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未来主流产氢方式将逐步从灰氢蓝氢过渡到绿氢

来源:科技日报  

很少有人知道,氢能悄悄成为了刚刚结束的东京奥运会的能源支撑——熊熊燃烧的奥运会圣火以氢气作为燃料,奥运村也是以氢为主要能源。

氢能作为一种清洁无碳、灵活高效、应用场景丰富的二次能源和重要的工业原料,具有广阔的发展前景。国际范围内,多个国家和地区已开始布局氢能发展路线。目前,G20集团中已经有9个国家和地区发布了氢能发展战略,还有7个国家和地区正在开展前期研究。

尽管发展氢能已成为一种行业共识,但由于我国富煤、贫油、少气的资源禀赋,能源消费多年以来以煤为主,氢能大规模应用落地还面临着重重难题。在不久前召开的氢能产业发展论坛上,专家认为,高成本高能耗、技术瓶颈、缺乏可持续发展模式是阻碍我国氢能发展的三大难关。中国能源研究会副理事长吴吟表示:“我国氢能发展还在初期阶段,急需关键技术创新、政策扶持、人才储备以及市场推广,更需要政府、行业以及全产业链共同发力,推进氢能产业的健康、可持续发展。”

我国氢气要从“灰”到“蓝”再到“绿”

氢气可广泛从水、化石燃料等含氢物质中制取。依据制取方式和碳排放量的不同,目前行业内将制取的氢分为绿氢、蓝氢以及灰氢三种。

资料显示,绿氢是由清洁能源和可再生能源(例如风能、核能)制取的氢,例如电解水制氢,被称为零碳氢气。以煤或天然气等化石燃料为来源,辅以二氧化碳副产品捕获、利用和储存(CCUS)技术制得的氢为蓝氢。而灰氢则通过化石燃料燃烧产生,碳排放量最高。

国际氢能协会副主席、清华大学教授毛宗强说:“2020年,中国氢气主要来源于灰氢,在2030年之后,绿氢应该成为主体。”

业内普遍认为,我国氢能产业目前仍处于市场导入期,蓝氢基于生产成本低、技术成熟等优势,作为一种“过渡清洁能源”在现阶段的减碳行动中扮演重要角色,未来主流产氢方式将逐步从灰氢、蓝氢过渡到绿氢。

在这条更加绿色低碳的氢产业发展线路中,降低成本是必经关卡。新疆准东经济技术开发区管委会副主任周友仁介绍,目前电解氢、天然气制氢、煤制氢三种主导制氢方式中,煤制氢技术路线成熟高效、当前成本最低。

中国石油和化学工业规划院新能源发展研究中心主任刘思明表示:“降低氢能使用成本是产业发展的关键所在,成本的下降趋势和速度将决定这个产业发展的速度。”

我国氢能产业急需模式创新,要想从灰氢转化至更清洁低碳的蓝氢和绿氢,降低制氢技术成本、产业上游的可再生能源成本、储能和运输成本,都非常重要。

国内京津冀、长三角、珠三角氢能产业率先发展,用氢应避免长距离陆运,以节省成本。刘思明认为,未来国内氢能市场将以“工业副产氢+短距离运输”模式为主,对于海外氢能的利用,将以“优质资源转化蓝氢+长距离化学品载体运输”模式为主。

在政策扶持下,氢能产业正在逐步进入“规模化—降本—开拓市场”的量价循环,而持续的技术进步也将反哺解决各环节核心技术的成本制约。协鑫集团董事长朱共山预计,到2025年,我国60%地区的光伏上网电价将在度电0.13元左右,风电度电成本将控制在0.15元左右,可再生能源制氢成本将很快降至每立方米1元。

氢能领域的关键技术亟待突破

“我国氢能尚处于产业化初级阶段,技术瓶颈仍然是氢能产业发展的核心制约问题。”中国电力企业联合会专职副理事长安洪光说。

协鑫集团董事长朱共山告诉科技日报记者,最低碳清洁的绿氢发展也面临着电解槽和膜两大关键技术有待突破。他希望做电解槽和膜的技术企业加快步伐,推动技术研发。

将波动、间歇的风能、太阳能转换为氢能,有利于储能和传输,且具有零排放、零污染和可持续优势。但储能技术却有待拓展开发。朱共山表示,目前绿氢成本集中在储能端,如果通过技术突破降低储能成本,就解决了绿氢发展的一大问题。上海岚泽能源科技有限公司董事长孙予罕也认为,在氢的储运及应用方面,深入的研究与成果还比较少。制氢要求储能稳定,膜电机、膜材料等技术有很大的创新空间。

不仅存储需要技术突破,氢能的生产、运输、应用等也有很多技术问题需要突破。西南化工研究设计院有限公司党委书记、总经理陈健说,比如,氨制氢目前还没有得到大规模工业化应用,未来还要解决大型化和高温催化剂的相关技术问题。

而更紧迫的是,我国目前尚欠缺氢能相关技术标准和规范。南德认证检测(中国)有限公司北亚区副总裁王卫杰说:“关于氢能的制备、储运和使用的相关标准与法律法规不是想出来的,需要企业在生产、运输、储存过程中发现问题,通过讨论、合作,最后形成配套的法规和技术标准。”

可持续发展是氢能产业的发展方向

氢能对我国实现碳达峰、碳中和目标具有极重要的战略价值。中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书2020》显示,在2060年碳中和情景下,氢能在我国终端能源消费中占比将达20%左右,可再生能源制氢产量约为1亿吨。

如何使氢能产业链可持续、高质量发展呢?毛宗强和中国工程院院士、中国工程院原副院长杜祥琬都强调了“氢能伦理”的概念。“氢能伦理”作为“能源伦理”的一部分,其核心是可持续发展。朝着可持续的目标前进,是发展氢能产业应秉持的初心。杜祥琬说:“我们能够通过很多方式制取氢气,但要实现可持续发展,氢能产业的发展方向应该是绿氢。”

毛宗强对未来氢能发展政策提出了4个建议。第一,确定2050年长期氢能发展目标和战略;第二,深化氢能管理体制和机制改革;第三,保持氢能产业发展政策的可持续和连续;第四,打造统筹治理和协同共赢的局面,促进产业转型升级。

专家表示,氢能产业可持续发展的道路上,有很多经验可以借鉴,很多模式可以学。欧洲提出能源系统将由太阳能和风能等可再生能源来主导,由可再生能源产生的绿色氢能和绿色电力取代化石燃料。日本在利用可再生能源制氢方面的技术被市场看好。美国在能源部能效和可再生能源办公室机构下,又设立了燃料电池技术办公室,负责全国氢能的管理。我国也已有了张家口模式,利用张家口的风能、太阳能资源的优势,低成本制氢,发展氢燃料电池车。

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