跨年之際，大面積的霧霾也跨越了新年，在新年之初，就給我國帶來了沉重的環(huán)境壓力。能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，在我國已加速形成倒逼機(jī)制。如何高效、安全地使用清潔能源成為一項(xiàng)迫在眉睫的重大課題。

循環(huán)經(jīng)濟(jì)是指把傳統(tǒng)的依賴資源消耗的線形增長的經(jīng)濟(jì)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽可鷳B(tài)型資源循環(huán)來發(fā)展的經(jīng)濟(jì)。我國高度重視發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)，不斷提高資源利用效率，但經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展仍然面臨著巨大的資源壓力。

綠色能源和循環(huán)經(jīng)濟(jì)之間是否存在內(nèi)在的關(guān)系?當(dāng)今科技是否已在探索解決綠色能源的同時(shí)又推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展?記者帶著問題歷經(jīng)兩年的深入調(diào)研和走訪，在廣東一家民營企業(yè)找到了可喜的答案。

氫能：成為綠色能源引領(lǐng)者

氫能具有熱值高，清潔無污染，來源豐富等特點(diǎn)，演繹了自然物質(zhì)循環(huán)利用、持續(xù)發(fā)展的經(jīng)典過程，被公認(rèn)為是人類最理想的能源。氫能是取之不盡用之不竭的，除了從化石能源中獲得氫能外，還可以通過生物質(zhì)能、太陽能、風(fēng)能等可再生能源獲得氫氣。目前主要有三種氫能的利用方式，包括直接燃燒、通過氫燃料電池轉(zhuǎn)化為電能及核聚變。

其中，通過氫燃料電池將氫能轉(zhuǎn)化為電能是最高效安全的使用方式，通過電化學(xué)反應(yīng)燃料電池可以直接把氫能變成電能和水，不排放任何有害物質(zhì)。氫燃料電池通過電化學(xué)反應(yīng)，把氫和氧分別供給陰極和陽極，氫通過陰極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陽極，而不是采用燃燒(汽、柴油)或儲(chǔ)能(蓄電池)方式。氫燃料電池核心是質(zhì)子交換膜(PEM)，它負(fù)責(zé)把氫的質(zhì)子和電子剝離開。

氫能的開發(fā)利用已被許多發(fā)達(dá)國家列為重要國策，美、歐、日等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)都從國家可持續(xù)發(fā)展和安全戰(zhàn)略的高度，制定了長期的氫能源發(fā)展戰(zhàn)略。我國作為國際氫能經(jīng)濟(jì)和燃料電池伙伴計(jì)劃國際組織的發(fā)起國之一，于2015年在武漢召開了國際氫能經(jīng)濟(jì)和燃料電池伙伴計(jì)劃第23屆指導(dǎo)委員會(huì)研討會(huì)議，目的是建立一種機(jī)制以實(shí)現(xiàn)高效合作，其重點(diǎn)是研討氫能和燃料電池技術(shù)的國際研究、開發(fā)、示范和商業(yè)利用。

在化工廠中制備氫早已不是難題，但如何隨時(shí)隨地方便地使用氫成為關(guān)鍵。氫密度低的性質(zhì)導(dǎo)致其難以常溫常壓儲(chǔ)存，泄漏后又有爆炸危險(xiǎn)，氫90%左右的使用成本都用于壓儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)。因此，氫的儲(chǔ)運(yùn)安全和使用成本問題成為制約氫能發(fā)展的主要瓶頸。

那能否避開氫的“壓儲(chǔ)運(yùn)”環(huán)節(jié)，把集中制氫轉(zhuǎn)變?yōu)榉植际街茪?，讓常壓的氫氣變得唾手可得?2016年3月國家能源局列入國家發(fā)布的“能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016—2030)”已經(jīng)把分布式制氫納入其中。目前，分布式制氫主要包括電解水制氫、甲醇重整制氫等方式，電解水制氫是一種比較常用的分布式制氫辦法，但因制備成本比較高、損耗高、設(shè)備難以小型化，電解水制氫很難推廣應(yīng)用;相對而言，甲醇重整制氫是一條便捷可行之路，直接通過化學(xué)反應(yīng)甲醇可生成二氧化碳和氫。

