氫能源大規模推廣應用或將成為現實

文 本刊記者 陳向國

作為能源消耗大國，中國面臨三大問題：一是需求量大，但資源嚴重不足，化石能源的日益匱乏；二是能源以煤為主，難以高效、潔凈利用，且污染嚴重；三是能源利用效率低下。除此之外還存在著在使用以煤為主的傳統化石能源過程中產生大量的溫室氣體、有害氣體，導致空氣質量下降、生態環境遭受破壞越來越嚴重的問題。面對如此形勢，該采取怎樣的應對措施？解決這些問題，可從兩方面著手：一是提高傳統能源的利用率，對使用過程中產生的溫室氣體、有毒氣體進行嚴格的控制、治理；二是開發新能源、清潔能源，盡量少用傳統化石能源，以改變我國的能源生產、消費結構。

解決以上危機，氫，這個宇宙中最常見的元素，作為新能源，被寄于擔負起這個重大的歷史使命的厚望。氫能是清潔、高熱值能源，在工業、軍工、航天等領域具有不可替代的地位。對于氫能的開發，歐美發達國家比我國起步早。我國對氫能的開發也非常重視：氫能的開發應用已被我國政府列為《二十一世紀議程》可持續發展計劃的高科技項目；已列入國家創新基金2000年扶持發展目錄；《中華人民共和國可再生能源法》也將包括氫能在內的可再生能源的開發利用列為能源發展的優先領域。但之前的由于成本、技術成熟度與可靠性等問題使氫能的大規模推廣應用受到極大限制。如今，這些問題已經被一一破解。

氫能開發、應用曾長期匍匐前進

氫能不能普及制造與應用的原因在于成本居高不下等問題的存在。根據相關文獻報道，用電解法可將水分解成氫氣和氧氣，如果用高溫電解水蒸氣的方法，設備投入費用高，生產工藝復雜，拉升生產成本；如用太陽能作為一種輔助能源進行高溫電解，可進一步降低能耗，但初始造價昂貴，還是不能普及推廣；如在電極上覆上催化劑或半導體材料催化電解，雖降低了能耗，但使用壽命問題比較突出；如用其它輔助能源降低制氫電耗，也增加了輸入能量。總而言之，傳統電解氫氧生產雖然結構簡單，為現代生產氫普遍采用，但缺點是電耗量高，無法降低生產成本，阻礙了氫能的普及推廣。1995年日本馬自達公司研制的HRX-2氫能汽車路試成功，只因氫燃料成本太高，至今無法推廣使用。

高成本等問題已經被解決

實現這個突破的是我國的一家專業公司：中氫聯合能源科技（北京）有限公司（以下簡稱中氫能源）。實現這個突破的核心技術設備是該公司的“水劑氫氧源氣體燃熱器多用機”裝備。其可廉價制氫，隨產隨用。成本的降低使氫能的推廣應用成為可能。而一旦推廣應用其意義重大。氫能的推廣應用具有兩方面重大意義：一是其自身是高效又清潔的新能源，是化石能源的重要代替者。氫是等質量熱值最高的燃料，每千克氫燃燒后的熱量約為汽油的3.5倍、酒精的3.9倍、焦炭的4.5倍。同時，氫能源最清潔，燃燒后又生成水，這種可再生性，使其取之不盡用之不竭；二是氫能夠與燃煤、燃氣、燃油等混燒，可以與諸多現有產業進行對接，促進其升級換代和轉變發展方式。該設備產出氫氣的同時，釋放氧氣，氧氣作為富氧燃燒，應用于燃煤、燃油、燃氣鍋爐以及秸稈氣化爐，經國際權威機構檢測，在混入10%以上氫氣可降低燃煤成本30%以上，降低天然氣成本25%以上，降低燃油成本30%以上。

為了證實使用氫能可以降低成本，記者查閱了相關技術資料，結果顯示：液態氫替代汽油用于內燃機。若以產生的熱量一致粗略計算，購買氫氣所花的費用約為16.8元，而汽油大概要30元。

