用“天然矿石+水”制造廉价氢！目标100%氢专烧发电站
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摘 要：氢能作为清洁能源备受瞩目。本文对Hydrogen Technology株式会社山本泰弘社长进行了采访，该公司目标是启动日本首个氢专烧发电站运行。
关键字：氢能、氢专烧发电站、制氢工厂、天然矿石、储罐、半永久性地持续产氢
氢作为新一代清洁能源备受瞩目。然而，其实用化存在各种课题。
首先是制造方法。目前主流的方法是使用煤炭和天然气等化石燃料制造，但这会排放二氧化碳。如果通过水电解制造的话，不会产生二氧化碳，然而电力来源会成为问题。毕竟，火力发电会产生二氧化碳，而太阳能发电则需要极大的占地面积。此外，如果采用高压运氢，成本也会随之增加。
日本Hydrogen Technology公司致力于开发解决上述课题的制氢技术，力争在本年度内与大型新电力公司Erex合作，共同启动日本首个氢专烧发电站的运行。本文为对Hydrogen Technology公司山本泰弘社长的采访内容。Hydrogen Technology公司在山梨县富士吉田市设有“氢实证中心”。本文采访是在参观设于该中心的制氢工厂时进行的。
位于Hydrogen Technology“氢实证中心”制氢工厂的临时储罐
——制氢工厂竟然设在普通的公司大楼里，这太令人惊讶了。
【山本】根据日本法律，将氢加压到1MPa（兆帕）以上的“高压”时，就属于氢的“制造”。高压氢必须与周围环境保持8m的安全距离，因此不能在建筑物内部“制造”氢。
而这里只产生氢气，是小于1MPa的“低压”氢。因此，根据消防法规定，如果建筑物使用不可燃材料和钢架，且照明系统也防爆的话，则在建筑物内部也没有问题。
处理高压氢的设备必须经过认证，并需要进行特殊检查。储罐也是，低压的话用铁就可以了，但如果是高压则必须用不锈钢。低压的话成本低，氢的价格可以保持在低位。
——如何出货？
【山本】目前，氢被装在7立方米的储气瓶中，通过贸易公司出售给正在进行燃料电池研究的山梨大学等。出货时，使用放置在室外安全距离的高压压缩机将氢气加压到14.7MPa的高压。
出售时装氢的储气瓶
但是，无论是燃料电池还是燃烧发电，使用氢时都需要恢复低压。因此，我们正在考虑将成套设备运至客户，现场生产氢气并在低压下使用，而不是运输高压氢气。
当然，也可以在室外安装设备。这样的话，即使氢气泄漏，因其很轻只会向上逸出，不需要防爆，可以进一步降低成本。
目前日本的氢气成本不低于每立方米100日元（约5.91元），但是本公司的成套设备很便宜，现场制氢的话每立方米的成本不到50日元（约2.96元）。计划于今年9月首次在客户现场实际安装该设备。
若以高压氢的形式交付给客户，则单价会增加到每立方米1000日元（约59.11元）左右，而且客户还需要（在高压氢周围）设置8米的安全距离，或者建一堵高4米的墙。为建这样一堵墙而打地基就需要相当大的成本。
——如何制氢？
制氢的反应罐
【山本】在A、B、C三个反应罐中，通过天然矿石和水反应生成氢气。除了自动控制和传感器需要用电之外，不使用任何电力来制氢。所制得的氢不含碳，且纯度可达99.999%。
近一年来，社会对制造过程中的二氧化碳排放量越来越关心，而由于我们公司的制氢过程不产生二氧化碳，来自客户的咨询急剧增加。
——只是将天然矿石放入水中？
【山本】是的。有时会被问到“那么，如果矿石所在的地方下雨会产生氢气吗？”，但实际上并不是那么简单。为了更好地进行反应需要调整pH。
另外，在自然状态下，矿石表面氧化，难以产生反应，因此需要粉碎后使用。
——矿石的价格不是也很高吗？
【山本】是的。具有这种性质的矿石被称为镁铁质岩，其有很多种类，如俄罗斯菱镁矿。从世界各地收集具有相同性质的矿石混合使用。制作这个配方花了大约半年的时间，曾经发生烧杯爆炸，炸破天花板和桌子等。
——不会产生氢气以外的气体吗？
【山本】不会。因为不是分解水生成氢，而是从与水反应的矿石中生成氢。反应后，矿石溶解在水中，添加新的矿石即可继续反应。
左边是“清洗罐”。右边是反应罐
——可以制造多少氢气？
【山本】一个反应罐加水800升，1小时内最多可生成200立方米的氢。实际上仅需300升的水就够了，但是为了排出罐内的氧气多加了水。
