水氢机十问十答

1、什么是水氢机?

水氢机是由向华博士团队2009年提出理念并发明的。水氢机是以甲醇的水溶液作为原料,将其催化汽化——催化重整——原子纯化为高纯氢气,再利用氢气发电的一种新型发电设备。水氢机是甲醇水蒸汽重整制氢和质子膜发电及智控多系统的集合体,实现了在同一设备中可移动即时制氢、发电及全能控制,无需存储氢气。

水氢机由三个系统组成,即移动制氢系统、电化发电系统和智控集成系统。

1)动制氢系统以甲醇水溶液(甲醇与水的摩尔比为1:1)为原料,通过催化汽化——催化重整——原子纯化为高纯氢,为电化发电系统(质子膜系统)供氢;

2)电化发电系统通过质子交换膜燃料电池系统以非燃烧的电化学反应方式将氢气中的化学能转化为电能;

3)智控集成系统集成控制反应过程中所需要的各种反应物的温度、压力、流量和湿度以产生所需要的额定的电力,包括动氢控制子系统、质子发电子系统、电能管理子系统、多元的子系统交互,实现了制氢系统、发电系统及整体系统的闭路循环。


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水氢技术路径图


2、“水氢”名称由何而来?

众所周知,地球上70%的是水,水是流域文明之源。回顾历史,世界四大文明古国皆发源于大河流域。在古老的东方,同样古老的黄 河和长江孕育了五千年中华文明;在南亚的印度,圣洁的恒河滋养了神圣的古印度文明;在中东,幼发拉底河和底格里斯河共同浇铸了繁荣的古巴比伦文明;在遥远的非洲,绵长的尼罗河成为辉煌的古埃及文明的滥觞之地。这一条条奔腾不息的古老河流,给予了人类最初的养份。人们从这里开始劳动和创造,又以之为纽带,延伸到世界各地,经历漫长的年月,最终创造出绚烂的现代文明。勿庸置疑,正是因为有了水,生命才能存在,人类才能发展,世界才能绚丽多彩。

氢,是世界公认的终极清洁能源。作为二次能源代表的氢,位于元素周期表之首,原子序数为1,代表着科技的巅峰。在当今的能源危机下,氢能作为高效的洁净能源,发挥着越来越重要的作用。 “水氢”于 2015年被上海合既得注册为商标。其名字由来不仅跟水氢技术本身相关,还与中华文化密不可分。

技术层面的解释:水氢技术利用甲醇水蒸汽催化重整纯化获得 氢再催化得电子,即从甲醇(CH3OH)中“催化”提取4个氢原子及从水(H2O)中“重整”获得 2个氢原子,再通过催化获得6个电子。

文化层面解释:水氢是中华文化与自然科技的结晶。水是文化之魂,氢是科技之巅。老子曰:“上善若水,水善利万物而不争。”水不仅是生命之源,还寓意着中华文化的传统美德。水中富含氢,当人类从水中取出氢做动能、排出氧利万物时,世界会因此更加美好!

3、为什么在动力电池如此风靡的市场环境下,合即得却如此看好水氢机?

目前,电动汽车上普遍采用且较具发展潜力的动力电池有三种:铅酸电池、镍氢电池和锂电池。铅酸电池是目前电动汽车使用最为广泛的电池,其特点为:发展历史悠久,技术较为成熟,比功率较大,循环寿命也可达800~1000次左右,且成本较低。不过,铅酸电池比能量却很低,仅为40W?h/kg左右,快速充电技术也尚未成熟(一般慢充都在8小时以上),而且污染严重。镍氢电池优点是比能量和比功率都比较高(相对来讲),且快速充电性能较好 ,15分钟可充满容量的40% ~80%,工作温度范围宽。但是,镍氢蓄电池循环使用寿命较短,为600次,价格昂贵,l000W?h 约 为600~800美元 ,只有 期待大批量生产,才有望降到250美元水平。锂电池的比能量和比功率都很高,可分别达150W?h/kg和1600W/kg,循环寿命长,约为1200 次,而且充电时间较短,为2~4h。但是锂离子电池价格较高,快充放电性能差,存在过充、放电保护问题,影响了锂电池的进一步应用和发展。

