「嘘寒小猪」这项新技术让氢燃料电池不再遥远,摆脱高成本低效率

汽车与我们的日常生活息息相关 , 每天迎来送往的路程中都有它的身影 。 对于汽车 , 也许有说不出的感情 , 有喜爱也有厌恶 。 这种既相爱又相杀的矛盾充斥下 , 才显得我们的汽车生活如此真实 。 也正是这样的原因 , 人们在接受汽车带来的方便、高效的同时 , 也不断地在挑剔着汽车的“短板” , 比如说尾气排放 。
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国家统计局数据表示 , 在2018年末我国的汽车保有量为2.31亿辆 , 并预计在2030年汽车保有量将增长至3.5亿-5.5亿辆 。 汽车保有量的增长 , 意味着尾气的排放量尤其是当中的二氧化碳排放量同步增长 。 为此 , 全球各国政府均致力于在环保领域发力 , 以严苛细致的政策对内燃机进行规管 。 并引导汽车企业和市场 , 发展并接受有别于内燃机的动力来源 , 也就是我们常说的汽车电动化 。 就目前的发电技术而言 , 汽车电动化还不是最为清洁的能源 , 氢燃料电池技术才是汽车零排放的终极目标 。 可是当下氢能的获取方式 , 在工艺的复杂性、成本还是较难作商业化推广 。
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在制氢方面 , 目前常用的有几种方式:采用化石燃料制取氢气;从化工副产物中提取氢气:采用来自生物的甲醇甲烷制取氢气 , 以及利用太阳能、风能对水进行电解 。 作为相对传统的方式 , 化石燃料制氢的短板在于既离不开对化石燃料的依赖 , 同时依然会排出二氧化碳等温室气体 , 降低了制氢的环保价值 。
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比如以天然气制氢为例 , 其过程需要在一定的压力和高温及催化剂作用下 , 对天然气中甲烷和水蒸汽发生化学反应 , 吸热转化为氢气和一氧化碳 。 再通过换热、冷凝、气水分离的水气转移反应 , 将气体依序通过装有3种特定吸附剂的吸附塔 , 进一步转化为二氧化碳和氢气 。 煤炭制氢是另一种化石燃料制氢的方式 , 其商业化技术成熟 , 但由于反应过程需要制热和水气转移等 , 因此制氢过程要比前面的天然气制氢要复杂 , 同时其成本要更高 。
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电解水制氢 , 相信是不少人了解制氢方式的起始点 。 顾名思义 , 这是一种以水为原料 , 制氢过程是氢气与氧气反应生成水的“逆过程” 。 因此只要提供一定形式的能量 , 则可使水分解 , 而且所得氢气纯度非常高 , 电解水方式所制出的氢气效率一般可达到75%-85% 。 虽然此技术有着工艺过程简单、无污染的优点 , 但电量消耗巨大 , 因此其应用受到一定的限制 。 综合来说 , 包括电解水、化石燃料制氢、甲醇裂解制氢和焦炉气制氢等工艺已经具备 , 但多维度分析每种方式都有短板 , 有些甚至是把污染从产业下游“搬“到上游而已 。
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最近 , 加拿大安大略科技大学(UniversityofOntarioInstituteofTechnology)的研究人员正在研究一种新方法 , 通过微波产生等离子体(质壁分离) , 将水蒸气分解成氢气 。
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该技术利用等离子体放电 , 以直接放电的蒸汽流在107摄氏度时会进入定制研发的反应堆中 , 而该反应堆位于900W微波内 , 高电场产生的高能电子会加速2.45GHz微波与水蒸气分子的碰撞 , 从而使此类分子被电离并解离成氢和氧自由基;在铈钨天线的尖端 , 水蒸气会发生电离、重组和分解 。 未被分解的水蒸气会在回流冷凝器中冷凝 , 以避免与氢气和氧气进行重组 。