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氢燃料电池重大突破-原料木糖提取氢气

13-04-17 23:07 3816次浏览
灵股子
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弗吉尼亚理工大学(Virginia Tech)的研究人员已发现从植物原料中有效提取氢的方法,克服了氢燃料电池技术中的几大障碍之一。正是这些障碍导致奥巴马政府将氢燃料电池技术搁置一边。

“我们认为这一发现会改变可替代能源行业的游戏规则。”弗吉尼亚理工大学生物系统工程系副教授珀西瓦尔·张(Y.H. Percival Zhang)表示。张带领弗吉尼亚理工大学的一支团队开发了从木糖中制备大量氢气的方法。木糖是一种广泛存在于自然界中的单糖,植物细胞壁的30%由其构成。

传统上,氢通过对天然气的汽化重整来制取,这一过程会浪费掉储存于天然气中的一部分能量,同时释放出大量的二氧化碳。2009年在接受《麻省理工科技评论》(MIT Technological Review)杂志采访时,美国能源部长朱棣文曾表示,汽车行业氢燃料电池技术面临的四大障碍中,氢的传统来源是第一个障碍:

“我一直对它持某种怀疑态度,因为目前我们主要从天然气的重整中获取氢。这并不是一个理想的来源。你会浪费掉天然气中的一部分能量,而天然气是一种非常宝贵的燃料。”

朱棣文刚刚将燃料电池汽车的开发预算从2.5亿美元削减至7,000万美元,他认为由电池驱动的电动汽车能比预期更快地达到奥巴马政府提出的“能与每加仑燃料行驶45甚至50英里的内燃发动机汽车竞争的20,000美元个人汽车”的目标。

在氢燃料电池技术方面,人们对奥巴马提名接替朱棣文的埃内斯特·莫尼兹(Ernest Moniz)所知甚少。但他2004年在麻省理工学院出席一个活动时表达了类似的看法:“考虑到安全以及环境问题,我们无法承受将关注重点放在这一方向。”他在谈到氢燃料电池技术时说道。

在弗吉尼亚理工大学,张一直在研究利用酶从植物生物质中提取氢的方法。最近一期的Angewandte Chemie报告说,当该团队将木糖放入含有13种酶的混合液体中时,他们在低温条件下得到了氢气,这是一个突破:

“为了产生氢气,弗吉尼亚理工大学的科学家们从原生微生物中分离出多种酶,制成无法在自然界中获取的特制的多酶混合液。这些酶在与木糖和一种多磷酸盐结合时,会从木糖中释放出氢气,产量之大前所未有……木糖中所含的能量分解了水分子,生产出高纯度的氢气,可直接用于质子交换膜燃料电池。更具吸引力的是,这一反应可在较低温度下发生,产生的氢能比木糖和多磷酸盐中储存的化学能还要高。该结果的能效超过了100%——是一种净能量增益。这意味着低温下浪费的热能首次可用于生产高能量的氢气。

——弗吉尼亚理工大学

根据弗吉尼亚理工大学的报告,张的发现得到了乔纳森·米伦茨(Jonathan R. Mielenz)的认可,他是橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)生物科学部的小组领导。

“这一令人兴奋的发现的关键之处在于张使用了植物中分布第二广泛的糖制取氢气。”米伦茨告诉弗吉尼亚理工大学,“这使氢的制取具有重要的额外好处,它降低了从生物质中制氢的整体成本。”

米伦茨预计张的工艺能在3年后发展成为价值达1,000亿美元的制氢市场。即使这一预测能变为现实,朱棣文还提到了氢燃料电池技术面临的另外三个障碍:

“其他的问题是,在运输方面,我们还没找到理想的储存办法。压缩氢气是目前最好的办法,[但它需要]占用非常大的容积。我们还没想出如何储存高浓度的氢。还有什么?氢燃料电池还未发展成熟,输送氢气的基础设施也不足。因此你必须马上同时解决四个问题。因此,它看起来始终像是一个遥远的未来。如要推广氢燃料电池的使用,你需要取得四项重大的技术突破。这让氢燃料电池的推广无法实现。”

虽然削减了氢燃料电池项目的费用,能源部在攻克这些障碍方面仍取得了一些进展。例如,它最近发布了一份关于运输氢气的可行性报告,办法是将氢气混入现有的天然气管道设施中。