以三种电池中性能最好的锂电池为例,在能量密度上,它与目前普遍的5000W?h/kg的汽油机相比还相差甚远。让我们来计算一下,1L汽油约重0.742kg,按车载50L计算,就是满载37.1kg的汽油,约相当于1488kg锂电池所含有的电量,如果将此汽油机效率计算进去,两者之间也有约25倍的差距 ,难怪现在电动汽车上动辄就安装 有数百公斤的电池。如此多的电池用量,再加上锂电池高昂的价格,电动汽车形成高价格门槛便成为必然。

水氢机并不是储能的装置而是一个持续发电的设备,它除了具备储能设备无可比拟的优越性之外,还解决了氢燃料电池的氢源问题。因此,水氢机在汽车领域的应用可以同时解决纯电动车和燃料电池汽车的发展瓶颈。水氢汽车具有传统内燃机加注燃油相同的便利性和行驶的续航能力但无PM2.5排放;具有锂电池动力纯电动车的便利性和 阶段性环保但不需要充电;具有氢燃料电池汽车的绿色动力但不需 要高压罐,加氢站来加氢;此外甲醇站的建设比加油站的成本还低,而且利用现有的加油站很易改造,可以快速地形成完善的加甲醇站网络。

4、一个机器集成了制氢和发电的工艺袁那么这个机器得要多大?

这个问题,我们先不直接回答。读者可以回想一下,计算机的发展历程。1946 年,第一台计算机ENIAC问世,该机使用了1500个继电器,18800个电子管,占地170平米,重量重达 30多吨;发展到现在的笔记本电脑,13寸,1500g;从耗电150kW,到现在笔记本电脑靠锂电池就能续航10小时;从最初造价高达48万美元,到如今3、5000元人民币;从简单的加减乘除的运算,发展到具有推理、联想、判断、决策、学习等功能。计算机诞生之初,谁也不能想象那么一个庞然大物,最终能变成我们提在手里、随时使用的日常工具,那么未来的计算机会是怎么样呢?

如果觉得这个不够直观,我们可以再回想一下手机的发展历程。您见过大哥大么?第一代手机,没有显示屏幕,只能接听、拨打电话,发展到后来的电话、短信、娱乐功能到现在堪比电脑性能的智能手机;从大哥大古板的外观,到翻盖、滑盖、侧滑盖、旋转,再到现在主流的大屏幕直板手机;从数字键盘、全键盘、逐渐转变到现在键盘的消 失;从1500g、砖头大小的手机,发展到现在170g、比手掌还小的手 机。在手机诞生之初,您一定无法想象手机会变得这么小巧、这么智能化,那么未来的手机会是什么样呢?

能不能做小,能做到多小,是远远超越现有基础的想象的。我们已经把水氢机从最初的冰箱大小,做到了现在的尺寸,未来的水氢机会是多大呢?像保温杯那么小?像手机那么小?像5号电池那么小?我不知道,但您可以尽情想象!



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水氢+应用领域图

5、水氢科技中反复提到移动的概念,为什么一定要移动?

这个问题,我们也先不直接回答。读者可以回顾一下,电话的发展历程。声音信号的传输从近距离发展到远距离,从布电话线到设置信号塔,从座机发展成手机;现在几乎人手一个手机,而家中的固定电话已经无人问津。

如果觉得这个不够直观,我们可以再回想一下互联网的发展历程。 1969年初,互联网的前身阿帕网(ARPA网)只连接了4台机器,且为美国军用;20世纪90 年代末,互联网大规模兴起,那个时候的互联网,还只能依靠布 的网线直连电脑才能连接到互联网,一直到现在的无线网络遍地开花。上面两个案例,相信大多数读者都能切身体会到这些变化。而这是什么?这就是移动的力量!可移动、便捷,是现代社会对生活的要求 ,是发展的大趋势。在电话和网络不可移动之前,人们仿佛对它们能不能移动并没有什么要求,但是一旦它们能够移动了,那么它们带来的便捷是人们无法抵挡的。

那么电力呢?现在看起来大家对电网的存在并没有觉得不合理的地方,但是小规模的移动电力早已出现了,电池、充电宝,这些都是移动电力的需求带来的发展。当一个发电机能够随人们移动的时 候,人们的生活会发生什么样的变化呢?再也不用担心手机、电脑没电?野炊的时候带一个电烤炉?身上的衣服能够自发热、自制冷?请您尽情想象!

6、水氢机成本如何?

