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摘 要：氫能作為清潔能源備受矚目。本文對(duì)Hydrogen Technology株式會(huì)社山本泰弘社長(zhǎng)進(jìn)行了采訪，該公司目標(biāo)是啟動(dòng)日本首個(gè)氫專(zhuān)燒發(fā)電站運(yùn)行。
關(guān)鍵字：氫能、氫專(zhuān)燒發(fā)電站、制氫工廠、天然礦石、儲(chǔ)罐、半永久性地持續(xù)產(chǎn)氫
氫作為新一代清潔能源備受矚目。然而，其實(shí)用化存在各種課題。
首先是制造方法。目前主流的方法是使用煤炭和天然氣等化石燃料制造，但這會(huì)排放二氧化碳。如果通過(guò)水電解制造的話(huà)，不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，然而電力來(lái)源會(huì)成為問(wèn)題。畢竟，火力發(fā)電會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，而太陽(yáng)能發(fā)電則需要極大的占地面積。此外，如果采用高壓運(yùn)氫，成本也會(huì)隨之增加。
日本Hydrogen Technology公司致力于開(kāi)發(fā)解決上述課題的制氫技術(shù)，力爭(zhēng)在本年度內(nèi)與大型新電力公司Erex合作，共同啟動(dòng)日本首個(gè)氫專(zhuān)燒發(fā)電站的運(yùn)行。本文為對(duì)Hydrogen Technology公司山本泰弘社長(zhǎng)的采訪內(nèi)容。Hydrogen Technology公司在山梨縣富士吉田市設(shè)有“氫實(shí)證中心”。本文采訪是在參觀設(shè)于該中心的制氫工廠時(shí)進(jìn)行的。
位于Hydrogen Technology“氫實(shí)證中心”制氫工廠的臨時(shí)儲(chǔ)罐
——制氫工廠竟然設(shè)在普通的公司大樓里，這太令人驚訝了。
【山本】根據(jù)日本法律，將氫加壓到1MPa（兆帕）以上的“高壓”時(shí)，就屬于氫的“制造”。高壓氫必須與周?chē)h(huán)境保持8m的安全距離，因此不能在建筑物內(nèi)部“制造”氫。
而這里只產(chǎn)生氫氣，是小于1MPa的“低壓”氫。因此，根據(jù)消防法規(guī)定，如果建筑物使用不可燃材料和鋼架，且照明系統(tǒng)也防爆的話(huà)，則在建筑物內(nèi)部也沒(méi)有問(wèn)題。
處理高壓氫的設(shè)備必須經(jīng)過(guò)認(rèn)證，并需要進(jìn)行特殊檢查。儲(chǔ)罐也是，低壓的話(huà)用鐵就可以了，但如果是高壓則必須用不銹鋼。低壓的話(huà)成本低，氫的價(jià)格可以保持在低位。
——如何出貨？
【山本】目前，氫被裝在7立方米的儲(chǔ)氣瓶中，通過(guò)貿(mào)易公司出售給正在進(jìn)行燃料電池研究的山梨大學(xué)等。出貨時(shí)，使用放置在室外安全距離的高壓壓縮機(jī)將氫氣加壓到14.7MPa的高壓。
出售時(shí)裝氫的儲(chǔ)氣瓶
但是，無(wú)論是燃料電池還是燃燒發(fā)電，使用氫時(shí)都需要恢復(fù)低壓。因此，我們正在考慮將成套設(shè)備運(yùn)至客戶(hù)，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)氫氣并在低壓下使用，而不是運(yùn)輸高壓氫氣。
當(dāng)然，也可以在室外安裝設(shè)備。這樣的話(huà)，即使氫氣泄漏，因其很輕只會(huì)向上逸出，不需要防爆，可以進(jìn)一步降低成本。
目前日本的氫氣成本不低于每立方米100日元（約5.91元），但是本公司的成套設(shè)備很便宜，現(xiàn)場(chǎng)制氫的話(huà)每立方米的成本不到50日元（約2.96元）。計(jì)劃于今年9月首次在客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝該設(shè)備。
若以高壓氫的形式交付給客戶(hù)，則單價(jià)會(huì)增加到每立方米1000日元（約59.11元）左右，而且客戶(hù)還需要（在高壓氫周?chē)┰O(shè)置8米的安全距離，或者建一堵高4米的墻。為建這樣一堵墻而打地基就需要相當(dāng)大的成本。
——如何制氫？
制氫的反應(yīng)罐
