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碳中和什么时候落地(甲醇重整制氢:氢能与碳中和落地新方式)

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9月24日至28日,以“智慧·健康·碳中和”为主题的2021中关村论坛在北京举办。论坛由科学技术部、中国科学院、中国科学技术协会、北京市人民政府共同主办。

记者在采访与参观中发现,无论是论坛研讨话题,还是同期举办的中关村论坛展览(科博会),“碳中和”均成为热词。

而在“碳中和”进程中备受瞩目的氢能领域,记者在科博会上看到了碳中和、氢燃料电池与储能耦合闭环的新方案。

液态甲醇制氢亮相科博会

按下开关,展台上的灯泡矩阵建次点亮,而电源就是一块氢燃料电池。与印象中燃料电池不同的是,这里的氢源不是来自直接高压加注,而是来自常温常压的液态甲醇。

中关村论坛展览(科博会)1号综合馆的前沿科技展区,中氢新能技术有限公司(下称“中氢新能公司”)展台面积并不大,却是观众看展必经的地方,新奇的制氢方式吸引了不少观众驻足观看。

中氢新能公司创始人、董事长周明强指着行李箱大小的电池介绍,本次展览主要展出的是甲醇重整制氢燃料电池发电系统,该系统集成高温质子交换膜燃料电池电堆、甲醇重整器与能量管理系统等模块,以甲醇水为燃料,通过中高温质子交换膜,降低系统对氢气纯度要求,使甲醇重整产生富氢气体在模块内部进行发电。

这与市面上其他制氢方式有何不同?周明强告诉记者,整个反应过程无压力容器,氢气随产随用不储氢,安全可靠,既有噪音低、自动化程度高、小型高效、持续工作能力强等特点,同时最大化利用丰富可再生的甲醇资源,将制氢与燃料电池有机结合,充分满足车辆、通信、矿业及军工行业供电系统市场需求。

据了解,作为国家级高新技术企业,中氢新能公司具有军用燃料电池协同创新平台资质,已实现甲醇重整制氢设备、燃料电池、燃料电池发电系统小规模量产;获得“中国首台静默移动发电站MFC30”和工信部第303批“甲醇重整制氢燃料电池物流车”两个首台套项目公示。

碳中和与氢燃料电池耦合闭环,破解“能源不可能三角”

氢能作为颇具前景的绿色能源,受到了国家层面越来越高的重视。今年8月,由北京市牵头申报的京津冀氢燃料电池汽车示范城市群被财政部、国家能源局等五部委联合批准为首批示范城市群。北京市亦发布了《氢能产业发展实施方案(2021—2025)》,率先打造氢能创新链和产业链,对落实首都高质量发展战略,支撑京津冀能源结构转型、引领全国氢能技术创新和产业发展具有重要意义。

周明强介绍,实行燃料替代的低碳交通是包括北京在内的城市碳达峰、碳中和的重要途径之一。“城市未来氢燃料电池汽车规模化上路,既要解决氢燃料的供应安全问题,还要保障氢源充足。”他指出,氢源做为一种能源一定要立足于本地资源特点,结合自身现实情况,紧盯“国家双碳目标”,实现多元供应,方能支撑氢燃料电池汽车、氢能产业健康成长,发展壮大。

然而,处于起步期的氢能产业暂时未能摆脱制氢成本高、供应可靠性不足的瓶颈。在能源界有“能源不可能三角”这一说法,即一种能源品类无法同时做到绿色低碳、安全可靠、低成本。

对此,周明强介绍,甲醇和甲醇制氢路线可以解决这一难题。甲醇被誉为“液态阳光”,常温常压处于液态,可实现长期安全稳定的储存,是理想的低成本化学储氢载体;也是实现碳减排的重要路径,把碳捕集和副产氢合成“绿醇”是“固碳储氢”的现实方法;利用碳捕集技术,将工业生产中的二氧化碳收集起来,与清洁电力转化生成绿醇,在增加产品价值、解决清洁能源替代化石液体燃料等问题上也具有长远意义。


