未来能源的元素

气候变化是当今世界面临的最大挑战之一。作为各国政府努力减少温室气体的排放通过使用更清洁、更环保和可再生能源,新技术将发挥关键作用在塑造未来的社会。约翰逊(JM),一个全球领先的应用科学和可持续技术,发展新的清洁能源解决方案以满足这种需求。

为更清洁的空气

交通排放的规模和发电部门让他们明确的目标为企业开发更清洁的解决方案。据估计,这些部门负责的27%和24%在2017年英国的总温室气体排放分别。温室气体的贡献来自交通工具上升到34%一旦UK-bound航空和航运的贡献。

在全球范围内,各国政府正在打击帮助创建零排放城市汽车尾气排放。立法是被介绍给从内燃机(冰)转向更可持续的选择通过限制,并最终消除,汽油和柴油汽车的销售。挪威旨在消除新冰汽车销售到2025年,德国的目标是2030年,英国和法国的目标是2040年。

当然,成功取代化石燃料的基础设施,一个替代燃料系统需要成功地实施。JM拥有超过40年的经验在调查清洁空气技术,覆盖整个交通行业,以及减排等固定污染源排放的电厂。JM也开创了多个清洁空气行动,覆盖催化转化器技术电动汽车和氢燃料电池、电池材料。在这里,我们将关注如何使用氢提供低碳能源需要一个可持续发展的未来。

低碳的氢代

氢减排潜力巨大能源基础设施。氢包一个精力充沛的穿孔,带来众多的好处作为电力的发电方式我们的火车,飞机,汽车,电器在家里。氢也有可能被作为热源。使用氢作为燃料没有有害排放;唯一的氢燃烧的产物是水。

在2015年,据估计,每年对氢气的需求增长到8穰焦(EJ)——一个exajoule等于10¹⁸J,世界上约有一天的总能量需求。但大部分的氢作为试剂,而不是燃料。用于炼油厂燃料,减少有害硫水平在氨生产的化肥和甲醇的生产。

如果是成为氢燃料的未来,我们需要增加产量。和它是一个真正的环保燃料,这些路线必须有最少的——如果不是零——温室气体排放。在这些情况下,氢燃料可以是一种清洁的能源,在不同的市场有广泛的应用。

的氢

大多数使用蒸汽甲烷重整氢制造,在天然气分为氢和二氧化碳,产生大量的氢气。天然气是关键原料,但石油石脑油等分数也使用。在世界的某些地方,氢是煤气化生产的。生产氢这种方式因此导致全球温室气体的排放。

然而,通过将此方法与碳捕获相结合,利用和储存(CCUS),可以大大降低其碳排放量。JM改革的先进工艺是一种独特的技术,与CCUS夫妇特别好,减少氢气的成本每公斤和降低初始资本成本。在短期到中期,如果我们要作出实质性削减排放,我们将需要大规模、低成本与这条路有关。

从长远来看,很可能电解将发挥更大的作用。少量的氢是由电解-用电将水分子分解成氢气和氧气。尽可能有效地操作、铱、铂催化剂是至关重要的。氢压缩后成为可用的燃料电池电动汽车。

JM的设施在斯文顿、英国——燃料电池组件的制造和组装——电解供应当地的“氢中心”。氢燃料补给站(小时)在斯文顿-建于去年9月与ITM力量和合作开了吗——是一个大约20站定位在英国帮助服务M4走廊和其他路线,和最初,电解可能是制氢的主要路线在运输部门。

氢也被视为替代天然气管道,行动如新H21英格兰北部项目。希望到2050年,H21项目将推出在英格兰北部的潜力每年减少2.58亿吨的碳排放量,相当于大约80%的英国剩余的碳减排目标。

但没有大规模投资在我们的电网,电解不太可能供应所需的氢等领域实现其潜力。服务市场,需要大量的能量,如加热(负责英国的排放的30%以上),可分派发电,蒸汽甲烷重整和电解是必需的。

