氫能源大規(guī)模推廣應(yīng)用或?qū)⒊蔀楝F(xiàn)實(shí)

文 本刊記者 陳向國(guó)

作為能源消耗大國(guó)，中國(guó)面臨三大問(wèn)題：一是需求量大，但資源嚴(yán)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(yán)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(tǒng)化石能源過(guò)程中產(chǎn)生大量的溫室氣體、有害氣體，導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降、生態(tài)環(huán)境遭受破壞越來(lái)越嚴(yán)重的問(wèn)題。面對(duì)如此形勢(shì)，該采取怎樣的應(yīng)對(duì)措施？解決這些問(wèn)題，可從兩方面著手：一是提高傳統(tǒng)能源的利用率，對(duì)使用過(guò)程中產(chǎn)生的溫室氣體、有毒氣體進(jìn)行嚴(yán)格的控制、治理；二是開(kāi)發(fā)新能源、清潔能源，盡量少用傳統(tǒng)化石能源，以改變我國(guó)的能源生產(chǎn)、消費(fèi)結(jié)構(gòu)。

解決以上危機(jī)，氫，這個(gè)宇宙中最常見(jiàn)的元素，作為新能源，被寄于擔(dān)負(fù)起這個(gè)重大的歷史使命的厚望。氫能是清潔、高熱值能源，在工業(yè)、軍工、航天等領(lǐng)域具有不可替代的地位。對(duì)于氫能的開(kāi)發(fā)，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家比我國(guó)起步早。我國(guó)對(duì)氫能的開(kāi)發(fā)也非常重視：氫能的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已被我國(guó)政府列為《二十一世紀(jì)議程》可持續(xù)發(fā)展計(jì)劃的高科技項(xiàng)目；已列入國(guó)家創(chuàng)新基金2000年扶持發(fā)展目錄；《中華人民共和國(guó)可再生能源法》也將包括氫能在內(nèi)的可再生能源的開(kāi)發(fā)利用列為能源發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域。但之前的由于成本、技術(shù)成熟度與可靠性等問(wèn)題使氫能的大規(guī)模推廣應(yīng)用受到極大限制。如今，這些問(wèn)題已經(jīng)被一一破解。

氫能開(kāi)發(fā)、應(yīng)用曾長(zhǎng)期匍匐前進(jìn)

氫能不能普及制造與應(yīng)用的原因在于成本居高不下等問(wèn)題的存在。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)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(shè)備投入費(fèi)用高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，拉升生產(chǎn)成本；如用太陽(yáng)能作為一種輔助能源進(jìn)行高溫電解，可進(jìn)一步降低能耗，但初始造價(jià)昂貴，還是不能普及推廣；如在電極上覆上催化劑或半導(dǎo)體材料催化電解，雖降低了能耗，但使用壽命問(wèn)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(tǒng)電解氫氧生產(chǎn)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為現(xiàn)代生產(chǎn)氫普遍采用，但缺點(diǎn)是電耗量高，無(wú)法降低生產(chǎn)成本，阻礙了氫能的普及推廣。1995年日本馬自達(dá)公司研制的HRX-2氫能汽車(chē)路試成功，只因氫燃料成本太高，至今無(wú)法推廣使用。

高成本等問(wèn)題已經(jīng)被解決

實(shí)現(xiàn)這個(gè)突破的是我國(guó)的一家專(zhuān)業(yè)公司：中氫聯(lián)合能源科技（北京）有限公司（以下簡(jiǎn)稱中氫能源）。實(shí)現(xiàn)這個(gè)突破的核心技術(shù)設(shè)備是該公司的“水劑氫氧源氣體燃熱器多用機(jī)”裝備。其可廉價(jià)制氫，隨產(chǎn)隨用。成本的降低使氫能的推廣應(yīng)用成為可能。而一旦推廣應(yīng)用其意義重大。氫能的推廣應(yīng)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(zhì)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(shí)，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?xì)狻⑷加偷然鞜?，可以與諸多現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)進(jìn)行對(duì)接，促進(jìn)其升級(jí)換代和轉(zhuǎn)變發(fā)展方式。該設(shè)備產(chǎn)出氫氣的同時(shí)，釋放氧氣，氧氣作為富氧燃燒，應(yīng)用于燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t以及秸稈氣化爐，經(jīng)國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)，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(shí)使用氫能可以降低成本，記者查閱了相關(guān)技術(shù)資料，結(jié)果顯示：液態(tài)氫替代汽油用于內(nèi)燃機(jī)。若以產(chǎn)生的熱量一致粗略計(jì)算，購(gòu)買(mǎi)氫氣所花的費(fèi)用約為16.8元，而汽油大概要30元。

該公司突破世界性技術(shù)難題并非偶然。早在1997年，中氫能源“水劑氫氧燃燒器”取得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利；1998年，該燃燒器在首屆“亞洲尤里卡”世界發(fā)明博覽會(huì)上獲得歐共體國(guó)際榮譽(yù)聯(lián)合評(píng)選委員會(huì)、亞洲科學(xué)院和法國(guó)歐亞聯(lián)合發(fā)展協(xié)會(huì)的一致好評(píng)，被評(píng)選為國(guó)際最高金獎(jiǎng)，公司專(zhuān)家被授予“對(duì)人類(lèi)貢獻(xiàn)”榮譽(yù)稱號(hào)；2010年，中氫能源“水劑氫氧源氣體燃熱器多用機(jī)”和“內(nèi)燃機(jī)用水劑氫氧發(fā)生裝置”取得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利；2012年，中氫能源“水劑氫氧源一體提取多用機(jī)裝置”獲國(guó)家專(zhuān)利；同年，中氫聯(lián)合水劑氫氧源氣體燃熱器多用機(jī)通過(guò)國(guó)家級(jí)科學(xué)技術(shù)成果鑒定。鑒定結(jié)果為：“該項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益顯著，符合國(guó)家節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)政策的要求，評(píng)定該項(xiàng)目技術(shù)為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，并達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，一致同意該項(xiàng)目通過(guò)科技成果鑒定”。該企業(yè)也于該年通過(guò)了國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)認(rèn)證?？梢哉f(shuō)，中氫能源是眾多致力于氫能應(yīng)用企業(yè)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(jù)悉，本技術(shù)裝置填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外空白。

