随着气候变化不断加剧,实现碳中和(温室气体排放近乎为零)的需求愈发迫切。氢被视作终极能源,在其中起着关键作用。氢在燃烧时不会排放二氧化碳(CO2),且能够从多种资源中获取。2023年11月,神户大学成立了"氢与未来能源技术研究中心"。该中心致力于着眼未来展开研究。
神户大学氢与未来能源技术研究中心的成立可追溯至 1969 年,彼时神户商业海洋大学(现神户大学海洋政策科学学院)开启了制造低温液氦的研究。该项目始于对零下 269 摄氏度的液氦(在更低温度下会转变为超流体)以及超导性的应用研究,最终成功研发出超导电磁推进船"大和一号",该船通过超导磁体产生的磁场提供动力。1995 年阪神淡路大地震后,研究团队还致力于利用与电磁推进船相反的原理来演示洋流 MHD(磁流体动力)发电。
支持氢社会的基础技术
随后,在 2004 年,研究重心从氦转向氢。"大约 20 年来,我一直认为未来将需要氢能源,而液态氢将成为下一个研究主题。"武田教授回忆道。液态氢的沸点为零下 253 摄氏度。其体积大约比气态氢小 1/800,便于运输,并且与不燃烧的氦不同,作为能量载体具有极高的潜力。
武田教授及其同事从应用超导的角度开启了对氢的研究。这项工作的成果之一是"液氢超导液位计",这是与岩谷气体等公司的联合研究项目。它能够高精度测量液位,将成为支撑未来氢社会的基础技术。该液位计已经实现商业化,预计将用于运输、供应和销售过程中运载液氢的燃料电池卡车中的液氢体积控制。
神户大学的氢研究不断深入发展。2015 年,一座专门用于液态氢的实验大楼竣工。在该设施中,正在进行氢社会所需的各种实验,包括储存测试以及运输过程中振动的影响测试。2017 年,当时神户大学所属的训练舰"深丸号"上安装了液氢罐和实验设备,并在航行时收集数据,完成了世界上首次海上运输液态氢实验。
除了氢研究之外,该中心还有另一个来源。这是一项以海上风电为中心的可再生能源研究。中心长期以来一直致力于利用天气模型和卫星观测数据进行风况分析,并成功进行了风况预测。NEDO 开发的海上风况图 NeoWins 于 2017 年发布,已成为海上风电开发不可或缺的工具。此外,中心还与神户大学的合资企业 Relatec 等共同建立了陆奥小河原海上风观测试验场(青森县六所村)。它可以被公司和其他人广泛使用来验证风观测设备的准确性。该设施为日本首创,为风力发电的普及做出了贡献。
产官学合作能收获什么
氢能与未来能源技术研究中心高度重视与企业的合作。该实验室将面向液氢技术开发开放,并将被众多企业使用。它打破了院系的界限,将整个大学的知识汇聚于深江校区。"我们已经为深江校园开放实验室提出了一个概念。我们的目标是在下一财年推出它。"武田教授表示。此外,深江校区的目标是实现"碳中和校园模式",回收蒸发的氢气并为校园供电。
每项基础技术一旦完成,如何在社会中落地就变得至关重要。氢社会并非仅仅通过建立技术就能实现。尽管人们正在努力推广燃料电池汽车(FCV),但社会对技术进步的反应较为迟缓,例如加氢站的缺乏。
目前中心下设可再生能源技术、氢能技术、多能源技术三个研究部门。除此之外,武田教授还计划扩充社会系统评价技术研究部门,并在此基础上建立开放实验室和国际标准化推进部门。"社会基础设施尚未完备,但如果我们能够通过产学合作创建一个系统,我们就可以突破当前的困境。"他强调说。
为了加速这一进程,成立了氢能和未来能源技术研究小组。目前,约 80 名来自产业界、政府部门和学术界的成员,包括川崎重工、兵库县等,正在交流意见,探讨如何进行研发以及如何在社会中实施。其中一个重要主题是如何向世界提出这一方案以实现国际标准化。通过这些努力,将建立一个产业联合体,并将其推广至社会。川崎重工计划在 2030 年扩大其液氢罐车的规模,武田教授表示:"该系统应该在这个时候准备就绪。"
过去的一切都是未来的基础(莎士比亚:凡是过往,皆为序章)。
武田教授毕业于神户商船大学。神户商船大学的"不断尝试新事物"和"创造我们自己没有的东西"的精神连同其研究一起传承到了神户大学。为了制备当时难以获取的液氦,还开始开发氦液化机。虽然有些项目,比如洋流磁流体发电等仍处于基础研究阶段,但该中心已经在这个研究的基础上继续向前迈进。
"我们如何生产、储存、运输和使用氢?我们如何将其作为一个社会系统进行优化和管理?作为绿色氢(生产过程中不排放二氧化碳的氢)的研究基地,我们将以助力实现碳中和社会的全面视角开展研究。"武田教授展望未来。
武田稔教授简历
Minoru Takeda,氢与未来能源技术研究中心教授。1984 年毕业于神户商船大学,1993 年获得大阪市立大学研究生院理学博士学位。2006 年任神户大学教授。他进入商船大学的初衷是从事核能研究,但被低温物理的魅力所吸引,从而进入了超流体和超导的世界。(来源:神户大学)