甲醇重整制氫需要把二氧化碳和氫進(jìn)行分離，目前常用的方法是變壓吸附法(PSA法)，該方式相對穩(wěn)定，可產(chǎn)生高純度氫氣，目前業(yè)界普遍認(rèn)為此法不易做到結(jié)構(gòu)小型化。相比之下，可以使結(jié)構(gòu)小型化的膜技術(shù)又存在成本過高(主要是催化劑成本)的問題。如此看來，膜技術(shù)的突破對于甲醇重整制氫設(shè)備的小型化將起到至關(guān)重要的作用，并可能直接影響氫能的大范圍推廣和應(yīng)用。

甲醇：一種可再生的分布式能源

分布式發(fā)電是將發(fā)電系統(tǒng)以小規(guī)模、分散式的方式布置在用戶附近，可獨(dú)立地輸出電、熱或冷能的系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的電站相比，分布式發(fā)電更靠近用戶，不需要高壓輸電系統(tǒng)，且建設(shè)快、運(yùn)行費(fèi)用低，具有經(jīng)濟(jì)性、安全性和靈活性等特點(diǎn)，可減少對傳統(tǒng)火力發(fā)電對環(huán)境的破壞，滿足能源可持續(xù)發(fā)展的要求。

提及可再生的布式發(fā)電能源，大家可能首先會(huì)想到光伏和風(fēng)力，然而太陽能、風(fēng)能因受地球自轉(zhuǎn)、氣候、地域等因素影響具有明顯的間歇式特點(diǎn)，無法直接滿足人類可持續(xù)的用電需求。此外，目前比較常見的分布式發(fā)電方式還有天然氣發(fā)電、沼氣發(fā)電、氫能發(fā)電及生物質(zhì)發(fā)電等。甲醇作為一種可再生的能源，它可以通過生物質(zhì)制取，可以直接用于發(fā)電，也可以轉(zhuǎn)變成氫氣發(fā)電，它是一種可再生分布式發(fā)電的能源。

甲醇直接燃燒發(fā)電是熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再從機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，二次轉(zhuǎn)化效率過低，一般不為采用，直接甲醇燃料電池DMFC發(fā)電技術(shù)，只在2012年前后日本東芝的有關(guān)成果獲得報(bào)道，至今報(bào)道并不多見。

為了更全面的了解一種可再生的分布式發(fā)電能源的可行性，記者搜集了目前已有的四種甲醇發(fā)電路徑并進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)只有把甲醇變成氫氣，再用氫氣發(fā)電的技術(shù)是最成熟的，而且具有相對較高的轉(zhuǎn)換效率和環(huán)保指數(shù)(見表)。

醇水氫燃料電池高效一體機(jī)

目前，很多專家學(xué)者都在努力攻關(guān)醇水氫燃料電池發(fā)電技術(shù)，其原理是將甲醇和水的混合溶液利用催化劑進(jìn)行催化重整產(chǎn)生重整氣，再利用純化膜將重整氣進(jìn)行提純得到高純度氫氣。為什么要使用甲醇和水的混合溶液為原料呢?甲醇(CH3OH)分子中含有4個(gè)氫原子，而水(H2O)中有2個(gè)氫原子，兩者進(jìn)行混合后再進(jìn)行催化反應(yīng)可以得到6個(gè)氫原子，大大提高了制氫效率。

結(jié)論似乎已經(jīng)出來了，期望著有一種完全新型的新能源發(fā)電設(shè)備，該設(shè)備以能量密度高、可再生、存儲(chǔ)運(yùn)輸方便的甲醇為燃料，該設(shè)備使用膜技術(shù)，讓設(shè)備足夠小型化，膜的成本不能高，又能夠產(chǎn)生高純度的氫，且性能穩(wěn)定，再直接與氫燃料電池很好地對接。

水氫機(jī)：我國完全自主研發(fā)的甲醇水發(fā)電機(jī)

三年前，一家專注于甲醇水蒸氣催化重整氫燃料電池的應(yīng)用研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)，“廣東合即得能源科技有限公司”(以下簡稱“合即得”)落戶廣東東莞。三年來，記者跟蹤了這家企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

