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倪维斗院士:氢绝非解决车用能源的唯一途径

《科学时报》2007-9-5

  “氢能与燃料电池”专版刊出后,业内人士对此反应热烈,纷纷致电编辑部,表达他们对今后中国能源发展方向的不同意见。在当前中国能源节约、能源替代与能源转型的重要时期,我们希望刊出更多不同的声音,百家争鸣,在各种讨论与争议中,从思想和观念上,加速推动中国能源的科学发展。

  本期我们访问了中国工程院院士、清华大学热能工程系教授倪维斗。倪院士旗帜鲜明地指出,“氢能载媒体绝不是未来能源的唯一解决之道。能源需求与汽车应用,对汽车的使用要求、汽车动力综合考虑,要包括柴油化、醇醚燃料、混合动力、纯电动在内,多种模式共同发展。”

  氢绝非解决车用能源的唯一途径

  2006年年底,中国科学院及中国工程院的10位院士联名上书《我国燃料电池汽车事业应以科学发展观为指导》,倪维斗是其中之一。但上书的结果最后基本上不了了之。他告诉记者:“美国总统布什曾经极力鼓吹氢能经济、燃料电池,这很大成分是其出于政治考虑,目的是应对联合国《京都议定书》提出的限制发达国家温室气体即二氧化碳排放量的公约规定,氢能经济在当时形成一股热潮。中国以此提出要跨越式发展,因为传统的石油、柴油发动机我们已经落于人后,燃料电池则中国和发达国家都同时起步,中国可以跨越式前进。但这种概念是一相情愿。国家为氢能研究立项、提供大量科研经费,但业内人士已经形成的共识是,氢燃料电池汽车的产业化还要10年以后,而且并非汽车动力发展的唯一出路,同时并不能解决今后一二十年内中国迫在眉睫的能源问题。跨越还有相当长的路要走。”

  但与中国国内温度仍很高的氢能研究形成鲜明对照的是,美国总统布什已经不再竭力鼓吹这一项目,去年3月份他曾公开宣布氢燃料电池的实现还是很长远的事。但我国国内拥护氢能经济的人对此反应冷淡,媒体报道也很少。

  倪维斗认为,燃料电池存在很难逾越的几大问题:一是燃料电池成本太高,比如要用其他金属替代用作燃料电池堆催化剂的贵金属铂还很难实现。国外一辆燃料电池公交车是200万美元,国内至少三四百万元人民币,轿车价格也要约一半的成本。二是氢作为汽车动力到现在没有好的车载储存解决办法。

  现在用压缩罐是不得已而为之,氢是很轻的气体,300MPa的高压氢不仅耗能、投资巨大,而且有一定的危险,容量上也装不下供汽车足够里程用的氢气。三是加氢站基础设施配置是一大难题,加氢站将来绝对不可能像现在的汽油站这样遍地开花。

  在他看来,一定要理清我们的研究目的,更重要的是提高效率,采用替代燃料,改善环境。要实现这个目的,燃料电池汽车还差很远,而燃料电池也不见得最终能发展起来。现在各种技术都在发展,谁跑得快谁就能赢,燃料电池只是其中的一条跑道而已,还有提高柴油机、汽油机经济性,改善其排放,甲醇、二甲醚、弱轻强混合动力、纯电动等多条跑道,中国不能一味注重单一模式发展。

  “我并非否定燃料电池,而是要扎扎实实做基础研究工作,要把催化剂替代、质子膜的制造工艺、燃料电池内部物理化学流动的机理、储氢技术等都做到位,别忙着吆喝产业化。”倪维斗向记者强调。

  他谈到国外研究燃料电池企业的现状。如称得上燃料电池研究鼻祖的加拿大巴拉德(Ballard)动力系统公司,由于种种原因现在正逐渐亏本;而美国通用(GE)汽车公司就不如日本企业聪明,或者受了美国政府的影响,它是到中国宣传燃料电池概念最多的企业,同样的车底盘,可以用于不同类别的整车,就打出燃料电池SUV、燃料电池跑车等概念,但难以产业化,使用也很昂贵。而日本丰田汽车公司的燃料电池也研究多年,但一直很低调,同时主要埋头干混合动力Prius,结果推出后一下打开了市场。这一点GE就没跟上,市场被日本企业率先占领。

