敬登伟:可再生能源制氢最新进展

2017年12月06日16:44  来源:人民网
 

人民网12月6日电 今天,第二届氢能与燃料电池产业发展国际交流会在广东佛山举行,中国科学院郭烈锦院士团队的敬登伟博士就《可再生能源制氢最新进展》发表了主题报告。

以下为报告全文:

尊敬各位的专家、各位领导,大家上午好,非常高兴代表郭院士跟大家介绍氢能源可再生能源方面的工作。

我有五个方面,首先是研究背景,我们知道刚才彭苏萍院士也讲到我国的化石能源严重枯竭、雾霾等等就迫使我们寻找清洁、高效的可再生能源,2014习近平总书记能源生产消费革命的重要讲话,在这里尤其提到要形成煤、油、气、可再生能源多轮驱动的体系。我们非常重要的资源是太阳能,分布广泛、清洁无污染,但是太阳能能量密度低、不稳定、难储存,从整个世界规模来讲,利用太阳能有几点难以突破,即光伏技术、太阳能的热发电技术、光化学转化技术。我们知道太阳能难储存,所以我们要寻找可以储存的能量载体即氢能。我们的地球70%覆盖水,水是氢能重要来源,氢的特点是无污染、可再生。氢的优势非常优势,而且日本丰田汽车公司2014年已经商业化燃料电池汽车,汽车的续航历程达到700公里,加氢只用3-5分钟。但是氢从哪里来?氢是否绿色?氢燃料电池是否绿色?

我们积极探索太阳能从到氢,主要包括太阳能的光转化、光制氢转化。我们的规模可以在达到工业化,而光解水制氢最清洁的,而且得到能源学家、化学家极大的关注,而且在未来10年内有可能向工业化迈进,这是我们目前一个重点严重方向。我们关键就是解决太阳能的高效转化、制氢,首先我们可以看到制氢过程条件非常温和,我们目前已经取得很大的进展。我们从技术研究的角度来讲,我们把这个系统分为微观尺度、介观尺度、宏观的角度,也是我们一个重要的研究,这也是结合我们本学科的背景。

太阳能光催化规模高效分解水制,光催化剂颗粒层面微纳尺度能质传递强化,我们2013年以及近期在文章都有报道,无负载量子效率达到62%。我们研究了颗粒在介观尺度对能量的吸收,以及气泡在界面处的成核、长大,因为这关系到气泡能否高效的产生。在制氢系统层面,我们在展示了氢方面研发出了低精度的跟光系统,经过特殊的流动条件,我们解决了我们想要解决的问题。大家可以从PPT右边的图片看到,我们的右管不断有氢气泡的产生,本身的产出已经6.7%,既也可能有燃料电池的连接,这个系统的光能转化效率达到6%,而且不需要贵金属,这是目前国际报道的最高水平。

这是我们整体太阳能的视频,我们这个系统被国际学者发表论文发表了规模化制氢的运用前景,评价非常高。全球500强沙特基础工业公司主动与我们签订了战略合作协议。

太阳能驱动的生物质超临界水汽化制氢,涉及到材料腐蚀严重、产物难分离、反映温度过高、最大效率与反应温度不匹配。除了反映温度高,我们需要解决大量的能耗等等问题,针对上述的问题和挑战,我们提出了太阳能聚焦供热的热化学分界超临界水和生物质的集中处理。图中是我们通过热化学分解临界水和生物质制氢复杂体系下热力学模型的分析。我们也研究不同温度、压力、超临界水的特性对工艺参数进行优化,实现95%以上转化率,这是我们设计的流化反应器。我们通过它建立准则的方法。

我们也建立了低倍率聚焦太阳能供热吸热器与生物质超临界水气化制氢反应器两者耦合的设计理论几系统集成放大理论,我们实现太阳能温度达到1000度以上,实现高效的聚焦供热。这是系统的照片。通过这些反应器我们实现了成本和效率的突破,比如我们都达到美国能源部远期规划的指标,丹麦学者认为我们是太阳能制氢非常定型的例子。巴西生物质方面有很多学者做,他们认为我们有非常有代表性的成果。在基于生物质的基础上,我们进一步针对中国多煤少气的问题进行研究,我们知道常规的锅炉导致的雾霾问题,把煤作为特殊的反映剂放在里面,实现排放物以沉渣的形式而不是以气体的形式排放。我们可以看到,我们的技术可以适用各种煤炉,实现清洁、高效制氢。

这是我们另外一个前瞻性的技术太阳能生物制氢,我们简单介绍一下。我们通过一些生物手段对两步发酵实现高效制氢,这是我们相关的结果。这个图片也可以我们与国内外同行的对比,也达到一定国际化的水平。最后,我要介绍一下目前离产业化最近的清洁,风、光、电的互补技术,我们知道电解制氢是一个非常清洁的过程。首先介绍风光氢符合能源系统,效率比较高,国际学者的研究以后认为……通过模型的仿真的研究,以及太阳能复合的情况,也得出供电与制氢的理想范围。氢储能在技术上的可行性,美国斯坦福大学的相关专家也有相关文章证明它的可行性。

(责编:刘然、杜燕飞)