氢燃料的使用

一个讨论的更广泛应用氢燃料的燃料电池发电。最初在19世纪,开发燃料电池用于电力汽车,取代内燃机或静止的应用程序。而不是使用汽油或柴油作为燃料,气态的氢存储在一个坦克车辆上。这与氧气(空气中的)反应产生电力需要。

唯一的这个反应的产物是水,是燃料电池的主要优势之一,与冰车辆相比,排放的一氧化碳,氮氧化物(NO_x在排气),未燃尽的碳氢化合物。

燃料电池组件设计专门为汽车应用程序在JM斯文顿网站用于聚合物电解质膜燃料电池。这些由两个主要部分组成:一个阳极和阴极,分离聚合物电解质。在阳极,氢氧化H⁺通过一个白金金属催化剂;在阴极,H⁺与氧结合形成水和发电。JM研发和制造膜和催化剂驱动这些关键反应,并合并成催化剂涂膜和膜电极组件。

为什么使用氢气运输?

氢燃料能量密度高,体重,和,当压在一辆坦克车,它有一个体积能量密度高,相当于一个高车辆范围。

在运输行业,有两个技术经常被吹捧为替代化石燃料内燃机:电池和燃料电池。电池研究持续改善等因素范围,成本和能量密度,但氢具有能量密度(重量)目前约140倍的电池。在实践中,这意味着燃料电池汽车可以行驶400英里仅使用5公斤的高压氢。这更高的能量密度意味着车辆经常长途旅行,如长途卡车和客车舰队的一部分,燃料电池可以是一个可行的选择。乘用车舰队,通常用于较短的城市旅行,电池更有意义。

氢燃料的另一个好处是花费的时间加油。因为只有5公斤左右的氢需要放入汽车油箱,燃料电池汽车可以在短短分钟加油,与目前的汽油或柴油车辆。再一次,这使它在远程应用程序或特别有吸引力对于那些需要车辆利用率非常高。

高能量密度和快速换料时间也使燃料电池适用于其他运输方式包括叉车卡车和火车。事实上,在去年9月,世界上第一个氢气驱动列车服务推出德国北部62英里的轨道。

电池和燃料电池技术擅长不同的交通应用程序,所以JM投资这两种技术。JM开发了其专有eLNO电池阴极材料,而同时研究和生产氢燃料电池的关键部件在斯文顿设施。

对未来的力量

而生成的方法,运输和使用氢燃料将在未来几年继续发展,还有一个挑战:防止它被广泛应用的基础设施。目前有大约300个氢燃料补给站在整个世界,如果氢燃料会有预期的影响必须通过协作和战略眼光。基于当前的政府和其他利益相关者的目标,氢燃料补给站的数量预计将增长到大约5000到2030年代。

在私营部门,氢委员会建立了提供的长期愿景直接氢能源的未来。由许多不同的公司在全球范围内,其成员正在努力提供必要的策略建立氢燃料作为清洁能源转变的主要因素。2018年,JM加入氢委员会指导成员我们是显而易见的,它将多个合作伙伴来自世界各地实现全部潜力,氢可以提供社会。通过领导角色在这个组织,我们可以处理其他成员在塑造未来的氢。

从我们的传统化石燃料的汽车在汽车行业提供催化转换器,我们已做好准备,来继续推动跨许多行业供应链的低碳燃料。我们有几十年的经验与生产相关的关键组件使用的燃料电池在运输和发电市场,或许可最有效的低碳的生产工艺中大规模氢。关键催化剂研发能力发展和改革技术意味着我们可以继续为客户提供必要的专业知识,这将有助于实现氢的未来。

到2030年,有可能是400万辆汽车将采用氢,大约500万个燃料电池在使用在运输和其他市场。氢也预期将减少暖气和电力行业排放的大规模示威活动在操作允许关键决策部署到2030年代。

氢动力的未来。与投资、政策研究和创新,氢燃料将帮助实现无碳的未来。

简屠夫是Johnson Matthey燃料电池业务的董事总经理
Johnson Matthey山姆法国是一个业务发展经理
安迪·沃克是Johnson Matthey技术营销总监
巴里Edmonstone-West Johnson Matthey集团战略总监

Johnson Matthey eLNO商标的公共有限公司