。
IASS与KIT的团队是规划了一个新的试验反响器,依据液态金属技能,注入甲烷气泡,在触碰到液态金属外表时,就会裂解成氢气与石墨粉末。研讨团队仍然在对反响器进行研讨,包含怎么去除附着的石墨等,怎么确保反响器接连高效运作。
工艺制备技能的完善同样是Hazer面对的问题。在现在Hazer的对外技能文件,以及在卫报的采访报道中,均未具体泄漏其制备进程,因此关于这个制备进程是否存在一些技能难点,也无从了解。卫报还找到了澳洲联邦科学与工业研讨安排CSIRO的一名化学工程师Ken Chiang博士了解铁矿石作为催化剂的运用情况。Chiang博士关于Hazer的制取进程并没有进行谈论,不过说到许多研讨安排正在研讨将铁矿石作为新的催化剂挑选。相较于稀有金属而言,铁矿石低价的本钱是招引他们进行研讨的重要要素。假如被验证可行,那么许多化学反响的本钱将大幅下降。
Hazer现在正在与与悉尼大学的可持续性技能试验室在进行一起研制。可是,现在,Hazer的这项技能还没有开端正式投产。依据Pocock的介绍,到2017年末,Hazer的试点工厂将会到达每天10-100公斤的制氢量,也便是最大的产值是30吨/年。可是假如要到达工业的必定规划,年产值则至少要超越1万吨才行。而怎么完结从理论到实践量产的验证,将是Hazer面对的最大检测。