“在使用成本方面,甲醇重整制氢燃料电池是氢气随制随发,需要氢气发电时就开始工作,半升甲醇半升水就能发一度电,算下来成本是5毛钱一度电,远远低于当前可再生能源电解水制氢的成本。”

他表示,在“碳达峰、碳中和”时代,需将碳中和、氢能、储能三者高度耦合,互为助力,互为支撑,形成良性循环,打造良好的能源生态。

积极推广建设甲醇为载体的氢能与碳中和示范区

“碳达峰、碳中和”的进程中,新旧能源转换不可一蹴而就,而是一个降碳提氢、循序渐进的过程。周明强强调,只有考虑各地实际情况差异性以及经济与安全性,氢能产业才能行稳致远。

他介绍,中氢新能公司致力于打造以甲醇为载体的能源体系,是现实可行的碳中和路线。可以利用太阳能、风能的电力与排碳企业的二氧化碳相结合制备“绿醇”;也可以利用新能源的电力,与煤化工企业相结合制备“蓝醇”,这一能源体系将大幅减少二氧化碳的排放,经测算可减碳60%以上。

据了解,围绕甲醇为载体的能源体系,中氢新能公司正在积极推广建设氢能与碳中和示范区。示范区包括储能、供能、用能和管能四个方面。


储能方面,新能源发电与二氧化碳结合,制造“绿色甲醇”;把风能太阳能以液体甲醇的形式储存下来,使得甲醇成为风能太阳能的储运载体,成为风能太阳能液体储能路线。可以低成本、大规模实现能源的储存和运输。

供能方面,打造移动式供电站、清洁能源站,实现“多源共站、制售一体”;在网点遍布的加油站,留出空间放置“醇水纯氢”机,既可以为汽车提供甲醇汽油,也能在常温常压环境中制备纯氢,直接为氢燃料电池汽车提供氢源或直接用燃料电池发电提供充电服务……“这样一来,加油站就成为制售一体、多元供应的综合能源站。”

利用可再生能源制甲醇,做分布式发电,可以做到热电联供,这样系统总体效率比激增发电高很多。因为尽管电可以远距离输送,但热不可能从远距离输运。把风能和太阳能以液体的形式储存下来,液体通过管路远距离输送损失很少。再用甲醇分布式热电联供,进而大大减低碳排放。

用能方面,甲醇重整制氢燃料电池应用到交通等领域,如物流车、大巴车、游览车、游船、无人机等。

管能方面,建设氢能与碳中和大数据中心,实现能源管理。利用甲醇能源生产、储运、供应以及燃料电池产品应用的大数据,预测用户需求,安排甲醇能源生产,匹配储能、供能与用能,达到能源的调度目标,使能源体系更有弹性、安全可控;同时实现燃料电池在交通等领域示范全过程、全链条监管,积累电池运行数据,为完善提高燃料电池性能提供科学依据。

记者了解到,示范区建设将加快商业化推广,推动氢能领域应用创新与产业化融合发展。

“本届中关村论坛以‘碳中和’为主题之一,吹响了明确的号角,即更加突出科技创新在助力碳中和中的作用。”周明强对记者说。

未来,“碳中和”场景下能源的使用场景是什么样的?

中氢新能的展台上,北京教育学院附属丰台实验小学四年级四班林静怡同学为此次科博会展览创作《绿色能源 绿色生活》主题儿童绘画吸引了不少观众的目光。绘画展现了未来能源的一角:甲醇与水制出的氢能,驱动了交通、信号基站甚至火箭,原料中的水则来自蔚蓝的大海。

“作为能源生产企业,我们非常希望知道未来的人们希望使用怎样的能源。于是我们组织孩子们充分发挥想象进行创作,孩子们的想法是最朴素的,觉得未来的能源要干净、要便宜,最好取之于水、回归到水。孩子们是未来能源的使用者,这更加坚定了我们发展氢能的信心。”周明强说。

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