Q Hydrogen即将利用其全新的专有技术启动商业化氢气生产。朱利安·巴克利采访了该公司总裁兼首席执行官惠特克·欧文二世，以了解更多详情。
（图片来源：Adobe Stock）经过十年的密集研发，以氢为主要燃料来源的稳健高效的技术即将问世，一系列可用于商业应用的新型动力解决方案也将随之推出。
配备氢燃料电池内燃机（H2 ICE）的重型货车现已开始交付客户；燃料电池车型预计将在一两年内上市。采用类似技术的工程机械也即将推出。此外，氢燃料电池发电的列车已投入有限运营。
然而，随着这些技术沿着研发轨道向市场化方向发展，氢燃料的来源问题仍然悬而未决。现有设施的氢气产量非常有限，尽管各国政府已启动旨在推动大型氢气生产项目的资助计划，但这些项目距离实现可观的产量仍需数年时间。
氢气如此稀缺，以至于在 2024 年 9 月，一家德国铁路运营商不得不重新使用柴油列车，因为无法为其新的氢动力列车找到燃料。
氢气生产
有多种方法可以提取氢气用作燃料，但大多数方法都涉及电解或热解。电解法利用电流将水分解成氢气和氧气。热解法则利用热量从原料中分离出氢气。
惠特克·欧文，小，Q氢两者都存在与驱动过程所需能量相关的缺点；电解需要“绿色”可再生电力来生产绿色氢气。热解需要高温，至少需要一个合适的点火源——例如，弗劳恩霍夫微工程与微系统研究所 (Fraunhofer IMM) 开发了一种氨热解工艺，据说一旦启动，该工艺在热量方面基本可以自持进行。
Q Hydrogen 的总裁兼首席执行官 Whitaker Irvin, Jr. 表示，该公司开发了一种全新的氢气生产工艺，该工艺比上述两种工艺消耗的能源要少得多，尽管他表示，这项技术最初根本不是为了生产氢气而开发的。
“我父亲开发的这项技术可以追溯到2007年，旨在提供一种全新的工业供暖和制冷方法。其理念是利用双曲线波形几何结构，产生两种不同的气流，即热端和冷端。这些几何结构以镜像排列的方式安装在固定的涡轮盘面上——如果将它们合在一起，它们会“嵌套”在一起——但彼此之间留有细微的间隙。推动空气通过这种装置，会形成一个高压区和低压区以顺时针和逆时针方向相互作用的环境，目的是在有色金属涡轮机内产生反应（温度变化）。
“我们原本预计温差在华氏10到20度之间。但实际温差远不止于此，高温侧温差高达华氏147度，低温侧温差也达到了华氏37度。而这台机器的宽度只有大约6英寸，高度只有12英寸。这让我们意识到，这里面肯定有更强大的东西在起作用。”
名字里有什么？
据惠特克·欧文（Whitaker Irvin）介绍，Q Hydrogen中的“Q”代表QuasarWave。QuasarWave是氢气生产业务的母公司，也是相关技术的控股公司。
自然界中，绝大多数星系的中心都存在一个超大质量黑洞。类星体是一种超大质量黑洞，它会在整个电磁波谱范围内发射出强烈的能量波，有时还会从其两极喷射出特征性的物质流。
“这就是这个名字背后的含义，这项技术试图利用弦理论和量子理论等思想所代表的力量的一小部分，”欧文解释说。
欧文继续说道，大约一年后，在一次密封舱内的系统测试中，一个打开的阀门让水分进入了测试装置。第二天阀门被打开，正如欧文回忆的那样：“一声巨响！空气中的水分与涡轮机的叶片相互作用，竟然产生了氢气；涡轮机甚至都没有旋转。”
为了控制水分的添加量，装置增加了一套系统，随后的测试最终确定该装置能够产生氢气。2014年，公司决定将该工艺商业化，由此诞生了第一台用于处理水并生产氢气的涡轮机。
欧文表示，装置内部顺时针/逆时针方向的流体流动会形成高压区和低压区，进而产生高速涡流。正是这种环境是产生氢气的关键。
位于新罕布什尔州格罗夫顿的 Q Hydrogen 公司（图片：Q Hydrogen）他解释说：“本质上，你是在涡轮机内部的材料上制造大量的旋转。还有一些细节，一些工艺要素，我们计划很快公布，但这是关键之一。”
欧文先是坦言“这话听起来可能有点老套”，然后接着说，迄今为止，全球能源生产主要集中在与热能相关的过程中。但他指出，大自然已经为我们提供了一系列无需化学反应即可产生能量的解决方案：“我们只需要保持开放的心态，充分利用现有的资源。”
新英格兰能源
研发过程是在犹他州的一个实验室进行的。但首批成品氢气生产装置将位于新罕布什尔州的一个工厂。
据欧文称，之所以选择在新英格兰地区设立生产基地，是因为美国北部地区的能源成本不断上涨。他希望通过氢气生产基地，能够以与购电协议（PPA）相近的价格供应电力，而购电协议的价格通常在南部和西部各州更为常见。
