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固态合金储氢能否突破氢燃料产业发展的瓶颈

   日期:2018-11-27     来源:中国储能网    浏览:2077    评论:0    
11月17日,“2018中外工程师大会暨中国(深圳)氢能与燃料电池高峰论坛”在深圳会展中心举行。深圳市佳华利道新技术开发有限公司(简称“佳华利道”)首席科学家黄宝泉带来的关于《固态合金储氢和低压加氢技术的应用》主旨演讲引起了在场专家的关注。在他看来,固态合金储氢和低压加氢技术是契合现阶段我国国情的储氢技术的重大突破。


佳华利道首席科学家黄宝泉

氢作为一种清洁燃料, 被认为是未来有发展前景的能源之一。氢的储存方法有高压气态储存、低温液态储存和固态储存3种,目前国内主推的氢燃料电池汽车都应用高压气态储存技术,压力为35MPa(日本、美国加州已经尝试推广70MPa高压储氢技术)。

黄宝泉表示,氢燃料技术的研究和应用必须从全产业链的角度进行深入考量,不仅是储氢技术,还包括加氢技术和加氢站的建设。而事实上高压储氢技术在国内市场推广仍然面临不少技术瓶颈。

“卡脖子”问题阻碍产业发展


“在我国,能用的氢能电堆是有的,但能跑的氢燃料汽车是少的,为什么?原因是没有足够氢燃料让车跑起来。”佳华利道董事长凌兆蔚对记者说,“两年前我们与某几家客车企业打造的高压储氢系统燃料电池商品车已经向市场推广,但一直没能有较大范围的发展,关键是一些‘卡脖子’的问题没有解决。”

黄宝泉介绍,主要问题包括加氢站初始建设成本高,后期运营维护费用大,终端使用成本无法降低。目前国内市场推广的高压加氢站,加注压力为35MPa ,日供氢量350~500公斤,初期建设成本需要人民币1200万元到2000万元左右,在日本推广的高压加氢站,加注压力达到70MPa,日供氢500公斤,建设成本会更高,约为人民币3000万元左右,以上提到的建设成本仅包含设备采购,安装和场站土建施工成本,不含土地费用。以日供氢量500公斤的加氢站推算,每天只能满足不到30台公交车的加氢需求,投入产出比过低。

另外,达到70MPa压力后,对硬件设施的耐久性是相当大的考验。很多硬件在使用一段时间后便会出现氢气泄露的现象。

同时,氢气压缩机寿命短,技术被国外企业垄断,价格昂贵,阀体等关键部件同样依赖进口,加氢站后期维护成本高,直接导致氢气终端使用价格居高不下,目前终端氢气使用成本(含气体提纯)处于40~50元/公斤。

另外,高压加氢站建成之后,站内设施管理、人员上岗培训更加重要,国内相关管控措施依然不够健全。

日本、美国加州的高压储氢技术已经推广多年,具备了相关核心技术的研发、制造供应体系,但在我国很多核心技术仍未突破,“如果这种状态下强制推广,未来中国氢燃料产业只能为国外企业打工。”凌兆蔚对记者说,“因此,我们要打造的是最符合中国国情的、最安全的、最经济的氢燃料汽车应用技术。”

在凌兆蔚看来,推广使用固态合金储氢技术,目的就是解决氢燃料汽车上路的最后一个门槛,解决储氢、加氢的难题。随着全球氢能产业逐渐向中国市场的转移,中国市场具备了固态合金储氢技术产业化的发展条件。

明年将进行试点应用

黄宝泉在美国从事了10余年的储氢材料合成和结构的基础研究。他在演讲中指出,固态合金储氢和低压加氢技术已经具备了非常成熟的应用体系,我国丰富的金属资源和合金制备能力能保证固态合金储氢技术的推广。据悉,常用的储氢合金有钛锰系、镧镍系、钛铁系、镁系等,其中适合汽车使用的材料主要是钛锰系。

在演讲中,黄宝泉将低压固态合金AB2储氢装置单元(压力5MPa,有效储氢量为8.4kg,体积376.9L)与高压气态储氢罐组单元(压力35MPa,有效储氢量为9.5kg,体积1295.8L)进行举例对比。结论显示,相同体积下,固态低压合金储氢装置,压力降低为高压气瓶的1/7,可有效储存的氢气质量为高压气瓶的3倍。

据悉,佳华利道针对日行300公里行驶里程需求的9米公交车研发的第一台合金储氢系统产品,通过测试显示储氢质量数据达到16.8公斤,未来随着新材料研发和制造工艺的成熟,储氢质量密度有望得到更大的提升。

黄宝泉认为,固态合金储氢市场前景广阔,适用于城市客车、重型卡车、物流车和叉车等。合金储氢技术可实现大于5000次的循环充放,足够覆盖客车使用生命周期,降低用户运营维护成本。车辆报废后,合金可回收再利用。

固态合金储氢瓶

另外,合金储氢技术简化加氢站建设过程。固态合金储氢技术仅需要6MPa,不需要向国外进口昂贵的隔膜式压缩机和其他硬件,只需要常规20MPa压力的长管拖车就可以作为加氢站使用,令初始建设成本降至人民币700万元以下。另外,实现了简化后的加氢站,占地面积也仅为500平方米左右。更重要的是,低压加氢站日供氢量完全取决于长管拖车和加氢口的周转率,如此一来,加氢的车辆不再需要受限于原来高压加氢站的日供氢量,终端用户的氢气使用成本(含气体提纯)可降低至20~30元/公斤。

凌兆蔚说:“我们申请了固态合金储氢技术车辆使用的相关企业标准,在向国家相关部门报备之后即可试销,计划明年上半年建立应用试点,已经有多个地方政府明确表示愿意进行合作。”

固态合金储氢技术有哪些不足吗?“有,但可以接受,并且已经有明确的改进思路和方法。”凌兆蔚表示。固态合金储氢技术相比高压储氢技术,储存同等质量的氢气,整个系统需要的质量会更大、更重,一定程度上减少车辆的续驶里程,但依然能满足车辆300公里以上的续驶里程需求,且系统占用体积非常小,未来第二代系统整体会更轻,将会大大增加车辆续驶里程。 
 
标签: 氢燃料

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