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山东工业陶瓷研究设计院赵世凯:固体氧化物燃料电池产业化的考量

时间:  2021-05-22 11:46   来源:  氢智会    作者:  Summer

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2021年5月21日,长三角氢能科技高峰论坛在上海科学会堂举行。现场来自长三角多个城市,以及北京、山东等地燃料电池行业的政、产、学、研、投等各方面代表100多人,与在线观看直播的十万余(人次)通过氢能基础研究、产业应用规划和技术开发等全产业链协同发展研讨。

会上,山东工业陶瓷研究设计院陶瓷膜事业部总经理赵世凯发表了主题演讲,以下为演讲实录:

山东工业陶瓷研究设计院赵世凯:固体氧化物燃料电池产业化的考量

感谢大家,实际上已经落在上海了,已经注册了,刚才讲固体氧化物燃料电池,我也是接着这个来讲。我是做陶瓷膜的,我先简单介绍一下我们这个院。

我们是做工业陶瓷的,陶瓷和能源有关系吗?我也思考这个问题,我也一直想走这个关系,我一直在做陶瓷膜,这个陶瓷膜是处理环保行业,处理污水的,处理空气的。我在想我这个陶瓷膜能不能和能源产生关系?机缘巧合,2018年一个很偶然的机会,当时十二五有一个能源领域的项目那时候叫863,我们当时验收了,而且科技部高级中心能源处(名字)对我们评价比较高,正好他们也是在高级中心能源处有项目,那时候就找到了我,就问我你这个东西能不能在我这上面用?我们一交流实际上我理解就是固体氧化物燃料电池,它简称SOEC,大家简称SOC,一个正向过程,一个反向过程,核心就是一个陶瓷膜,就是阳极阴极就是透气的,我们理解为带有催化功能的陶瓷膜,基于这个就到了我老本行了,我就是做陶瓷膜的,所以就做这个事。

简单介绍一下SOC的一些特点,就像贡理事长也讲了,它比较显著的特点就是效率,它是高温的电化学反应,我们用SOC温度700度,比较低的也要600度,高温的电化学反应,所以整体效率很高,发电能到60以上。日本那边可以热电联供,把热也可以用起来,这样就可以把燃料利用效率达到90%以上,这是让人很震撼的技术,因为传统的发电是30%多的效率,煤发电或者什么发电是60%,这是我理解的第一大特点。第二个特点是刚才讲到材料的问题,它不需要用贵金属,我们用的是一些大宗比如氧化锆、氧化镍或者稀土,而且中国生产稀土,特别是我们这个院所在的淄博就是稀土的集散地,我们的原料很容易获取而且很便宜,再一个我们不会被别人“卡脖子”,这是我理解的第二个优势。第三个优势我们可以“吃粗粮”,氢能是很好的切入口,但是除了氢能,所有的碳氢燃料都可以用,和华南理工刘江(音)老师也在做一些探讨,可以直接碳做燃料电池,也就是我把外面那个木头粉碎了,木屑可以直接放到这个电池里面直接发电,而且效率还是很高的,对燃料这个适用范围是非常宽。第四个比较好的特别是契合我们讲的“双碳”目标,碳也可以电解氢,但是SOC除了电解氢还可以电解二氧化碳,举个例子我们集团的水泥材料是全球第一的,中国整个水泥一年差不多有24亿吨,一吨水泥要排放0.6吨也就是600公斤二氧化碳,意味着24吨×0.6,平均14亿人1人一年排一吨水泥,水泥的事情怎么办?这里面和能源就没多大关系了,能源比如用煤用电只占到30%,剩下70%是什么?大家知道水泥是硅酸钙,我要把碳酸钙把二氧化碳释放出来才能成为水泥,这是原料里的,这个行业怎么办?二氧化碳排放是个很大的问题,这些不只是能源的问题,这是工业界的问题。SOEC是可以电解二氧化碳,并且电解成一氧化碳,现在有很多工作在做水和二氧化碳的共电解,我们可以用可再生能源风电、光电电解水和二氧化碳形成一氧化碳和氢气,这就是合成气,合成气可以干什么?可以制氨、制甲醇,这就是非常大宗的化工原材料,我们可以采用这种措施把碳固化下来,我们做成氨就可以做化肥,比如水泥行业排的二氧化碳做成化肥固化起来了,我觉得这也是这个技术对“双碳”的贡献。

目前,SOC的技术特别是基于“双碳”的运用牵引是非常好的,但是目前来说国内还没有形成商业化应用,像美国的BE和其他公司更多做比较大型的分布式供电,他们的目标是联产最终替代火力发电,这是一种路径,像几百千瓦,两百千瓦三百千瓦并到一块到兆瓦级,现在已经形成小规模的商业化应用。另外一类应用就是日本用小型的热电联供,比如今兹(音)为代表东京静燃气的互用了,家电化了,家里有700瓦或者1000瓦全用起来了,国内的主要问题是成本高推不起来。像BE是比较大型的,基本上一瓦平均下来要四五十块钱,日本那边小型的一瓦平均下来一百多块钱基本没法用,国内的华南理工、华中科技的很多,包括企业也在做,但是目前还没有实现商业化应用,只是拿来做演示,这也是我今天的产业化思考。

为什么没有实现商业化应用?从我个人的理解它的核心是个陶瓷膜,我们要把电化学的东西转化成陶瓷的语言,实现陶瓷的产业化。因为我们是材料央企,就想我们产业化的路径,我们有一个材料的央企,再有两个院所,一个是电化学背景,一个是陶瓷背景,基于我们集团的模式就是央企试营,我们是央企的“帽子”,但是充分引入混合所有制的模式,以开放的氛围把所有国内能够引进的都引进过来,最终要解决的是要产业化。目前中国把SO拿出来是没有问题的,就是我作为演示有这个样子是可以的,但是要用还是不行,为什么?就是产业化要解决的问题,从0到1前面已经做了20年已经解决了,我发现了这个现象,把这个现象做到最好的性能已经完成了,但是怎么能够成千上万次地复迁它,这是需要产业界的问题,需要大量的投入,我们作为材料央企也是我们要做的事情,但是做完这个事情可能后面的能源央企再进来,才能更好地推进行业发展。目前是试营这个模式,和很多社会资本也建立了合作,在上海的公司也已经落地,我们也希望通过这些努力能够对中国的“双碳”以及中国的SO,国外的贵,类似于光伏,目前中国的光伏成本已经做得很低,而且在全球都是领先的,我们希望按照中国光伏的模式去做SO,希望也能够尽早在中国实现SOC的商业化应用。

谢谢大家!
 

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