“在更长久的未来,在上游注入氢气然后在下游提取氢气以供燃料电池电动汽车或固定式燃料电池使用时,混和可能会为氢气的运送提供经济的方式。”该报告总结说。

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sosolo

14-03-11 12:50

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制氢要产业化的话,还得看日本的技术,去找找日本主流的制氢技术就知道哪个技术可以产业化了
丽东酒店

14-03-11 12:47

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氢燃料电池是现在市场上的大热啊。 002604 今天还出利好;:
  龙力生物低聚木糖产品通过美国FDA认证
  龙力生物3月10日晚间公告称,公司近日收到美国食品药品监督管理局 FDA(Food and Drug Administration)的来函,公司的低聚木糖产品通过美国 FDA GRAS 和 FDA NDI 的官方认可,FDA GRAS证明产品无毒、无害和任何副作用,可以用于成人的食品,糖果和饮料;FDA NDI证明产品可以作为主方和配方添加到任意一款保健品中。

  公司表示,低聚木糖产品通过FDA的相关审核认证,标志着产品的安全性及品质保证能力,将对公司的业绩产生一定积极的影响。(来源:中国证券网)
  “为了产生氢气,弗吉尼亚理工大学的科学家们从原生微生物中分离出多种酶,制成无法在自然界中获取的特制的多酶混合液。这些酶在与木糖和一种多磷酸盐结合时,会从木糖中释放出氢气,产量之大前所未有……木糖中所含的能量分解了水分子,生产出高纯度的氢气,可直接用于质子交换膜燃料电池。更具吸引力的是,这一反应可在较低温度下发生,产生的氢能比木糖和多磷酸盐中储存的化学能还要高。该结果的能效超过了100%——是一种净能量增益。这意味着低温下浪费的热能首次可用于生产高能量的氢气。
  
  ——弗吉尼亚理工大学
scottxiao

13-04-18 18:15

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有啥了不起的,山寨之!
灵股子

13-04-18 17:44

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中国电动车正在退烧,欧美日车企已经对氢燃料电池汽车热度不断升温,而这一次我们又掉队了。

  1月24日,宝马与丰田联盟,计划到2020年联合生产一款氢燃料电池汽车。4天后戴姆勒、福特和日产汽车也宣布在2017年之前共同推出一款氢燃料电池汽车。预期激烈的竞争前景使得国际车企巨头纷纷抛弃前嫌,和竞争对手抱团应对。

  此前,车企采用单打独斗抢夺氢燃料电池汽车的技术控制权,并伺机产业化。奔驰最新计划在2017年量产氢燃料电池汽车;本田、丰田、日产、通用等车企则认为2015年是推广的最好时机,计划在当年量产氢燃料电池汽车。

  与国际车企的“狂热”不同,国内车企大多数冷眼相对。“国内车企最近五年热度确实不高,除了上汽,据我了解目前还没有其他车企在持续推动研发。”既是燃料电池国家工程研究中心的博士,又兼任大连新源动力股份有限公司副总经理的侯中军,在2月25日接受本报记者采访时说。

  有业内人士担心,氢燃料电池汽车相对于纯电动汽车有其自身独特的优势,国内车企已经踏空混合动力技术预期,有可能再度错失氢燃料电池汽车未来市场。

  冰火两重天

  氢燃料电池汽车研究始于上世纪90年代,最初十多年国内研究几乎紧跟发达国家。“十一五”初期获得了国家较大支持,一度热度颇高。

  2005年前后,曾有多家国内车企研发氢燃料电池汽车,其中包括上汽、东风、一汽、奇瑞、北汽福田等车企,但此后多数研发者变得默默无闻,只有上汽推出了上海牌Plug-in燃料电池轿车,奇瑞和一汽推出燃料电池版东方之子和奔腾,并都在2010年上海世博会上短暂亮相。

  2008年前后纯电动汽车产业热潮膨胀后,氢燃料电池汽车逐渐被冷落。“汽车产业对于燃料电池技术的直接介入已经不积极,车企大多以观望为主。”侯中军说。

  中国汽车工业协会副秘书长叶盛基认为,“最近几年车企改变了对氢燃料电池汽车的市场的预期,企业预期氢燃料电池汽车市场化需要更长时间,应该比混合动力和纯电动汽车要迟一些。”

