氢能源大规模推广应用或将成为现实

文 本刊记者 陈向国

作为能源消耗大国，中国面临三大问题：一是需求量大，但资源严重不足，化石能源的日益匮乏；二是能源以煤为主，难以高效、洁净利用，且污染严重；三是能源利用效率低下。除此之外还存在着在使用以煤为主的传统化石能源过程中产生大量的温室气体、有害气体，导致空气质量下降、生态环境遭受破坏越来越严重的问题。面对如此形势，该采取怎样的应对措施？解决这些问题，可从两方面着手：一是提高传统能源的利用率，对使用过程中产生的温室气体、有毒气体进行严格的控制、治理；二是开发新能源、清洁能源，尽量少用传统化石能源，以改变我国的能源生产、消费结构。

解决以上危机，氢，这个宇宙中最常见的元素，作为新能源，被寄于担负起这个重大的历史使命的厚望。氢能是清洁、高热值能源，在工业、军工、航天等领域具有不可替代的地位。对于氢能的开发，欧美发达国家比我国起步早。我国对氢能的开发也非常重视：氢能的开发应用已被我国政府列为《二十一世纪议程》可持续发展计划的高科技项目；已列入国家创新基金2000年扶持发展目录；《中华人民共和国可再生能源法》也将包括氢能在内的可再生能源的开发利用列为能源发展的优先领域。但之前的由于成本、技术成熟度与可靠性等问题使氢能的大规模推广应用受到极大限制。如今，这些问题已经被一一破解。

氢能开发、应用曾长期匍匐前进

氢能不能普及制造与应用的原因在于成本居高不下等问题的存在。根据相关文献报道，用电解法可将水分解成氢气和氧气，如果用高温电解水蒸气的方法，设备投入费用高，生产工艺复杂，拉升生产成本；如用太阳能作为一种辅助能源进行高温电解，可进一步降低能耗，但初始造价昂贵，还是不能普及推广；如在电极上覆上催化剂或半导体材料催化电解，虽降低了能耗，但使用寿命问题比较突出；如用其它辅助能源降低制氢电耗，也增加了输入能量。总而言之，传统电解氢氧生产虽然结构简单，为现代生产氢普遍采用，但缺点是电耗量高，无法降低生产成本，阻碍了氢能的普及推广。1995年日本马自达公司研制的HRX-2氢能汽车路试成功，只因氢燃料成本太高，至今无法推广使用。

高成本等问题已经被解决

实现这个突破的是我国的一家专业公司：中氢联合能源科技（北京）有限公司（以下简称中氢能源）。实现这个突破的核心技术设备是该公司的“水剂氢氧源气体燃热器多用机”装备。其可廉价制氢，随产随用。成本的降低使氢能的推广应用成为可能。而一旦推广应用其意义重大。氢能的推广应用具有两方面重大意义：一是其自身是高效又清洁的新能源，是化石能源的重要代替者。氢是等质量热值最高的燃料，每千克氢燃烧后的热量约为汽油的3.5倍、酒精的3.9倍、焦炭的4.5倍。同时，氢能源最清洁，燃烧后又生成水，这种可再生性，使其取之不尽用之不竭；二是氢能够与燃煤、燃气、燃油等混烧，可以与诸多现有产业进行对接，促进其升级换代和转变发展方式。该设备产出氢气的同时，释放氧气，氧气作为富氧燃烧，应用于燃煤、燃油、燃气锅炉以及秸秆气化炉，经国际权威机构检测，在混入10%以上氢气可降低燃煤成本30%以上，降低天然气成本25%以上，降低燃油成本30%以上。

为了证实使用氢能可以降低成本，记者查阅了相关技术资料，结果显示：液态氢替代汽油用于内燃机。若以产生的热量一致粗略计算，购买氢气所花的费用约为16.8元，而汽油大概要30元。