該公司突破世界性技術難題并非偶然。早在1997年，中氫能源“水劑氫氧燃燒器”取得國家發明專利；1998年，該燃燒器在首屆“亞洲尤里卡”世界發明博覽會上獲得歐共體國際榮譽聯合評選委員會、亞洲科學院和法國歐亞聯合發展協會的一致好評，被評選為國際最高金獎，公司專家被授予“對人類貢獻”榮譽稱號；2010年，中氫能源“水劑氫氧源氣體燃熱器多用機”和“內燃機用水劑氫氧發生裝置”取得國家發明專利；2012年，中氫能源“水劑氫氧源一體提取多用機裝置”獲國家專利；同年，中氫聯合水劑氫氧源氣體燃熱器多用機通過國家級科學技術成果鑒定。鑒定結果為：“該項目經濟和環境效益顯著，符合國家節能減排產業政策的要求，評定該項目技術為國內首創，并達到國內領先水平，一致同意該項目通過科技成果鑒定”。該企業也于該年通過了國家高新技術企業認證。可以說，中氫能源是眾多致力于氫能應用企業中的佼佼者。毋庸置疑，正是這些眾多“氫能人”不懈的努力才有了今日的重大突破。據悉，本技術裝置填補了國內外空白。

已經具備成熟性與可靠性

大規模的應用推廣依賴于相對低廉的成本，成熟可靠性高的技術設備。中國“氫能人”依靠不斷地努力創造了氫能大規模推廣的先決條件。仍以中氫能源為例。中氫能源從1997年中氫能源“水劑氫氧燃燒器”取得國家發明專利，到2012年中氫能源“水劑氫氧源一體提取多用機裝置”獲國家專利，該公司一直堅持讓市場與用戶驗證技術的原則從事氫能的推廣應用。市場和用戶給了他們認可，他們也不斷使自己的技術設備更加成熟、更加可靠。據記者了解，該公司的氫能項目成功解決了以下問題。

其一，均衡解決轉換過程中的關鍵技術問題，即解決水分離過程中用電轉換率低、能耗大、極板使用壽命短、整機體積大、笨重、有污染排放等問題。在轉換過程中，打破了常規的電解方式，采用了磁效應多腔多級折射電解分離。在分離器內，裝有內磁環和外磁環以水為導體，產生磁效應、電解快速分離。工藝上再加上折射，使之達到產氣量平衡、平穩，提高產氣速度、轉換效率、降低能耗。不需更換電極，提高了使用壽命。并可根據用戶需求制作不同型號的設備，設備使用壽命可達8至10年。

其二，解決了氣體的儲存及壓力恒定、燃燒時火焰溫度可調整、結構、外形、電路自動控制等技術問題。氫氣氣體儲存壓力恒定，是保證產氣量和安全方面的重要指標，本技術采用壓力傳感器將壓力數據自動取出，反饋控制回路，控制分離器的分離速度，達到氣壓均衡、平穩，保證產氣量生成。火焰溫度調整、結構外形，是氣體燃燒應用的重要技術指標。

其三，解決分離器、整體結構、外形、儲存器、輸出氣量平衡比值引起的一系列技術問題。分離器整體結構、外形合理與否，決定分離器質量和整體燃燒器的體積大小、產氣速度和產氣量。該公司設備分離器技術采用的是卡握式緊固結構，外形為圓形。這種結構方式，可以隨機型大小，產氣量多少，隨意調整組合，有牢固、耐用、平穩等優點。儲存器，輸出氣量平衡比值是保證氣體質量，和應用質量的重要技術，本設備采用的是模擬數字信號控制主回路，其目的達到保證氫氧氣儲存壓力平衡，輸出氣量根據所需要的比值配比。

其四，解決控制、分離、穩定、輸出氣量恒定等相關技術問題，使其達到快速分離。設備是整體生產、單機作業、隨用隨產、使用中確保應用安全、方便、適應常人操作。為此采用了模擬數字信號，可感應電路：將氣路、水路的信號傳到控制器來控制主回路，完成整機同步控制產氣量、輸出氣量等參數。使之整機平穩安全工作，快速分離，完成和達到良好的使用效果。

其五，在使用效果方面，本項目打破傳統電解方法，提高了轉換率，用廉價的水來制取氫氧氣體的設備，使應用成本下降50%。通過幾年來的應用，進行了產品結構的改進，增加多腔多級卡握式結構，替代原來的固定式結構，可根據用戶需求調整機型和產氣量的大小。

可以預見，氫能在我國大規模推廣應用的時代或將到來。