他说：“我们得到了社区和新罕布什尔州的大力支持。我们预计今年就能开放该设施，希望能在今年上半年实现。”
该工厂的首个客户将是一家移动数据中心。未来，计划向付费客户提供氢气。这可能包括海运公司，它们可以利用氢气来支持发动机脱碳并达到IMO 3排放标准。未来的项目可能包括对废弃的燃煤电厂进行改造，使其能够使用氢气并重新投入运营。
氢气颜色图表（图片由《石油技术杂志》提供）透明氢气
氢气根据其来源和生产工艺按颜色分类。例如，利用可再生能源（风能、太阳能等）驱动的水电解制取的氢气被认为是“绿色”氢气。蓝色氢气主要由天然气制取，而粉色氢气则利用核能制取。灰色氢气则来自其他化石燃料。
由于能源需求低、成本低，Q Hydrogen 开发的工艺生产的气体被誉为“纯净氢气”。
新罕布什尔州的这家工厂一旦投入运营，每天将有能力生产高达 10 万公斤的清洁氢气，这种燃料将用于向当地和区域客户输送能源。
回到新罕布什尔州，欧文解释说，电力将来自卡特彼勒公司的一系列气体燃料[3016]发电机，这些发电机已经过改造，可以使用氢气。
“卡特彼勒公司正在研发他们自己的氢气发电机组，但由于卡特彼勒机组的交付时间安排，我们不得不独立完成这项工作。这些机组只是第一步，并不能代表我们燃料的最有效利用方式。我们正在与燃烧实验室合作研究各种应用案例，并在燃料电池、燃料储存和产品运输技术改进方面取得了显著进展。”
为了解释，欧文接着说，Q Hydrogen 产品主要成分是氢，但含有极少量的其他元素，这有助于支持更广泛的工业用途。
“我知道我的说法有点含糊，但我们也会公布这方面的细节，”他笑着补充道。“我们发现了一些利用氢气可以做的非常酷的事情，这些事情可以在很多领域得到应用。”
能量损失
水电解过程中消耗的能量会导致最终氢气产品的总能量值降低20%至30%。当被问及使用Q Hydrogen公司开发的系统是否存在相关的能量损失时，Irvin表示，与现有生产方法相比，该系统的能量输入“微乎其微”。
“这样我们就能现场生产燃料，用效率极低的发电机组发电，还能指望盈利。”
《2022年通货膨胀削减法案》（IRA）规定，合格生产设施生产的每公斤“合格”清洁氢气均可获得生产补贴。欧文表示：“我很高兴IRA的出台，因为它让这项技术和氢能领域——就像太阳能和风能一样——获得了应有的关注。我们正处于发展阶段，但依赖补贴从来都不是我们的重点。”
“本质上，你是在涡轮机内部的材料上制造大量的旋转。还有一些细节和工艺要素我们计划很快公布，但这是关键之一。” ——惠特克·欧文，Q Hydrogen公司
由于其专有的生产方法效率极高，尽管 Q Hydrogen 会利用政府提供的补贴来支持 H2 的生产，但该公司即使没有任何财政援助也能盈利运营。
针对有人认为应该使用特定类型的能源以避免不必要的能量损失，他表示，虽然风能和太阳能通常最好以原始形式使用，而不是用于电解水，但并非所有地区都具备这种条件。此外，这项技术仍处于起步阶段。
“一滴水蕴含的势能巨大。我相信有一项研究发现，如果能有效地利用一滴水的所有能量，就能为旧金山提供一段时间的电力。我相信这是真的，但我们目前只是刚刚开始一段旅程，最终或许能达到那个目标。”
未来之路
目前普遍认为，氢能在未来的能源结构中将扮演重要角色，但只能与天然气、柴油、汽油和电力等现有能源并存。然而，欧文认为，氢能将成为“举足轻重的参与者”，像Q Hydrogen公司开发的技术将改变现有的氢能使用轨迹。
“我刚从爱尔兰参加完政府会议回来，他们正在讨论电力需求如何导致电力短缺。在美国，一些拟建的数据中心并网日期还要等七到十年，因为目前还没有足够的电力容量。我认为氢能可以帮助解决这些问题；我认为未来有可能建造完全脱离电网、由氢能支持的新型数据中心。”
氢气管道很可能采用枢纽辐射式布局（图片：Adobe Stock）在“偏远地区”能源市场，还有其他竞争者，包括低能耗核反应堆。欧文认为，这些核反应堆将发挥一定作用，其作用很大程度上取决于地理位置。“微型核电站和氢能将有发展空间，但它们对市场的影响方式将有所不同。”
关于输送方面，他表示有潜力建立全国性的氢气管道，但支持这一目标的一个因素是最终产品的质量。
“我们生产的氢气很适合通过管道输送。但实际上，我认为生产将采用中心辐射式模式。将氢气或低温冷却的液氢储存起来并通过管道输送成本会非常高。”
Irvin补充说，与生产技术一样，Q Hydrogen将在稍后公布更多关于可能通过专用管道输送氢气的细节。
