何玮——螺旋槽气体轴承及其应用 40bar和100bar的PEM电解槽

何玮

总监

3W Turbo GmbH

首先抱歉的是，本来应由3W   Turbo的刘山峰刘总亲自到现场向大家做本次汇报，但由于疫情防控的原因，今天由我来代替刘总来做交流。我本人是在英国大地资本以及诺贝尔可持续发展基金负责跟技术公司的对接工作，3W   Turbo是我们在氢能领域重点关注的的一个科技创新公司，所以我也协助3W   Turbo在国内和资本市场以及产业方做交流工作，这是双方合作的背景。

大家看到这边有几个名字，包括3W   Turbo、NG   ReEnergy、H2—CHEM，它们是什么关系？NG   ReEnergy是一家控股公司，3W   Turbo是NG   ReEnergy与德国Weser家族成立的一家专门做气体轴承，以及高转速离心空压机开发与设计的技术公司。H2—CHEM是NG   ReEnergy和德国的特里亚大学共同做的一家材料公司，这家公司的材料主要用在电解槽相关的应用里面，所以我接下来会把3W   Turbo和H2-CHEM两家公司的一个基本情况向大家做一个介绍。

3W   Turbo它的主要产品是做空气轴承以及高速旋转设备的开发和设计，空气轴承它可以用在什么领域？首先是燃料电池的空压机系统，二是特殊工业气体液化，例如氢气氦气液化时候所用的膨胀压缩的一体机，以及在电动飞机这些这种低能耗应用场景场合下用的高速小型的空气压缩机，3W Turboj技术团队曾经做过50万转每分钟小型空压机。同时3W   Turbo它也是全球唯一一家拥有空气轴承和涡轮机核心算法的公司。最后我想提一下3W   Turbo他们所专注的螺旋槽空气轴承在业界是广受认可的方向，包括国内的潍柴、南京的金通灵，都已经把关注的目光放在了螺旋槽空气轴承特殊的发展领域。

3W   Turbo的联合创始人是Hansjoerg   Weser先生，从上世纪80年代他就开始研发基于空气轴承的高速转动设备，他也曾多次参与了西门子、通用电气、NEA集团、法国法孚等行业知名企业的研发项目。Weser家族的另外两位专家，Gunther Weser和Joerg Weser先生分别开发了机械制造领域细分市场轴承和齿轮计算软件，包括GearEnginee，eAssistant, TBK2014，他们是这一细分市场的全球三强，服务于维斯塔斯，博世，福伊特等知名企业。

3W   Turbo这个公司的主要的特点就是可以用自己的软件去做计算和分析，包括叶轮的计算，转子动力学的计算，仿真等，他们现在唯一需要跟外部软件公司合作的就是验证这一块，其他的部分都是可以自己来做的，这是3W   Turbo最大的优势所在。

自旋转轴承主要分为三类，箔片轴承，倾斜垫轴承以及螺旋槽轴承。箔片轴承在目前燃料电池空压机系统里面用的比较多，但是螺旋槽轴承是这个领域新的技术发展方向，螺旋槽相对于箔片来讲，第一就是它的工序很简单，因为做一个箔片轴承它需要7到8个工序，螺旋槽的这种轴承它只需要2个工序就可以完成了，主要涉及到精雕和打磨的这么一个过程，加工精度比较高，到达微米级别。第二就是它的运行稳定，适合于各类工况，寿命会比较长。

这张片子是关于3W   Turbo公司针对车载燃料电池空压机领域所开发的一款产品，可以达到12万转每分钟，流量是130克每秒，这款空压机这个适用于国内大多数的主流的燃料电池系统，下面两页是系统的map图（PPT），包括压比和流量，功率以及流量的关系。在2022年年初，公司会推出一款大流量的空压机，可以做到225克每秒，总的重量只有14公斤，10万转每分钟的转速，可以匹配最高250KW的燃料电池系统。3W   Turbo的目标是在大部分的工作点可以和全球主流的空压机去做一个PK，体现能效、转速、抗震上的三大优势。

这张片子是3W   Turbo的团队曾经开发过的一款氢气液化的装置，压缩膨胀一体机，一端压缩一端膨胀，两个功能结合在一个主轴上，可以设计10吨以上的氢气液化的能力，最大可以达到2吨每小时的氢气液化能力。公司现在正在和波兰的华沙大学针对二氧化碳的液化场景，开发一款三十多千瓦的液化膨胀机。

