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日本发布热水器行业新技术 却遭实用性质疑
放大字体  缩小字体 发布日期:2022-06-06  浏览次数:615
 
    近日,日本林内公司在爱知县大口町的研究开发设施展示了其研制的、据称是全球首款100%氢能家用热水器。该热水器采用了燃烧时不产生二氧化碳的氢,可为实现去碳化做出贡献。



    在全球各地政府都在推进“低碳”的当下,林内的100%氢能家用热水器无疑是正好撞上这一风口。但也有专家质疑,在氢能源产业链条还不完善的当下,林内的100%氢能家用热水器就是一个花架子,中看不中用。



    新技术新在哪?

    据了解,如果单数使用氢气作为能源的热水器产品,其实不止林内一家有。在2021年,万和新电气股份有限公司发布了一种拥有富氢天然气燃烧技术和多款富氢天然气型家用燃气具,包括燃气采暖热水炉、燃气灶具、户外燃气烤炉、燃气烤箱等7个型号。但万和的这些产品使用的是氢气比例为20%以下的富氢天然气和12T天然气两种气源,并不是百分百的氢气能源。

    其实,诸多热水器厂商不敢设计百分百使用氢气能源的热水器是有原因的:氢能是一种不稳定的能源,燃烧速度较快的氢在使用量较少时,可能会有火焰进入燃烧器内部从而引发爆炸,十分危险。因此热水器迄今难以利用氢能。

    那么林内这款百分百氢能热水器是怎么解决氢气燃烧的安全性问题呢?据林内透露,林内开发的热水器所采用的燃烧器由高耐热性的不锈钢制成,孔径大小仅为通常的百分之一,可有效防止氢倒灌至燃烧器内。万一发生倒灌,也可通过燃烧器内部的挡板阻断火焰,将爆炸控制在最低限度。从今年11月起,林内将在澳大利亚的样板房展开为时3年的实证试验。



    林内方面表示,2019年度日本的二氧化碳排放量总共约为11亿吨,约14%来自于家庭,其中30%至40%是由热水器产生。这就是林内研发百分百氢能热水器的初衷。林内社长内藤弘康表示:“迄今为止的热水器主要采用化石燃料,不产生二氧化碳的氢是救世主。假使基础设施得到完善,氢能热水器就可帮助我们发展。”

    未成熟的产业链

    对于林内的百分百氢能家用热水器,有人称赞这是行业难得一遇的创新,但也有专家质疑它的实用性。

    一位常年研究氢能产业链的行业人士告诉小编,林内的氢能家用热水器要想付诸现实使用,就要依靠完善的氢能产业链才能实现。但是现在氢能产业链无论是提取还是储存、运输都存在问题,现在推出一个百分百氢能热水器只能当一个摆设。

    从网上查阅资料后得知,原来现在各国在氢能的使用上都较为保守。这其中的原因正是氢能产业链的不完善所导致的。

    首先是氢能的提取问题,据了解,现在的主要技术手段有化石能源制氢、副产品制氢、可再生能源制氢、电解水制氢、光解水制氢等。由于氢能不是一次能源,需要像电能一样由一次能源转化而来,在转换过程中的形成的成本十分高昂,目前从石油中提取氢气的成本高达16元/公斤。也有低成本的氢气提取方法,一些来自加拿大的科学家已经开发出一套从天然沥青中提取氢气的廉价技术。据测算,每公斤氢的成本在8元至4元之间。这种方法的缺点是资源有限,制备过程会产生很大的污染。

    其次是氢能的运输问题,由于氢的密度比油小,只能压缩为液体并在较低的温差下存储,以确保其作为能源的有效性和效率。这对运输环境的要求就较为苛刻。另外由于氢气具有扩散系数大,爆炸极限宽,点火温度低等特点,比一般的化石能源还要危险。一旦发生泄漏,极易引起爆炸与火灾,会对加氢站周围的生命和财产安全造成极大的损失。氢能源公司Nel Hydrogen一座位于挪威首都奥斯陆郊外的一处合营加氢站于2019年6月10日发生爆炸,其原因就是高压气态氢气在泄漏泄放过程中引发自燃,然后产生连锁爆炸。



