日本從有機氫化物中提取分離出氫氣直接驅動汽油車
2014-05-14 18:33:39
admin
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據蓋世汽車網2009年3月4日訊 從事氫氣儲藏及供給裝置開發業務的Hrein Energy（總部：日本札幌）宣布，在雙葉產業（Futaba Industrial）、伊藤Racing Service以及北海道大學名譽教授市川勝的協助下，借助車輛上配備的氫氣發生裝置從有機氫化物中提取出氫氣，并摻入汽油車的進氣中，成功地進行了行駛實驗。這是全球首次成功地通過市售車輛上配備的氫氣發生裝置，從有機氫化物中提取出氫氣。
成功進行了行駛實驗的車輛是改造自日產的“March”（排氣量為1.2L，見下圖1a）。該車配備了可利用排氣系統的余熱從C7H14中提取氫氣，并將氫氣供給發動機的氫氣發生裝置。
不過，此次試驗車輛的主驅動力是通過汽油燃燒產生的。提取出的氫氣僅以大約3～5的體積百分比混入到汽車的吸入空氣中。由于氫氣的燃燒性能高于汽油，因此，如果將其摻入混合氣中，則可實現僅通過一般汽油燃燒所難以達到的、空燃比為25以上的稀薄燃燒。此次的試驗車輛在試車道上的50～60km/h常速行駛中，成功地使燃效比僅靠汽油行駛時提高了約3成。
日產此次在試驗車輛上配備的氫氣發生裝置的特點是，利用發動機的余熱，而不使用其他能量（圖1b）。不過，此次配備的氫氣發生裝置的容積約為3L，可生成的氫氣量為每小時3m3左右，不足以靠氫氣滿足車輛的全部燃料需求。據說燃料電池車每小時所需的氫氣量為30～50m3，要想滿足這一需求，氫氣發生裝置必需進一步小型化。另外，如果是燃料電池車，由于燃料電池的工作溫度僅為80℃左右，很難利用余熱產生氫氣。
另一方面，新日本石油與日立制作所聯手開發出了體積小、但可從C7H14中提取大量氫氣的氫氣發生裝置（圖2）。此項開發是日本經濟產業省委托給日本石油產業活性化中心的“未來型燃料高度利用研究開發”項目的一環。兩公司開發的氫氣發生系統為板狀，由觸媒板、氫氣分離膜、氫氣流路等構成。組合應用了新日本石油的觸媒技術及日立的微型反應器（Microreactor）技術。
日立的微型反應器技術是通過形成μm級的流路，通過提高單位容積的表面積，實現反應器的小型化的。技術細節沒有對外公布，但此次的反應器在深度為40μm的微細流路上，觸媒采用Pt（白金）粒子。所用Pt的數量為，平均每臺車輛為數g左右。氫氣分離膜的作用是僅使生成的氫氣從C7H8中分離，此次采用了市售的Pd-Ag（銀）膜。
如果對此次開發的氫氣發生裝置作一評價，可以說在反應溫度為300℃的條件下，C7H14的90%轉化成了C7H8，*終成功地提取出相當于理論值80%的氫氣。從實驗結果中得知，由于此次實驗是通過板狀小型反應器實施的，因此，如果將多個板狀小型反應器組裝成容積為25L的裝置，則能夠供給1輛燃料電池車行駛所需的氫氣。
（a）以日產汽車的“March”為原型。如果將從有機氫化物中提取出的氫氣摻入汽車的進氣中，由于氫氣的燃燒性較高，無需改造發動機，即可實現空燃比為25以上的稀薄燃燒。由此，恒速行駛燃效可提高3成左右。（b）用于從有機氫化物中提取氫氣的“車載（On Board）型脫氫反應器”（后方的圓筒狀裝置）。這是首次成功地通過市售車輛所配備的反應器提取氫氣。
用于從有機氫化物中提取氫氣的小型反應器，由新日本石油與日立制作所聯手開發。外觀（a）為薄板狀，如果投入有機氫化物環己基甲烷，則會產生氫及甲苯。內部由觸媒板及氫氣流路等構成（b），通過氫分離膜將甲苯與氫分離。