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随着FCEV和CNG的兴起 , 燃料生产行业也在如火如茶的发展 。 目前 , 氢气和天然气主要来源是化石能源 。 然而 , 传统化石能源行业造成了环境污染和高能源消耗 。 为摆脱传统一次能源的依懒性 , 降低环境破坏 , 以可再生能源为原料的氢气和天然气生产行业也在加速蓬勃发展 。 可再生能源资源将在向清洁和可持续能源系统过渡中发挥关键作用 。
二十世纪九十年代 , 美国可再生能源实验室领先提出“生物质高温裂解制备生物油 , 生物油蒸汽催化重整制氢”的两步制氢工艺概念 。 目前 , 热化学法、生物法和电解法是通过可再生能源制氢的主要技术 。 生物制氢和电解水制氢产量低 , 生产周期长 , 热化学制氢越来越受到关注 。
基于生物质的热化学转化生产氢气主要为气化和热解 。 与热解相比 , 生物质气化在氧化剂存在的情况下温度更高 , 主要产生气态产物 , 被认为是生产合成气的更有效途径 。 生物质的来源有很多种包括木质纤维素、藻类、食物残渣和城市固体废弃物等 。
电解水是一种最有潜力的氢生产方法 , 因为原料为水 , 副产物只有纯氧 。 但因为化石能源发电的环境问题被垢病 , 利用可持续能源(生物质、风能和太阳能)产生的直流电力去电解水进而生产氢气是更值得关注的 。 光催化和核热制氢等新兴制氢技术也在萌芽发展 。
此外 , 多种技术也可以有效地从煤或生物质中产生天然气 。 这些技术通常使用蒸汽一氧气气化、加氢气化和催化气化 。 1984年 , 年产14亿立方米的美国大平原煤制天然气装置正式投产 。 上个世纪90年代 , 河南煤化首次引进鲁奇气化技术利用劣质煤生产中等热值的城市煤气 。
目前 , 我国建成4个煤制天然气项目 , 年总产能51.05亿立方米;8个新的煤制天然气项目己经获得批准 。 生物质作为原料气化生产天然气替代煤制天然气的生产具有广阔的前景 。 Paul- Schemer研究所提出用木材形式的干生物质和粪便形式的湿生物质生产合成天然气 。 干生物质气化产生合成气和粪便经过厌氧消化产生的沼气进一步生产天然气 。
CNG发动机研制和汽车改造技术较为成熟 。 无论是作为单燃料奥托循环发动机或作为双燃料柴油循环发动机都己经投入生产 。 康明斯西港公司设计6至12升(195400马力)CNG SI专用发动机 , 可用于卡车和公共汽车等商业运输 。 康明斯西港ISX12G(298千瓦))CNG发动机采用了化学计量冷却废气再循环燃烧技术和涡轮增压 。
TEDOM是捷克领先的公共汽车制造商 , 可以提供符合欧盟5级EEV排放标准的专用CNG燃料公共汽车 。 TEDOM可生产配备OB D-II(车载诊断)技术的涡轮增压或自然吸气12升6缸CNG内燃机 。 CNG燃料发动机的性能在很大程度上取决于发动机的设计和类型 。 然而 , 目前所有研究人员和制造商面临的主要问题是CNG发动机的制动功率损失 。 影响发动机功率的CNG燃料的几个特性是火焰传播速度低、体积效率低和没有燃料蒸发 。
此外 , 天然气储罐是CNG的研究重点 , 这关系到汽车的续航能力 。 CNG燃料瓶有四种气缸类型 , I型CNG气瓶完全由铝或钢金属制成 。 II型CNG气瓶制造时采用金属内衬 , 内衬由玻璃或碳纤维复合材料包裹在中间(也称为环形包裹) 。 III型CNG气瓶也采用金属内衬制造 , 但在整个气瓶周围采用完整的复合材料包裹来加强 。 IV型气缸采用塑料、气密内衬加强了一个完整的复合材料包裹整个气缸 。
对FCEV来说其主要原理是氢通过与氧的化学反应而产生电能进而带动汽车运行 。 FCEV中运用了质子交换膜燃料电池 。 电池的电解质采用了被称为Nafion全氟磺酸的固体聚合物膜 。 聚合物膜是一种酸性膜 , 可运送氢离子或质子 。 氢气是原料 , 空气或纯氧被当作是氧化剂 。 它是一种低温燃料电池 , 可以传导氢离子 。 这些燃料电池在交通运输领域应用最广泛 , 它们的启动和停止时间相对较短 。 质子交换膜燃料电池的另一个优点是它们具有很高的效率 。 此外 , 氢气储罐相比于天然气储罐更加严格 。
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