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12月21日消息,据中科院透露,中国科学院上海高等研究院工程科学团队在3D打印技术制备车载甲醇重整制氢催化剂研究中取得进展,3D打印制备车载甲醇重整制氢催化剂,有望应用于车载燃料电池领域。
报道称,该研究有助于推动甲醇重整制氢技术在车载燃料电池等领域的发展,并为新型整体式催化剂的开发提供了新思路。
众所周知,氢有先天的“四个最”无法依靠研发技术改变。即氢是体积能量密度最低的物质、最小的分子、最容易泄漏、有最宽的爆炸范围。
这些原因导致氢气压缩困难、储存条件苛刻、运输成本高,高昂的储氢运氢成本及基础设施建设成本限制了燃料电池发展。
据了解,常规的煤制氢、天然气制氢等大规模制氢方式,在用氢上其实存在着巨大的隐性成本。仅运费一项开销,每公斤氢气从制备完成到最终送达消费者,其中的运输成本就在25元以上。
与之相比,甲醇制氢属于微型制氢装置,省去了氢气的储存和运输环节,直接利用重整制氢燃料电池把甲醇转化成氢气,实现了氢气的即产即用。 甲醇重整氢燃料电池利用甲醇水溶液作为燃料,通过重整器将甲醇水溶液转化为氢气混合气,在高温质子交换膜燃料电池电堆中反应对外输出电能。未完全反应上的气体在氧化室中反应,为前端甲醇重整反应提供热量。同时,与高压储氢相比,甲醇是非常好的液体储氢、运氢载体。
首先,甲醇来源广泛可靠。既可以利用煤炭、天然气等制甲醇,也可以利用“弃风”“弃光”等电解水制氢,氢再与二氧化碳反应制取甲醇。长期来看,利用可再生能源发电制取绿氢,再和二氧化碳结合生成方便储运的绿色甲醇,也是一条通向零碳排放的重要路径。
其次,常温常压下甲醇为液体燃料。液体燃料最大的优势就是陆上可以管路输送,海上可以跨海输送,并可以长期保存,实现安全高效经济便捷储运。
再次,甲醇是高密度储氢材料。每吨甲醇与水重整可制出超过180公斤氢气,较之高压或低温液态储氢方式具有更高的储氢能量密度。
绿色甲醇作为能源转化中枢,把燃料电池的高效性和液体燃料的好处结合起来,同时能够在碳足迹全流程上解决能源的清洁性问题,并起到拓展氢能应用产业链、降低碳排放、实现碳利用等一举多得的效果。
最为重要的一点是,甲醇制氢路线可以很好地将已有的加油站等基础设施利用起来。甲醇补给配套体系可以充分利用现有的加油站系统,将传统加油机的加注枪更换为甲醇加注枪即可,而且甲醇燃料加注时间短。相比之下,加氢站造价极高,成本超过甲醇补给站的100倍。
同时,甲醇生产技术成熟,当前我国已是全球最大甲醇生产国。2020年,国内甲醇产能超过9000万吨,年内甲醇产量大约在6300万吨。国内甲醇企业年平均开工率约在70%,2021年我国甲醇新增产能约有1100万吨。
据了解,此次工程科学团队通过3D打印技术,开发出的这种新型兼具高机械强度和高催化活性的3D打印催化剂制备方法。该催化剂单位质量氢气的时空产率超过目前大部分同类型催化剂。同时,催化剂机械强度高,是目前传统颗粒催化剂的4倍,可适应车载加速颠簸等情况。
在氢能发展的过程中,交通领域尤其是汽车领域的商业化一直是“先锋”。重型车作为“首发阵容”,目前已经进入大规模商业示范阶段。
2019年,工信部发布的《关于在部分地区开展甲醇汽车应用的指导意见》指出,要鼓励和支持企业研发甲醇燃料电池汽车产品,加快甲醇汽车科研成果转化及产业化应用。
因此,甲醇重整制氢技术也被越来越多的企业应用到车端,相应的甲醇重整氢燃料电池系统也逐渐被市场认可。
大潮奔涌,当下我国氢能产业发展窗口期已形成,甲醇在线制氢系统在规模化方面有明显优势,可避开燃料电池汽车的商业化在储运等方面的瓶颈,受市场追捧也在情理之中,相关产业链公司值得研究。
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