同时二氧化碳热泵也是公司关注的方向，因为随着双碳工作的开展，产业在制冷的工质上会更多的选择使用自然工质，也就是把二氧化碳作为制冷剂，二氧化碳的温室效应系数是制冷剂中最低的，不过二氧化碳制冷剂的运行压力需要达到120公斤，所以系统对于压缩机就提出了更高要求，3W   Turbo目前二氧化碳热泵领域做了很多的布局，公司现在正在跟奥地利的一家医疗产品公司开发一款新型冷媒的热泵产品。未来我国电动车行业也将更多的使用二氧化碳热泵，从而解决电动车使用中空调的能耗问题，这将显著提高电动车的续航里程。

大家可能听到过阳光动力号，这是全球第一架可以在使用光伏进行全球航行的电动载人飞机，没有使用其他任何燃料，主要靠机翼上的光伏板供能，然后机身采用了全碳纤维的减重设计。阳光动力对于设备的重量，设备的能效有一个非常高的要求。3W   Turbo团队曾经设计过阳光动力所使用的的空压机，压缩比达到2.3，转速是50万转每分钟，体积非常小，可以轻松放在手中，当年的世界纪录，到目前应该还没有被打破。

空气轴承还可以应用于其他领域，包括光刻机里面所用到的运动部件，集成电路行业所使用的电主轴，定容爆震的航空发动机等等，未来3W Turbo也可以基于这些方向与产业方开展应用场景设备的开发工作。

接下来，我主要会介绍一下H2—CHEM这家材料公司现在的重点产品和发展方向。

H2—CHEM的核心创始人Gregor Hoogers教授自上世纪90年代初自剑桥大学博士毕业后，就在著名的电化学公司Johnson Matthey也就是庄信万丰负责催化剂的 研发。后回到德国担任特里尔科技大学燃料电池&可再生能源部门的主任，教授研发的重点第一是锂电池的材料，第二是燃料电池所用的CCM/膜电极，第三是电解制氢、电解槽里面所用的CCM，此外还包括一些电化学传感器，所以H2—CHEM公司产品和研发方向就是第一是为客户定制化燃料电池的CCM和MEA，比如说直接甲醇燃料电池，还有高温重整燃料电池。第二是PEM电解槽的CCM的开发，H2—CHEM未来也会把更多的目光放在二氧化碳电解这个方向，包括采用CCM工艺的二氧化碳捕捉工艺，以及二氧化碳电解槽（无需加氢直接生产醇类电子燃料）。

所以现在H2—CHEM可以提供的商业化产品，第一就是小型的超高压，而且已经商业化的 PEM电解槽，它是可以实现100公斤的产氢压力。而市场上一般可以买到最高的产氢压力是40公斤的，高的产氢压力也会降低后期氢气加压的成本。第二，可以为客户定制化电流密度达到2-3安培每平方厘米的CCM产品。第三他们也会做PEM电解槽所用的钛聚合物极板，通过增加其他材料的使用，降低了钛金属的用量，可以直接模压成型，极大的提高了极板的性价比。这是电解槽的一些参数和照片（PPT）。

公司团队除了做电解槽关键部件和材料开发之外，也参与了多个氢电耦合类项目的设计，包括（1）2009年德国北威州的氢能小镇供能系统，（2）从2018年开始，与国内的两家央企在上海所做的氢电耦合的动态储能项目。（3）德国的普法尔茨州所做的850KW的氢电耦合项目。氢电耦合关键就是通过可再生能源产生电力，然后一部分电力直接给工业园使用，另外一部分电力就电解制氢，把氢气进行存储，最后氢气再通过加氢站，还有其他方式给到用能的设施。

这是09年在德国北威州氢能小镇项目的一个照片，它主要是包括了700千瓦的风机，50KW的燃料电池系统，30m3/小时的碱性电解槽，470kg的储氢系统，下面这些照片展示了地下室的燃料电池系统，控制系统，压缩系统，储氢系统。

所以公司团队也可以提供氢电耦合系统的核心控制软件，这是在系统设计过程中会考虑的一些要素。

好，我今天就简单的把H2—CHEM，3W   Turbo团队，产品，研发的方向向以及特点各位嘉宾做一个简单的汇报。那么接下来如果大家有更细的技术相关的问题，可以直接和我或者跟刘山峰刘总本人进行沟通，这是他的联系方式。

好，谢谢大家。

氢听剧场现场