  多种混合模式提供服务

  倪维斗认为,能源需与汽车应用,对汽车的使用要求、汽车动力综合考虑,包括醇醚燃料、混合动力、纯电动在内,多种模式共同发展。比如现在的插电(plug-in)汽车,就是和应用角度结合起来。再如城市用充电汽车可采用锂电池或铅酸电池、跑100公里设计,与传统动力结合多种模式共同发展。平常上下班百公里以内就通过国家电网的充电模式,采用电能驱动,这样周一到周五工作时间可以不用汽油,只有周末出去玩或其他长距离行驶时才换用发动机。这种与汽车应用结合起来的方式,不仅具有可操作性,而且可大大减少一次能源的消耗。而其他的电能驱动模式,如锌空电池,充一次电能跑300公里;上海公交采用的超级电容,车辆进站后迅速充电,两三分钟就能充满,跑上几公里到下一站再充电,技术操作简单,价格也比较便宜。

  在他看来,我国的车用能源研究,对传统的汽油、柴油,一方面要提高柴油机、汽油机的经济性,挖掘其节油20%左右的潜力,从柴油机的供油系统,直接喷射到共轨供油,分层稀薄燃烧等,还有很多新技术亟待突破;另一方面要提高汽油、柴油的品质,降低硫含量。

  其他的代用能源如甲醇、二甲醚,以及混合或纯电动车,要多种渠道多头进行,从不同方面下更多功夫,把先后次序理顺,解决当前的迫切需求,再兼顾将来。

  倪维斗说:“真正有实际意义、投资不大的是甲醇、二甲醚,比燃料电池投资要少得多。可以做灵活燃料汽车,走混合动力道路,比如现在技术渐趋成熟的弱度混合,只需增加二三千元成本,节油5%~7%,这都是最现实的方向。”

  “甲醇虽然是很好的替代能源,但其发展阻力却很大,现在各级部门基本都有自己的支持方向,如发改委偏向乙醇,科技部偏向氢燃料电池,包括来自大企业集团石油部门的阻力等等,推进很难。”

  倪维斗认为,“国家需要对甲醇、二甲醚燃料的推广配套更公平合理的政策。我们的立足点是现在及今后二三十年的能源问题,很多理想化的东西往往远水救不了近火。”

  电与氢的比较

  实际上,电与氢作为载能体,现在基本上都来自化石能源。从现在的情形看,大规模的用可再生能源替代化石能源还是很遥远的事情,据说到2050年有可能提高到20%~30%的替代比例。比如现在虽有风能、太阳能发电,但风能即使到2020年也只有3000~4000万千瓦的容量,这只占我们用电量很少的部分,不到1%。“未来真要减少化石能源的应用,核能是一个主力方向,”倪维斗说。

  他认为,氢需要通过电解水制得,把电转化为氢,这又是一道能量转化,1公斤氢要耗9公斤高纯度水、45~50度电,远不如直接用电便宜方便得多。所以,即使如太阳能等可再生能源,首先是把它变为电,不必再变成氢。电通过电线就能使用,而氢还要通过管道,现在氢一般都是就地生产、就地应用,由于质量很轻、不便压缩、对管道材料有影响,其运输和储存有很多技术难关需要突破。

  他说:“百年技术发展的历程证明,电是最好的载体,多种化石能源、可再生能源、核能都可以转化为电,而且电能网络建设基本已覆盖全球各地,在这种便捷的基础上再去建加氢网络是绝对没有必要的。所以说氢能燃料电池汽车是将来唯一的发展方向值得怀疑,很多人把氢燃料作为汽车车用动力的最高追求目标是不妥当的。”

  推广洁净煤、多联产技术

  此前,中国引进了很多燃用天然气的发电装置,在我国沿海新建了十几座液化天然气站,一个站几百万吨的容量,但货源十分缺乏,由于缺气,很多装置没有运行起来。目前,从俄罗斯引进天然气仍在洽谈中,对方提出了很多苛刻条件,首先在价格成本上就很难执行。如天然气国际价格到中国西部国门口后,还要历经几千公里输送到东部,成本非常昂贵,达到3元/立方米,用这种成本发电极不现实。

  倪维斗认为,“发展洁净煤技术才是现在的解决之道。如果直接燃烧,二氧化碳排放较难解决,所以,可以以气化为源头,用多联产形式,同时生产液体燃料和电;若有需要,可以在过程中把二氧化碳用较低能耗加以捕捉。国家应该先着力解决目前能解决的现实问题,合理分配资金。已经过去的‘十五’在燃料电池、电动汽车方面投入了8个亿,主要投入是在燃料电动汽车上,现在‘十一五’据说将投入十四五亿,我们希望能给多跑道赛跑的多能源模式更多公平竞争机会,国家制定标准,市场选择,适者生存。”

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2007-09-05]
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