这个问题还是由大家去思考。以前在座机和手机同时存在的情况下,大家是优先使用座机,因为固定电话的费用远低于手机,但随着技术的发展变革,移动通信的成本不断下降,这一点点的费用差再也不能阻挡人们对便捷的追求。

以前家用互联网、移动互联网 ,是按照KB来计费的;随着互联网和电脑的普及,网络使用的成本也在不断的降低,发展至今,很多时候我们都可以使用到免费提供的wifi。时至如今,上网的费用也不再能阻挡人们对于便捷的追求。

那么水氢机呢?现在看起来水氢机成本或许并不低廉,但是随着 水氢机的普及、技术的进步、各行各业的加入之后,水氢机的成本必然会大幅度降低;再参照现在免费wifi的布局,有没有可能各个商圈都要给大家提供水氢机的燃料补充或者用水氢机给人们提供免费 充电的服务呢?这些都不幻想,都是眼前即将到来的未来!

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水氢模式图


7、什么是水氢汽车?这类汽车具有哪些优势?

水氢汽车包括水氢重卡,水氢观光车,和水氢轿车等,水氢汽车 使用清洁能源动力,是一种多系统优势互补的交通系统,具有智能关联汽车系统的功能。合即得创新地将甲醇重整制氢与燃料电池结合形成车用水氢动力系统,首创水氢汽车。它不仅保持了燃料电池绿色、环保的优势,同时完美地解决了氢燃料电池存在的制氢、储氢技术复 杂等难题。水氢动力系统的长里程与模块化大功率结合,同时解决了里程和动力需求。水氢动力系统直接将甲醇转换成电,然后驱动汽车电机,具有快速,高效,没有颗粒物排放等优势。

水氢汽车的燃料是甲醇和水,比起所谓的储氢罐要安全很多。在加上燃料有一半的水,那么这个即使发 生燃料泄漏,也没有爆炸的危险,而且液体甲醇和水在车上的存储也容易解决,水氢燃料电池汽车就是以普通油箱来代替。及解决它的挥发性,也解决了它的密闭性。而且它的成本很低、高效节能,它的能源转换效率高达60%,这比传统的油车转化效率高很多,几乎是汽油和柴油的两倍以上。而且发电成本很低,是汽油和柴油的1/3。根据水氢汽车的实际测试,一箱45升的油箱装满甲醇水大概能跑450公里左右,从而解决电动汽车的续航问题。而且加注甲醇特别方便,现在很多加油站都可以加注甲醇。一箱45升的油箱,换算成甲醇来算,总共大约需要零售价40元的甲醇。而一箱92汽油大约要280元,这样一算比一箱油不知道便宜多少。

同时再对比一下加氢的价格,目前全球市场正在运行的加氢站 加氢价格大约为16 美元/kg, 折合人民币约104元/kg。而水氢汽车每公斤制氢成本是9.6元/kg,几乎是加氢站价格的1/11。而且从加注时间来讲,加注一箱甲醇水需要1分钟,以丰田Mira为例,续航400公里的氢气,加注时间为13分钟。另外对比储氢罐燃料电池汽车,储氢罐的氢气是由加氢站提供的,氢气纯度为99.99%,而水氢汽车制氢系统通过膜提纯技术出来的氢气纯度高达99.9999%。对于燃料电池的寿命来讲,6个九的纯氢无疑要比4个九的纯氢好很多。

在水氢汽车中,甲醇水催化重整制氢系统能够产生氢气和二氧化碳,二氧化碳又和氢气可以生产甲醇。甲醇水催化重整和燃料电池发电产生的热又可以用来取暖和制冷。甲醇水催化重整和燃料电池发 电产生的热来制冷也是水氢汽车的发明专利之一。只有在水氢汽车中,才能形成真正的热电联产,能源的综合利用,人类的可持续发展。

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水基能源向华理论图


8、为什么说甲醇是基础能源?

提到甲醇,人们最直观的印象就是“工业酒精”,摄入会致盲等等。不能说这个理解是错误,至少是不全面的。

甲醇是最简单的化合物之一,分式为 CH3OH,是重要的基础化工 原料,也是最简单的可以人工合成的清洁液体燃料。甲醇可以从煤、天然气、石油伴生物、植物秸秆,甚至城市可燃垃圾等物质中提炼或合成。甲醇对大气的影响也非常小,汽油分子中含有6-11个碳原子,柴油分子中含有12-16个碳原子,而甲醇中仅含有1个碳原子,这意味着甲醇的碳排最多为汽油、柴油的1/6。