  但国际车企巨头似乎持有另一种观点,认为氢燃料电池汽车的产业化与混合动力、纯电动汽车的产业化并没有明显的先后关系,而是重叠的,多家车企都把2015年作为氢燃料电池汽车的产业化起点。

  中国车企热度降低后,国际车企经过前期技术积累进入第二阶段,戴姆勒、福特、本田、丰田、日产、通用、现代等汽车公司进行收购燃料电池企业作为其下属零部件公司,或车企直接成立燃料电池电堆开发部门,自行开发燃料电池电堆,纷纷形成了自主的燃料电池电堆开发能力。

  在产业链条上,中国也完全被动,氢燃料电池的关键部件隔膜、催化剂、炭纸等材料目前主要以进口为主,主要是技术含量较高和垄断的原因,价格昂贵。

  2012年前后,国际车企技术已经基本达到产业化要求。去年12月,现代ix35改款氢动力车在韩国蔚山工厂开始生产,并预计到2015年ix35氢动力版的保有量将达到1000辆;奔驰氢燃料车原计划在明年量产;本田、丰田、日产、通用的氢燃料电池车都计划在2015年上市。

  为了应对产业化的市场培育困难等障碍,与传统燃油汽车技术严守机密不同,国际巨头在氢燃料电池车技术上更为开放。丰田在上个月决定,将为宝马提供动力系统和氢气存储技术,而宝马则将应用该技术在2015年前设计一款车;戴姆勒在2010年安排了70辆试验车通过出租给公司或私人的方式在美国进行测试,今年早些时候也与福特和日产汽车结成氢燃料电池汽车开发联盟。

  企业脱节研发

  中国车企的氢燃料电池技术,已经全面落后于欧美日车企,特别是在电池寿命与成本上。863计划“节能与新能源汽车”重大项目办公室特聘专家王秉刚表示,国内相关企业氢燃料电池的稳定寿命还在2000小时左右,而国际先进技术已经可以达到8000小时左右。

  “氢燃料电池设计寿命要达到5000小时才能达到产业化目标要求。”侯中军说。目前德国戴姆勒公司开发燃料电池B级车、丰田开发燃料电池SUV、本田公司的FCX clarity轿车和美国通用公司的Equinox SUV都已达到相关要求。

  氢燃料电池汽车成本过高是全球车企需要共同面对的问题,但中国相关数据早在2008年就已经被拉开较大差距。根据国际氢能与燃料电池伙伴组织报告,当年燃料电池系统成本数据显示,美国为73美元/kW,韩国66美元/kW,而中国为130美元/kW。

  列入量产化计划的国际巨头正致力于成本的降低。丰田汽车宣称其氢燃料电池SUV在2015年价格可由13万美元降低至5万美元;奔驰在今年年初计划与福特、日产共享氢燃料电池汽车技术,目的之一也为降低成本。

  侯中军认为国际巨头加速推进产业化是因为氢燃料电池汽车本身的优势,据其提供的数据,氢燃料电池汽车电源系统总能量密度约为316wh/kg,而目前纯电动车用锂电池系统能量密度大多低于100wh/kg。

  据奔驰公布的信息,其氢燃料电池汽车加满燃料的续航能力达400公里,百公里耗能相当于3.3升汽油,而加满氢燃料的过程仅需3分钟。

  这些数据相对于中国车企痴迷的纯电动汽车技术高出许多。侯中军认为,中国车企在轻燃料电池技术上的落后,源于研发模式的不合理。中国采用了机构、高校负责氢燃料电池汽车研发的模式,没有鼓励企业参与研发,企业积极性不高,导致市场化研发缺位。

  政府过去几年在政策上冷落氢燃料电池汽车是企业过于单一迷恋纯电动汽车的一个重要原因。2008年后,新能源汽车发展路线选择时,中国政府引导政策主要针对纯电动汽车制定,基本放弃氢燃料电池汽车。而欧美日政府一直在加大扶持,比如英国政府就在最近提出,将大力发展氢燃料电池汽车,其计划2030年之前英国氢燃料电池车保有量达到160万辆,并在2050年之前使其市场占有率达到30%-50%。

  “政府对于新能源汽车,包括氢燃料电池汽车引导性投入还是太少,应该加大投入。”叶盛基说。
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