該項(xiàng)技術(shù)發(fā)明人向華帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)把甲醇水蒸氣催化重整制氫技術(shù)和氫燃料電池技術(shù)結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)了一體化發(fā)電，并將該設(shè)備稱之為“水氫機(jī)”。2009年團(tuán)隊(duì)研制出他們的第一臺(tái)樣機(jī)，并對設(shè)備進(jìn)行迭代研發(fā)。

如今，合即得自主研發(fā)的水氫機(jī)擁有80多個(gè)核心元器件，獨(dú)立擁有4套核心膜技術(shù)，獨(dú)立擁有目前發(fā)電效率較高的3-5-7技術(shù)(即3公斤甲醇可產(chǎn)5標(biāo)立方氫氣發(fā)7度電)。在水氫機(jī)的應(yīng)用開發(fā)上，合即得已生產(chǎn)出電動(dòng)車移動(dòng)充電寶、野營發(fā)電機(jī)等家用和商業(yè)發(fā)電機(jī)產(chǎn)品，同時(shí)把水氫機(jī)應(yīng)用在汽車領(lǐng)域，將水氫機(jī)作為汽車的能源動(dòng)力系統(tǒng)，并陸續(xù)生產(chǎn)出水氫警務(wù)車、水氫旅游光車等，并成功地改裝了轎車、大巴、觀光車等水氫電動(dòng)車車型。

通過近10年的研發(fā)，合即得的甲醇水蒸氣催化重整氫燃料電池發(fā)電技術(shù)取得了驕人的進(jìn)步，水氫機(jī)的優(yōu)勢也越來越明顯：制氫純度大于99.9999%;設(shè)備性能穩(wěn)定，有關(guān)產(chǎn)品已連續(xù)不間斷工作11個(gè)月;實(shí)現(xiàn)了小型化，體積從以前的衣柜大小成現(xiàn)在的電腦機(jī)箱大小，30kw水氫機(jī)尺寸僅為1210×270×800mm;發(fā)電效率也大大提高，每公斤甲醇可產(chǎn)生2.3度電;設(shè)備可進(jìn)行快速啟動(dòng)和遠(yuǎn)程操控;設(shè)備系統(tǒng)安全可靠，無任何高壓儲(chǔ)氫設(shè)備;整機(jī)基本無運(yùn)動(dòng)部件，噪音小于55db。

此外，合即得正在努力在移動(dòng)電力、應(yīng)急電力、戶(野)外電力、備用電力等實(shí)現(xiàn)與多個(gè)行業(yè)的對接，應(yīng)用場景有眾多的想象空間。在加快行業(yè)應(yīng)用的同時(shí)，合即得的創(chuàng)新步伐還在加速，在進(jìn)一步提高發(fā)電效率、進(jìn)一步降低成本以及進(jìn)一步小型化的同時(shí)，合即得還在積極向上游甲醇的生物質(zhì)制備、分布式制備以及二氧化碳捕集等方面開展合作。

偉大的創(chuàng)新來自敢想、敢做和孜孜不倦的追求。在全國科技創(chuàng)新政策、環(huán)境、需求日益增強(qiáng)的今天，科技創(chuàng)新更需要民族的自信。1769年蒸汽機(jī)發(fā)明屬于英國，1876年內(nèi)燃機(jī)發(fā)明屬于德國，1946年計(jì)算機(jī)發(fā)明屬于美國;2009年的水氫機(jī)能否屬于中國，能否在人類科技創(chuàng)新的歷史上留下濃墨重彩的一筆?歷史會(huì)給出最好的答案。

甲醇電力路線對比

路徑工藝路線技術(shù)現(xiàn)狀轉(zhuǎn)換效率環(huán)保指數(shù)

路徑1甲醇——內(nèi)燃機(jī)——電力成熟20%—30%排放PM2.5

路徑2(DMFC)甲醇——燃料電池——電力不成熟10%—30%無排放PM2.5

路徑3甲醇——?dú)鋬?nèi)燃機(jī)——電力成熟25%—45%排放PM2.5

路徑4(IMFC)甲醇——?dú)淙剂想姵亍娏Τ墒?5%—70%無排放PM2.5