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"水解制氢"大揭秘:主材为铝添加铅氯化镁氧化锌

时间:2019-10-13

5月25日,众多媒体到访位于河南省南阳市的洛特斯新能源汽车有限公司“水氢汽车”制造工厂。作为本项目的主要推动者、青年汽车集团董事长庞青年接待了媒体记者,并首次乘坐了该公司研发的“水氢汽车”。

但对于该车内部水解产生氢气的原理与所谓“催化剂”的成分,无论是庞青年还是青年汽车集团内部工作人员都三缄其口,宣称保密。

澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者从国家知识产权局了解到,庞青年目前所用该项技术的核心内容是通过水解一种铝合金粉末产生氢气。铝合金粉末中,铝为主材占比90%以上,理想的添加剂为铅、氯化镁与氧化锌三种金属。

庞青年的这项技术来自湖北工业大学原副校长董仕节(现已任湖北经济学院党委副书记、院长)与材料与化学工程学院讲师罗平的两项专利研究。

从校方公开发布的信息可知,该校将“一种水解制氢铝合金及其制备方法”(专利号:ZL201610564832.5)、“一种水解制氢铝合金及其制备方法和应用”(专利申请号:201910117543.4)两项专利独家授权给南阳市青动能源科技有限公司在其运营期间使用。

南阳市青动能源科技有限公司系青年汽车集团下属公司,执行董事兼总经理是庞青年的儿媳何雅琪。

湖北工业大学授权给该公司的两项专利中,一项(以下简称2016年专利)已通过国家知识产权局的审查,另一项(以下简称2019年专利)尚在审查阶段。

澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者从国家知识产权局网站获得了两份专利的说明书全文。在2019年专利的说明书中,罗平与董仕节写道,“本发明公开了一种水解制氢铝合金,其由质量百分含量90到95的铝(Al)和5到10的添加剂组成。”

说明书中还写道,实现氢能有效安全利用的重要途径之一就是实现即时制氢。现阶段常用的制氢方法主要是通过制氢材料水解制氢,其中铝合金水解制氢是目前比较热门的研究课题。

通过查询,董仕节与罗平等人从2012年就开始不断申请通过铝合金水解制氢的专利发明。据澎湃新闻记者不完全统计,从2012年至今,二人联合他人共提交了20余份相关专利申请。在2012年的一份专利中甚至还提出了添加普通食盐作为水解辅助材料。

在2019年之前,镓(Ga)和铟(In)两种贵金属一直作为主要添加剂用于二人的专利。2019年专利中,二人将添加剂材料替换为金属单质、金属氧化物和金属氯化物中的一种或多种,并说明理想添加剂为铅(Pb)、氯化镁(MgCl2)和氧化锌(ZnO)的混合物,因此大大降低制氢铝合金的成本,“有利于实现制氢铝合金的规模化应用与商业化推广”。

根据专利说明书,水解制氢的步骤是:将铝粉与添加剂球磨混合(使用球磨机-磨碎或研磨的一种常用设备),在惰性气体(如氩气)保护下取出合金并保存于惰性气体,将铝合金投入水中制备氢气(可为海水、自来水、矿泉水、生活污水,不受水温水质的限制)。

加入添加剂的作用是:在制备氢气过程中,金属单质和金属氧化物会破坏铝表面致密的氧化物,提高铝水反应的反应活性;金属氯化物会消除铝粉的团聚现象,并且使金属铝表面产生大量的表面缺陷,提高合金的水解制氢性能。

据专利提供的实验数据,其产氢量为1g合金产生1247mL氢气。

此外,董仕节与罗平等人还提交了供氢装置、氢燃料电池系统等多个配套装备的专利发明。

针对这种制氢方法,网络上掀起了一片质疑声浪,有人质疑其要携带铝合金重量过大,有人质疑其安全性尚不能保证,有人质疑其反应废料无法处理。

还有人表示,从经济性来看,市场上铝的价格已经超过10元/公斤,按照9公斤铝制取一公斤氢气计算,则生产一公斤氢气的材料成本在63至90元,尚未考虑将块状铝制成铝粉的费用和能耗。因此,这种制氢路线并不符合节能和环保的要求。

还有人质疑其有“脱裤子放屁”之嫌,因为铝本身就是通过电解而产生,而电解铝行业耗电量很大,中国电解铝行业每吨铝耗电约为13000kWh,2016年电解铝耗电占全社会用电量的7.5%。质疑者表示,用本身就是电解而来的铝金属再水解出氢气用于电池供电,似乎并无必要。

针对种种质疑,董仕节向长江日报回应称,研究团队已经就这个问题进行了考虑。制氢后的水解产物偏铝酸可以直接作为阻燃材料使用,高品质的偏铝酸可以用于电池隔膜产业,偏铝酸还可以进一步加工成微纳米级氧化铝。制氢后的水解产物都有很高的利用和经济价值,通过新能源汽车的使用回收后,可解决节能和环保的问题。

但董仕节同时表示,其团队的技术已经解决了材料、控制等氢气制备等关键环节。目前只是氢气制备残留物的抽取及后续制氢的稳定性还待研究,如果这些技术难题解决了,相关技术就可完全成熟,在新能源汽车上的大规模应用就指日可待。

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