甲醇有多种用途:甲醇可以用来作为:一种便利的能量储备媒介;一种方便运输和分配的燃料,包括应用于甲醇燃料电池;一种用来合成碳氢化合物及其产品的原料。

“甲醇经济”以一种简单易处理的液态甲醇形式实现了能量储存和运送的安全、方便和可逆。甲醇很容易转化为碳氢化合物及相关产品,这能够保证后代子孙获得我们今天生活所需要的必需品和材料。同时,“甲醇经济”通过再循环大气中过多的CO2将减轻人类给地球气候所造成的不利影响,也就是全球气候变暖。

甲醇与氢能对比:甲醇优于氢能,在于它比氢气能够更好的储存、运输和使用。氢是一种非常轻的气体,在相同的压力下,它与常规的液体燃料相比,单位体积含有的能量更好。在通常的条件下,能量相同时氢气所占的体积大约相当于汽油的3000多倍,因此氢必须压缩、液化或者吸附在一种固态材料中进行能量储存。

现在氢的使用中,都是靠高压氢气罐实现的。而作为液体的甲醇,既可以用管道运输,也可以用各种普通的交通工具进行便捷的运输和使用。

以汽车行业为例,甲醇加油站远不像加氢站那也需要大量资本,因为加氢站需要特别的装备和材料以应对高压和低温。在现有服务 站增加一个40000L的甲醇储藏罐和管道等配件,约需要 6~6.5万美 元,而加氢站每个需要350万美元。更不用提使用过程中的安全性以及后续的运营费用了。甲醇与汽油对比,更安全、环保、健康。

9、合即得与广汽集团形成战略合作关系,取得了怎样的成效?

目前我们通过水氢+的合作模式与广汽达成合作共识,共同研究开发新型水动力系统作为新能源汽车的增程系统,研发制造绿色环保的水氢发电系统新能源车。广东合即得能源科技有限公司和广汽研究院合作开发以水氢机为增程器的样车,拆除原车前舱增程器和油箱,改装上合即得公司的水氢机和甲醇水箱替代油机增程器的发电功能。广汽研究院提供待改制整车,并实施改制后样车的整车基本性能测试;合即得能源科技有限公司提供水氢机系统,并实施对样车的改制。

2016年底,第一代样车改制成功,并在广汽研究院进行各种测试,水氢汽车圆满完成各种测试。2017年3月,双方进一步合作,改装第二代第三代水氢汽车,在甲醇水箱45L的情况下,续航可达 450公里左右,平均费用0.1-0.2元/公里。目前合即得公司还和其他合作伙伴在交通运输领域也有深入广泛的合作。我们成立了水氢观光车有限公司,致力打造新一代水氢观光旅游车。同时,2017年 8月1号,水氢轿车落户东莞水乡经济开发区,立足打造水氢新能源新型车生产。2017年11月广东合即得公司与高迈新能源在水氢重卡应用也签署了意向合作协议,致力于水氢重卡的生产和应用。

10、共享经济给水氢能源带来怎样的影响?

随着互联网的深入,我们已进入了共享经济的时代。什么是共享经济?通俗的解释,共享经济就是借用共享平台利用别人暂时不用的、闲置的资源,提高资源利用率,并从中获得回报。共享经济的理念就是:共同拥有而不占有,本质上就是互助互利。

在共享经济的影响下,能源行业也将走向共享模式,是聚合、优化配置装机和负荷资源的最佳模式。原有能源系统“条块分割”的形态将在互联网大数据的背景下发生变革,电、热、冷、气等多种能源 形式将在生产、输送、存储、消费等各个环节形成耦合。我国能源供给模式是集中生产然后再输送、储存和消费,这种能源供给方式中供需是不对等的关系,会造成大量的能源浪费。目前我国能够有条件安装分布式发电设备的居民住宅和商用楼宇比例很少,而有条件安装发电设备的业主又不一定有发用电需求。基于互联网的共享模式可以有效解决这种资源难以匹配的问题,从自发自用、余电上网的模式进化为互发互用、最大化本地消纳的模式。

水氢机将在未来的能源形态中发挥非常关键的作用,并有助于推进能源的互发互用、 最大化本地消纳。将来,水氢发电机可能是每家每户的标配,每个家庭都可以根据自己的需求来发电,岛屿、山区都可以实现用电自由。

水氢能源就是在水氢理念的引领下,创建出独特的水氢共享平台。水氢能源是甲醇能源的一个分支,通过电化学方式将甲醇的化学能转 化为电能而非传统的燃烧方式,更高效安全。共享经济给水氢也带来了“水氢思维”、“水氢模式”、“水氢理念”。

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水氢机工作原理图



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