    最后就氢能的储存问题,从技术上面来说,氢能储运技术主要包括气态储运、低温液态储运、固体储运、高压气态储氢、有机液态储运等。目前最常用并且发展比较成熟的是高压气态储氢技术,其储存方式是采用高压将氢气压缩到一个耐高压的容器里。但这种方法存在泄漏爆炸隐患,安全性能较差。另一种有机液体储氢则是通过不饱和液体有机物的可逆加氢和脱氢反应来实现储氢,上文提到的富氢天然气就是其中一种实用案例。不过这种方法虽然安全方便,但是也存在费用高、氢气纯度不够等不足。



    从世界范围看,日本、德国等发达国家都在开展氢能的基础研究和推广应用,中国也不例外。但正是氢能的危险性、氢能产业链的不完善,让中国国内氢能发展较为缓慢。据相关数据显示,截至2017年底,国内共有12座正在运营的加氢站。而这些加氢站主要是为研发型及示范性汽车提供加注服务,无法有效普及。

    氢能是值得押注的未来的吗?

    氢能是一种清洁高效的二次能源,发展氢能技术对于构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系,保障国家能源安全,改善大气环境质量,促进能源产业升级具有重要意义。美国前总统布什曾评价氢能是“终极能源”。

    据了解,目前氢能以氢生产技术的不同而被划分为五类。首先是绿氢,这种氢能是通过利用绿色电力来电解水,如风能和太阳能获得。目前它只占全球氢气产量的1%,是目前唯一零碳排放的生产工艺,价格十分昂贵。



    其次是蓝氢,这种氢能是以天然气生产,但是因为要同时捕集生产过程中所排放的二氧化碳副产品,进而实现碳中和,因此氢能产量也相对较少。

    灰氢同样采用天然气生产,但是为了降低生产成本不进行碳排放捕集。它与碳结合,然后通过蒸汽重整分离。但这会产生大量的二氧化碳排放,1千克氢气产生的二氧化碳高达9.3千克,高于燃烧汽油产生的碳量。

    最便宜的棕色氢气则是以动力煤来生产,反而会带来更多碳排放。

    最后一种蓝绿氢气采用的是甲烷热解工艺,但存在甲烷泄漏的风险。

    目前,氢能最为吸引投资的一点就是它的燃烧产物是水,一种毫无污染也可以循环利用的资源。调查数据显示,2020年全球氢能市场达到近1500亿美元,摩根士丹利预测,到了2050年,全球氢气市场会达到六千亿美元,主要用在电力、工业、交通运输、化工原料和建筑等领域。

    在亚洲,日本、韩国、中国和印度都相继投入这场新能发展的竞赛。在中国,已经有不少相关激励政策出台:2019年,国家发改委发布《产业结构调整指导目录》,鼓励发展高效制氢/氢气运输和高密度储氢技术开发应用和装备制造、加氢站、新能源汽车的关键零部件;2021年,科学技术部印发“氢能技术重点专项”,支持氢能绿色生产和规模转移体系、氢能安全储存和快速输配体系、便捷升级氢能及高效电力系统技术研发;2019年,广东、山西等10个省份将发展氢能列入政府工作报告,北京、上海、苏州、佛山、嘉兴等17个省份的22个城市引入了当地氢能产业发展规划或行动计划,在产值规划、加氢站建设、示范车辆推广、企业扶持等方面进行了较为细致的规划,加快布局氢能源和燃料电池产业通过人才、资金、示范运营等多种手段。

    不过令人遗憾的是,中国在氢能基础研究方面持续投入,但起步较晚,积累较少。氢能技术研发与应用存在缺乏统一规划、关键核心技术未突破、总成本过高、技术专利壁垒严重等问题。迫切需要打破相关技术壁垒,提高产品质量和技术进步问题。与美国的蓝氢、绿氢等氢能技术路线相比,中国急需研究判断蓝氢与绿氢技术路线的关系,以及氢电作为终端能源的互补性。

    此外,中国国内氢能成本也高得吓人。据相关机构测算,2020年我国氢能总成本约为60元~80元/kg,距离30元/kg的可商用价格相距甚远。相较于拥有世界上数量最多加氢站的日本,中国的氢能运用还有待发展。
 
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