当前部分地区氢能产业面临着“找不到氢、用不起氢、不能安全用氢”等发展瓶颈,甲醇重整制氢+燃料电池发电被看作是有效解决目前难题的重要路径。
近期,甲醇重整制氢燃料电池一系列事件引发关注。阳氢集团自主研发的全球首套甲醇燃料氢能1MW柔性源发电系统正式运营;国家电投、博世集团等也在开展甲醇重整氢燃料电池关键技术及系统的研究。在众多企业推动下,甲醇重整制氢燃料电池正逐渐迎来发展新风口。
众多企业为何布局甲醇重整制氢燃料电池,甲醇重整制氢燃料电池前景如何?在推广过程中又面临着哪些难点?
推动甲醇重整制氢多元化应用
甲醇重整制氢燃料电池发电是解决柴油机替代、氢气储运难题的有效路径之一。目前,甲醇重整制氢+氢燃料电池系统作为“发电机”系统,并且已实现商业化的路线有两种,分别是高温甲醇重整制氢燃料电池和低温甲醇重整制氢燃料电池。
高温甲醇重整制氢燃料电池技术是甲醇重整+高温质子交换燃料电池。该技术最大缺陷在于效率低、体积大、寿命短、催化剂和高温质子交换的技术问题未得到有效解决。因此,目前该路线尚未得到市场广泛认可。
与之相对应的低温甲醇重整制氢燃料电池,则是甲醇重整制氢+氢气提纯+普通氢燃料电池,该路径是将甲醇水重整获得的富氢进行提纯,获得超过99.99%纯度的高纯氢,氢气再进入燃料电池电堆发电。
低温甲醇重整制氢燃料电池可以看做是甲醇重整制氢技术、氢气提纯技术与纯氢燃料电池技术的集成。将甲醇中制取的氢气提纯为供给燃料电池所需的高纯氢气,是其至关重要的一步。
氢气提纯技术又分为高压吸附(PSA)法和膜分离法,由于PSA法要使用的大型设备且需要大量维护工作,具有一定的区域局限性,因此多数甲醇重整制氢企业通常采用钯膜分离法,以小设备替代大化工,从而在需要移动或占地面积小的项目中实现甲醇在线制氢,即产即用。
钯膜分离法让甲醇重整制氢燃料电池的体积缩小,在同等发电量的情况下,甲醇产氢机的体积相当于氢罐体积的三分之一,该技术搭配各种功率的氢燃料电池,则可实现多元化应用。
低温甲醇重整制氢燃料电池系统既可分布式独立供电,也可高效协同风力、光伏发电灵活组建增量配电网,灵活应用于定置电源、工地施工临时电源、智慧大棚能源站、车船用甲醇氢电动力、工业园区热电联产以及城市电力救援等多元化场景,能满足工业、建筑、交通、农业等领域全场景用电需求。
目前,阳氢集团、远程新能源、上海合既得、广东合即得、广东能创、山东潍氢等企业已推出了低温甲醇重整制氢燃料电池产品。
其中,阳氢集团自主研发的甲醇燃料氢能1MW柔性源发电系统,单个甲醇氢能发电模块发电功率达100kW,单柜可输出400kW。通过钢结构积木式堆叠,集成甲醇制氢、氢能发电、余热回收、碳捕集利用等技术,系统可实现“十兆瓦-百兆瓦”大功率输出,热、电耦合系统能源利用效率超80%。
产业化瓶颈仍有待突破
由于甲醇燃料来源丰富、成本低廉,使得甲醇重整制氢燃料电池的用氢成本相比于使用纯氢燃料电池的燃料成本降低50%以上。随着低温甲醇重整制氢燃料电池的技术发展,低温甲醇重整制氢燃料电池的示范项目也在逐渐增多。
近日,阳氢集团与青岛地铁集团达成合作,将开展地铁三期工程甲醇氢能发电应用示范;5月30日,远程新能源与玉门祥天、卡力互联科技签署了战略合作协议,将开启星瀚G醇氢电一体重卡市场投放进程,该车搭载了广东能创生产的甲醇重整制氢发动机,额定功率112kW。
虽然低温甲醇重整制氢燃料电池市场化进程已经开启,但是目前系统成本高、启动时间长、催化剂效率低、缺少实际运营的数据支撑等弱点,限制了该技术的市场化发展。
在系统成本方面,由于纯氢燃料电池本身成本就很高,在此基础上叠加甲醇重整制氢设备和钯膜纯化设备的成本,使得低温甲醇重整制氢燃料电池系统的总体成本高出纯氢燃料电池成本的一倍以上。甲醇重整制氢燃料电池高额的定价,往往使消费者望而却步。
在启动时间方面,由于钯膜在氢气纯化前必须通过加热的形式,将钯膜加热至300~500°C,而且受限于材料的原因,加热速度不能过快,因此低温甲醇重整制氢燃料电池启动时间至少在30分钟以上,影响了低温甲醇重整制氢燃料电池的应用推广。
在催化剂效率方面,催化剂是甲醇重整制氢技术的关键,目前用于甲醇重整制氢的催化剂主要包括贵金属铂钯基和铜基催化剂,其中铂钯基催化剂虽然稳定性较好,活性高,但是成本高昂,反应温度过高。而铜基催化剂成本低廉,低温反应活性较好,但其稳定性差,高温反应易失活。在催化剂材料的选择上,还需要整个行业拿出更适合的方案。
在市场运营方面,由于当前低温甲醇重整制氢燃料电池应用案例较少,缺少实际运营的数据支撑,消费者对低温甲醇重整制氢燃料电池产品在实际应用中的表现信心不足。
“重整制氢燃料电池可以有效解决用户找不到氢、用不起氢、不能安全用氢的情况,随着低温甲醇重整制氢燃料电池应用案例的逐渐增多,也越来越引发业界的关注。目前整个氢能产业正壮大发展,无论是氢燃料电池,还是甲醇燃料电池,都在向大功率、低成本、高效率的方向发展,在多元化的应用过程中,两者将形成发展合力,共同推动氢能生态链的建立和完善。”阳氢集团能源方案经理刘汝鼎认为。