【山本】在A、B、C三個(gè)反應(yīng)罐中，通過(guò)天然礦石和水反應(yīng)生成氫氣。除了自動(dòng)控制和傳感器需要用電之外，不使用任何電力來(lái)制氫。所制得的氫不含碳，且純度可達(dá)99.999%。
近一年來(lái)，社會(huì)對(duì)制造過(guò)程中的二氧化碳排放量越來(lái)越關(guān)心，而由于我們公司的制氫過(guò)程不產(chǎn)生二氧化碳，來(lái)自客戶(hù)的咨詢(xún)急劇增加。
——只是將天然礦石放入水中？
【山本】是的。有時(shí)會(huì)被問(wèn)到“那么，如果礦石所在的地方下雨會(huì)產(chǎn)生氫氣嗎？”，但實(shí)際上并不是那么簡(jiǎn)單。為了更好地進(jìn)行反應(yīng)需要調(diào)整pH。
另外，在自然狀態(tài)下，礦石表面氧化，難以產(chǎn)生反應(yīng)，因此需要粉碎后使用。
——礦石的價(jià)格不是也很高嗎？
【山本】是的。具有這種性質(zhì)的礦石被稱(chēng)為鎂鐵質(zhì)巖，其有很多種類(lèi)，如俄羅斯菱鎂礦。從世界各地收集具有相同性質(zhì)的礦石混合使用。制作這個(gè)配方花了大約半年的時(shí)間，曾經(jīng)發(fā)生燒杯爆炸，炸破天花板和桌子等。
——不會(huì)產(chǎn)生氫氣以外的氣體嗎？
【山本】不會(huì)。因?yàn)椴皇欠纸馑蓺?，而是從與水反應(yīng)的礦石中生成氫。反應(yīng)后，礦石溶解在水中，添加新的礦石即可繼續(xù)反應(yīng)。
左邊是“清洗罐”。右邊是反應(yīng)罐
——可以制造多少氫氣？
【山本】一個(gè)反應(yīng)罐加水800升，1小時(shí)內(nèi)最多可生成200立方米的氫。實(shí)際上僅需300升的水就夠了，但是為了排出罐內(nèi)的氧氣多加了水。
當(dāng)A罐裝滿(mǎn)時(shí)，B罐開(kāi)始反應(yīng)；當(dāng)B罐裝滿(mǎn)時(shí)，C罐開(kāi)始反應(yīng)；然后重新回到A罐反應(yīng)，如此自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行。也可以只讓A和B連續(xù)運(yùn)行，或者同時(shí)使多個(gè)罐反應(yīng)。
現(xiàn)在有3個(gè)反應(yīng)罐，以前有6個(gè)。6個(gè)同時(shí)反應(yīng)時(shí)，1小時(shí)可產(chǎn)生1200立方米的氫，使用燃料電池可發(fā)電2000kW。通過(guò)太陽(yáng)能發(fā)電獲得同樣的電能則需要占地8000坪（1坪約為3.3平方米）左右的太陽(yáng)能電池板。本來(lái)想嘗試使用燃料電池發(fā)電的，但購(gòu)買(mǎi)如此發(fā)電量規(guī)模的燃料電池要6億～7億日元（約3500萬(wàn)~4100萬(wàn)元），就放棄了。
順便說(shuō)一下，福島縣浪江町建成的世界最大的制氫設(shè)施，其產(chǎn)氫量是1小時(shí)1200立方米，為此使用大量土地進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電。本公司的方法在單位面積上的生產(chǎn)力要高得多。
——生成的氫會(huì)流向其他儲(chǔ)罐吧。
【山本】會(huì)進(jìn)入“清洗罐”。雖說(shuō)是清洗罐，但并不是用于清洗，而是一個(gè)使用水的防逆火閥。普通的防逆火閥在氫氣環(huán)境下會(huì)很快劣化，因此使用裝有水的儲(chǔ)罐。
離開(kāi)清洗罐的氫氣通過(guò)臨時(shí)儲(chǔ)罐進(jìn)入室外的外部?jī)?chǔ)罐。以前有4個(gè)，現(xiàn)在增加了2個(gè)。
外部?jī)?chǔ)罐
我們正在與Erex一起規(guī)劃的氫專(zhuān)燒發(fā)電站將24小時(shí)不間斷運(yùn)行，每小時(shí)燃燒300立方米的氫氣。目前的6個(gè)外部?jī)?chǔ)罐可儲(chǔ)存低壓下900立方米的氫氣，相當(dāng)于發(fā)電站3小時(shí)的用量。
當(dāng)外部?jī)?chǔ)罐中的氫氣不足時(shí)，會(huì)自動(dòng)生成并補(bǔ)充氫氣。我們計(jì)劃增加1個(gè)每小時(shí)可生成400立方米氫氣的大反應(yīng)罐。