当A罐装满时，B罐开始反应；当B罐装满时，C罐开始反应；然后重新回到A罐反应，如此自动连续运行。也可以只让A和B连续运行，或者同时使多个罐反应。
现在有3个反应罐，以前有6个。6个同时反应时，1小时可产生1200立方米的氢，使用燃料电池可发电2000kW。通过太阳能发电获得同样的电能则需要占地8000坪（1坪约为3.3平方米）左右的太阳能电池板。本来想尝试使用燃料电池发电的，但购买如此发电量规模的燃料电池要6亿～7亿日元（约3500万~4100万元），就放弃了。
顺便说一下，福岛县浪江町建成的世界最大的制氢设施，其产氢量是1小时1200立方米，为此使用大量土地进行太阳能发电。本公司的方法在单位面积上的生产力要高得多。
——生成的氢会流向其他储罐吧。
【山本】会进入“清洗罐”。虽说是清洗罐，但并不是用于清洗，而是一个使用水的防逆火阀。普通的防逆火阀在氢气环境下会很快劣化，因此使用装有水的储罐。
离开清洗罐的氢气通过临时储罐进入室外的外部储罐。以前有4个，现在增加了2个。
外部储罐
我们正在与Erex一起规划的氢专烧发电站将24小时不间断运行，每小时燃烧300立方米的氢气。目前的6个外部储罐可储存低压下900立方米的氢气，相当于发电站3小时的用量。
当外部储罐中的氢气不足时，会自动生成并补充氢气。我们计划增加1个每小时可生成400立方米氢气的大反应罐。
——据说与Erex合作建设的氢专烧发电站的输出功率为360kW，仅凭这里的设备能提供足够的氢气吗？
氢专烧发电站的建设规划地
【山本】是的。发电站计划建在隔壁的原停车场用地，氢气将从外部储罐通过管道以低压状态供应。
虽然360kW的发电量不大，但是建造大型发电站需要的时间太久，因此计划首先实现日本第一个使用100%氢的商业发电，创造出实际成果。基础建设将于今年8-9月开始，计划于明年初进行试运行。
——发电机呢？
【山本】发电机使用德国制造的往复式发动机。据说这是世界上第二台使用100%氢气发电的发动机，第1台是该德国公司的试验机。
实物比例1/100的成套设备。
右端是反应罐。左端是燃料电池
【山本】成套设备的实物太大，看不真切，因此准备了实物1/100的模型，让我们用它来实际生产氢气吧。
当向装有矿石的反应罐中加入水时，会立即产生氢气。为了确认是否为氢气，先不要将其流入清洗罐，而是通过肥皂溶液。因为氢比空气轻，肥皂泡会浮起来，然后尝试点燃肥皂泡。
如果氢气纯度较低，点燃时会发生爆炸，而纯度高的氢气点燃时不会爆炸，会慢慢燃烧。
点燃装置产生的氢
——确实燃烧了。
【山本】接下来，将氢气存在储罐中。达到0.05MPa后，将氢气通入自制的50A燃料电池发电。
——说起来，您是如何开发出用天然矿石和水生成氢的方法的呢？
【山本】本公司在大约八年前开发了乳化燃料——是轻油和水各50%的混合物。由于未经许可混合轻油是犯罪行为，税务局花了一年时间对其进行了检查，终于在日本首次被认定为“等同于轻油”，并获得了制造证书。
那个时候，为了易于与轻油混合，制作了溶解了大量氢气的水。用电解水即可简单制作，但是会增加电费，因此选择了天然矿石。
为了进一步增加氢气的溶解量，增加投入水中的矿石量时，生成了氢气，这便是本公司开展氢业务的契机。
但是，当时以乳化燃料为主营业务，乳化燃料排放的二氧化碳只有轻油的一半，所以我认为这就足够了。然而，仅仅是减少二氧化碳排放还不够，脱碳的概念突然被提出，因此从大约2年前开始，公司决定专注于氢业务，并把原来的仓库改成了之前看到的工厂。
——与Erex合作的氢专烧发电站计划是如何开始的呢？
【山本】去年11月Erex首次来访后，实现了1小时制氢100立方米的连续运行，并由巴商会公司确认了纯度为99.999%，于是迅速达成了合作。因为彼此都想用氢发电。
不粉碎矿石，而是使水循环从而持续生成氢气的装置
——除此之外，未来的计划如何？
【山本】正在开发一种不粉碎矿石，而是使水无限循环从而持续生成氢气的装置。该装置需要加水，但可以半永久性地持续产氢。
翻译：李释云
审校：李涵、贾陆叶
统稿：李淑珊
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