该公司突破世界性技术难题并非偶然。早在1997年，中氢能源“水剂氢氧燃烧器”取得国家发明专利；1998年，该燃烧器在首届“亚洲尤里卡”世界发明博览会上获得欧共体国际荣誉联合评选委员会、亚洲科学院和法国欧亚联合发展协会的一致好评，被评选为国际最高金奖，公司专家被授予“对人类贡献”荣誉称号；2010年，中氢能源“水剂氢氧源气体燃热器多用机”和“内燃机用水剂氢氧发生装置”取得国家发明专利；2012年，中氢能源“水剂氢氧源一体提取多用机装置”获国家专利；同年，中氢联合水剂氢氧源气体燃热器多用机通过国家级科学技术成果鉴定。鉴定结果为：“该项目经济和环境效益显著，符合国家节能减排产业政策的要求，评定该项目技术为国内首创，并达到国内领先水平，一致同意该项目通过科技成果鉴定”。该企业也于该年通过了国家高新技术企业认证。可以说，中氢能源是众多致力于氢能应用企业中的佼佼者。毋庸置疑，正是这些众多“氢能人”不懈的努力才有了今日的重大突破。据悉，本技术装置填补了国内外空白。

已经具备成熟性与可靠性

大规模的应用推广依赖于相对低廉的成本，成熟可靠性高的技术设备。中国“氢能人”依靠不断地努力创造了氢能大规模推广的先决条件。仍以中氢能源为例。中氢能源从1997年中氢能源“水剂氢氧燃烧器”取得国家发明专利，到2012年中氢能源“水剂氢氧源一体提取多用机装置”获国家专利，该公司一直坚持让市场与用户验证技术的原则从事氢能的推广应用。市场和用户给了他们认可，他们也不断使自己的技术设备更加成熟、更加可靠。据记者了解，该公司的氢能项目成功解决了以下问题。

其一，均衡解决转换过程中的关键技术问题，即解决水分离过程中用电转换率低、能耗大、极板使用寿命短、整机体积大、笨重、有污染排放等问题。在转换过程中，打破了常规的电解方式，采用了磁效应多腔多级折射电解分离。在分离器内，装有内磁环和外磁环以水为导体，产生磁效应、电解快速分离。工艺上再加上折射，使之达到产气量平衡、平稳，提高产气速度、转换效率、降低能耗。不需更换电极，提高了使用寿命。并可根据用户需求制作不同型号的设备，设备使用寿命可达8至10年。

其二，解决了气体的储存及压力恒定、燃烧时火焰温度可调整、结构、外形、电路自动控制等技术问题。氢气气体储存压力恒定，是保证产气量和安全方面的重要指标，本技术采用压力传感器将压力数据自动取出，反馈控制回路，控制分离器的分离速度，达到气压均衡、平稳，保证产气量生成。火焰温度调整、结构外形，是气体燃烧应用的重要技术指标。

其三，解决分离器、整体结构、外形、储存器、输出气量平衡比值引起的一系列技术问题。分离器整体结构、外形合理与否，决定分离器质量和整体燃烧器的体积大小、产气速度和产气量。该公司设备分离器技术采用的是卡握式紧固结构，外形为圆形。这种结构方式，可以随机型大小，产气量多少，随意调整组合，有牢固、耐用、平稳等优点。储存器，输出气量平衡比值是保证气体质量，和应用质量的重要技术，本设备采用的是模拟数字信号控制主回路，其目的达到保证氢氧气储存压力平衡，输出气量根据所需要的比值配比。

其四，解决控制、分离、稳定、输出气量恒定等相关技术问题，使其达到快速分离。设备是整体生产、单机作业、随用随产、使用中确保应用安全、方便、适应常人操作。为此采用了模拟数字信号，可感应电路：将气路、水路的信号传到控制器来控制主回路，完成整机同步控制产气量、输出气量等参数。使之整机平稳安全工作，快速分离，完成和达到良好的使用效果。

其五，在使用效果方面，本项目打破传统电解方法，提高了转换率，用廉价的水来制取氢氧气体的设备，使应用成本下降50%。通过几年来的应用，进行了产品结构的改进，增加多腔多级卡握式结构，替代原来的固定式结构，可根据用户需求调整机型和产气量的大小。

可以预见，氢能在我国大规模推广应用的时代或将到来。