——據(jù)說(shuō)與Erex合作建設(shè)的氫專(zhuān)燒發(fā)電站的輸出功率為360kW，僅憑這里的設(shè)備能提供足夠的氫氣嗎？
氫專(zhuān)燒發(fā)電站的建設(shè)規(guī)劃地
【山本】是的。發(fā)電站計(jì)劃建在隔壁的原停車(chē)場(chǎng)用地，氫氣將從外部?jī)?chǔ)罐通過(guò)管道以低壓狀態(tài)供應(yīng)。
雖然360kW的發(fā)電量不大，但是建造大型發(fā)電站需要的時(shí)間太久，因此計(jì)劃首先實(shí)現(xiàn)日本第一個(gè)使用100%氫的商業(yè)發(fā)電，創(chuàng)造出實(shí)際成果?；A(chǔ)建設(shè)將于今年8-9月開(kāi)始，計(jì)劃于明年初進(jìn)行試運(yùn)行。
——發(fā)電機(jī)呢？
【山本】發(fā)電機(jī)使用德國(guó)制造的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)。據(jù)說(shuō)這是世界上第二臺(tái)使用100%氫氣發(fā)電的發(fā)動(dòng)機(jī)，第1臺(tái)是該德國(guó)公司的試驗(yàn)機(jī)。
實(shí)物比例1/100的成套設(shè)備。
右端是反應(yīng)罐。左端是燃料電池
【山本】成套設(shè)備的實(shí)物太大，看不真切，因此準(zhǔn)備了實(shí)物1/100的模型，讓我們用它來(lái)實(shí)際生產(chǎn)氫氣吧。
當(dāng)向裝有礦石的反應(yīng)罐中加入水時(shí)，會(huì)立即產(chǎn)生氫氣。為了確認(rèn)是否為氫氣，先不要將其流入清洗罐，而是通過(guò)肥皂溶液。因?yàn)闅浔瓤諝廨p，肥皂泡會(huì)浮起來(lái)，然后嘗試點(diǎn)燃肥皂泡。
如果氫氣純度較低，點(diǎn)燃時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸，而純度高的氫氣點(diǎn)燃時(shí)不會(huì)爆炸，會(huì)慢慢燃燒。
點(diǎn)燃裝置產(chǎn)生的氫
——確實(shí)燃燒了。
【山本】接下來(lái)，將氫氣存在儲(chǔ)罐中。達(dá)到0.05MPa后，將氫氣通入自制的50A燃料電池發(fā)電。
——說(shuō)起來(lái)，您是如何開(kāi)發(fā)出用天然礦石和水生成氫的方法的呢？
【山本】本公司在大約八年前開(kāi)發(fā)了乳化燃料——是輕油和水各50%的混合物。由于未經(jīng)許可混合輕油是犯罪行為，稅務(wù)局花了一年時(shí)間對(duì)其進(jìn)行了檢查，終于在日本首次被認(rèn)定為“等同于輕油”，并獲得了制造證書(shū)。
那個(gè)時(shí)候，為了易于與輕油混合，制作了溶解了大量氫氣的水。用電解水即可簡(jiǎn)單制作，但是會(huì)增加電費(fèi)，因此選擇了天然礦石。
為了進(jìn)一步增加氫氣的溶解量，增加投入水中的礦石量時(shí)，生成了氫氣，這便是本公司開(kāi)展氫業(yè)務(wù)的契機(jī)。
但是，當(dāng)時(shí)以乳化燃料為主營(yíng)業(yè)務(wù)，乳化燃料排放的二氧化碳只有輕油的一半，所以我認(rèn)為這就足夠了。然而，僅僅是減少二氧化碳排放還不夠，脫碳的概念突然被提出，因此從大約2年前開(kāi)始，公司決定專(zhuān)注于氫業(yè)務(wù)，并把原來(lái)的倉(cāng)庫(kù)改成了之前看到的工廠。
——與Erex合作的氫專(zhuān)燒發(fā)電站計(jì)劃是如何開(kāi)始的呢？
【山本】去年11月Erex首次來(lái)訪后，實(shí)現(xiàn)了1小時(shí)制氫100立方米的連續(xù)運(yùn)行，并由巴商會(huì)公司確認(rèn)了純度為99.999%，于是迅速達(dá)成了合作。因?yàn)楸舜硕枷胗脷浒l(fā)電。
不粉碎礦石，而是使水循環(huán)從而持續(xù)生成氫氣的裝置
——除此之外，未來(lái)的計(jì)劃如何？
【山本】正在開(kāi)發(fā)一種不粉碎礦石，而是使水無(wú)限循環(huán)從而持續(xù)生成氫氣的裝置。該裝置需要加水，但可以半永久性地持續(xù)產(chǎn)氫。
翻譯：李釋云
審校：李涵、賈陸葉
統(tǒng)稿：李淑珊
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