已經(jīng)具備成熟性與可靠性

大規(guī)模的應(yīng)用推廣依賴于相對(duì)低廉的成本，成熟可靠性高的技術(shù)設(shè)備。中國(guó)“氫能人”依靠不斷地努力創(chuàng)造了氫能大規(guī)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(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，到2012年中氫能源“水劑氫氧源一體提取多用機(jī)裝置”獲國(guó)家專(zhuān)利，該公司一直堅(jiān)持讓市場(chǎng)與用戶驗(yàn)證技術(shù)的原則從事氫能的推廣應(yīng)用。市場(chǎng)和用戶給了他們認(rèn)可，他們也不斷使自己的技術(shù)設(shè)備更加成熟、更加可靠。據(jù)記者了解，該公司的氫能項(xiàng)目成功解決了以下問(wèn)題。

其一，均衡解決轉(zhuǎn)換過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，即解決水分離過(guò)程中用電轉(zhuǎn)換率低、能耗大、極板使用壽命短、整機(jī)體積大、笨重、有污染排放等問(wèn)題。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，打破了常規(guī)的電解方式，采用了磁效應(yīng)多腔多級(jí)折射電解分離。在分離器內(nèi)，裝有內(nèi)磁環(huán)和外磁環(huán)以水為導(dǎo)體，產(chǎn)生磁效應(yīng)、電解快速分離。工藝上再加上折射，使之達(dá)到產(chǎn)氣量平衡、平穩(wěn)，提高產(chǎn)氣速度、轉(zhuǎn)換效率、降低能耗。不需更換電極，提高了使用壽命。并可根據(jù)用戶需求制作不同型號(hào)的設(shè)備，設(shè)備使用壽命可達(dá)8至10年。

其二，解決了氣體的儲(chǔ)存及壓力恒定、燃燒時(shí)火焰溫度可調(diào)整、結(jié)構(gòu)、外形、電路自動(dòng)控制等技術(shù)問(wèn)題。氫氣氣體儲(chǔ)存壓力恒定，是保證產(chǎn)氣量和安全方面的重要指標(biāo)，本技術(shù)采用壓力傳感器將壓力數(shù)據(jù)自動(dòng)取出，反饋控制回路，控制分離器的分離速度，達(dá)到氣壓均衡、平穩(wěn)，保證產(chǎn)氣量生成?；鹧鏈囟日{(diào)整、結(jié)構(gòu)外形，是氣體燃燒應(yīng)用的重要技術(shù)指標(biāo)。

其三，解決分離器、整體結(jié)構(gòu)、外形、儲(chǔ)存器、輸出氣量平衡比值引起的一系列技術(shù)問(wèn)題。分離器整體結(jié)構(gòu)、外形合理與否，決定分離器質(zhì)量和整體燃燒器的體積大小、產(chǎn)氣速度和產(chǎn)氣量。該公司設(shè)備分離器技術(shù)采用的是卡握式緊固結(jié)構(gòu)，外形為圓形。這種結(jié)構(gòu)方式，可以隨機(jī)型大小，產(chǎn)氣量多少，隨意調(diào)整組合，有牢固、耐用、平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。儲(chǔ)存器，輸出氣量平衡比值是保證氣體質(zhì)量，和應(yīng)用質(zhì)量的重要技術(shù)，本設(shè)備采用的是模擬數(shù)字信號(hào)控制主回路，其目的達(dá)到保證氫氧氣儲(chǔ)存壓力平衡，輸出氣量根據(jù)所需要的比值配比。

其四，解決控制、分離、穩(wěn)定、輸出氣量恒定等相關(guān)技術(shù)問(wèn)題，使其達(dá)到快速分離。設(shè)備是整體生產(chǎn)、單機(jī)作業(yè)、隨用隨產(chǎn)、使用中確保應(yīng)用安全、方便、適應(yīng)常人操作。為此采用了模擬數(shù)字信號(hào)，可感應(yīng)電路：將氣路、水路的信號(hào)傳到控制器來(lái)控制主回路，完成整機(jī)同步控制產(chǎn)氣量、輸出氣量等參數(shù)。使之整機(jī)平穩(wěn)安全工作，快速分離，完成和達(dá)到良好的使用效果。

其五，在使用效果方面，本項(xiàng)目打破傳統(tǒng)電解方法，提高了轉(zhuǎn)換率，用廉價(jià)的水來(lái)制取氫氧氣體的設(shè)備，使應(yīng)用成本下降50%。通過(guò)幾年來(lái)的應(yīng)用，進(jìn)行了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，增加多腔多級(jí)卡握式結(jié)構(gòu)，替代原來(lái)的固定式結(jié)構(gòu)，可根據(jù)用戶需求調(diào)整機(jī)型和產(chǎn)氣量的大小。

可以預(yù)見(jiàn)，氫能在我國(guó)大規(guī)模推廣應(yīng)用的時(shí)代或?qū)⒌絹?lái)。