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吳吟:氫能實現規模化落地,還需突破三大難關

科技日報發布時間:2021-08-31 15:52:44

  我國氫能發展還在初期階段,急需關鍵技術創新、政策扶持、人才儲備以及市場推廣,更需要政府、行業以及全產業鏈共同發力,共同推進氫能產業的健康、可持續發展。

  吳吟 中國能源研究會副理事長

  很少有人知道,氫能悄悄成為了剛剛結束的東京奧運會的能源支撐——熊熊燃燒的奧運會圣火以氫氣作為燃料,奧運村也是以氫為主要能源。

  氫能作為一種清潔無碳、靈活高效、應用場景豐富的二次能源和重要的工業原料,具有廣闊的發展前景。國際范圍內,多個國家和地區已開始布局氫能發展路線。目前,G20集團中已經有9個國家和地區發布了氫能發展戰略,還有7個國家和地區正在開展前期研究。

  盡管發展氫能已成為一種行業共識,但由于我國富煤、貧油、少氣的資源稟賦,能源消費多年以來以煤為主,氫能大規模應用落地還面臨著重重難題。在不久前召開的氫能產業發展論壇上,專家認為,高成本高能耗、技術瓶頸、缺乏可持續發展模式是阻礙我國氫能發展的三大難關。中國能源研究會副理事長吳吟表示:“我國氫能發展還在初期階段,急需關鍵技術創新、政策扶持、人才儲備以及市場推廣,更需要政府、行業以及全產業鏈共同發力,推進氫能產業的健康、可持續發展。”

  我國氫氣要從“灰”到“藍”再到“綠”

  氫氣可廣泛從水、化石燃料等含氫物質中制取。依據制取方式和碳排放量的不同,目前行業內將制取的氫分為綠氫、藍氫以及灰氫三種。

  資料顯示,綠氫是由清潔能源和可再生能源(例如風能、核能)制取的氫,例如電解水制氫,被稱為零碳氫氣。以煤或天然氣等化石燃料為來源,輔以二氧化碳副產品捕獲、利用和儲存(CCUS)技術制得的氫為藍氫。而灰氫則通過化石燃料燃燒產生,碳排放量最高。

  國際氫能協會副主席、清華大學教授毛宗強說:“2020年,中國氫氣主要來源于灰氫,在2030年之后,綠氫應該成為主體。”

  業內普遍認為,我國氫能產業目前仍處于市場導入期,藍氫基于生產成本低、技術成熟等優勢,作為一種“過渡清潔能源”在現階段的減碳行動中扮演重要角色,未來主流產氫方式將逐步從灰氫、藍氫過渡到綠氫。

  在這條更加綠色低碳的氫產業發展線路中,降低成本是必經關卡。新疆準東經濟技術開發區管委會副主任周友仁介紹,目前電解氫、天然氣制氫、煤制氫三種主導制氫方式中,煤制氫技術路線成熟高效、當前成本最低。

  中國石油和化學工業規劃院新能源發展研究中心主任劉思明表示:“降低氫能使用成本是產業發展的關鍵所在,成本的下降趨勢和速度將決定這個產業發展的速度。”

  我國氫能產業急需模式創新,要想從灰氫轉化至更清潔低碳的藍氫和綠氫,降低制氫技術成本、產業上游的可再生能源成本、儲能和運輸成本,都非常重要。

  國內京津冀、長三角、珠三角氫能產業率先發展,用氫應避免長距離陸運,以節省成本。劉思明認為,未來國內氫能市場將以“工業副產氫+短距離運輸”模式為主,對于海外氫能的利用,將以“優質資源轉化藍氫+長距離化學品載體運輸”模式為主。

  在政策扶持下,氫能產業正在逐步進入“規模化—降本—開拓市場”的量價循環,而持續的技術進步也將反哺解決各環節核心技術的成本制約。協鑫集團董事長朱共山預計,到2025年,我國60%地區的光伏上網電價將在度電0.13元左右,風電度電成本將控制在0.15元左右,可再生能源制氫成本將很快降至每立方米1元。

  氫能領域的關鍵技術亟待突破

  “我國氫能尚處于產業化初級階段,技術瓶頸仍然是氫能產業發展的核心制約問題。”中國電力企業聯合會專職副理事長安洪光說。

  協鑫集團董事長朱共山告訴科技日報記者,最低碳清潔的綠氫發展也面臨著電解槽和膜兩大關鍵技術有待突破。他希望做電解槽和膜的技術企業加快步伐,推動技術研發。

  將波動性、間歇性的風能、太陽能轉換為氫能,有利于儲能和傳輸,且具有零排放、零污染和可持續優勢。但儲能技術卻有待拓展開發。朱共山表示,目前綠氫成本集中在儲能端,如果通過技術突破降低儲能成本,就解決了綠氫發展的一大問題。上海嵐澤能源科技有限公司董事長孫予罕也認為,在氫的儲運及應用方面,深入的研究與成果還比較少。制氫要求儲能穩定,膜電機、膜材料等技術有很大的創新空間。

  不僅存儲需要技術突破,氫能的生產、運輸、應用等也有很多技術問題需要突破。西南化工研究設計院有限公司黨委書記、總經理陳健說,比如,氨制氫目前還沒有得到大規模工業化應用,未來還要解決大型化和高溫催化劑的相關技術問題。

  而更緊迫的是,我國目前尚欠缺氫能相關技術標準和規范。南德認證檢測(中國)有限公司北亞區副總裁王衛杰說:“關于氫能的制備、儲運和使用的相關標準與法律法規不是想出來的,需要企業在生產、運輸、儲存過程中發現問題,通過討論、合作,最后形成配套的法規和技術標準。”

  可持續發展是氫能產業的發展方向

  氫能對我國實現碳達峰、碳中和目標具有極重要的戰略價值。中國氫能聯盟發布的《中國氫能源及燃料電池產業白皮書2020》顯示,在2060年碳中和情景下,氫能在我國終端能源消費中占比將達20%左右,可再生能源制氫產量約為1億噸。

  如何使氫能產業鏈可持續、高質量發展呢?毛宗強和中國工程院院士、中國工程院原副院長杜祥琬都強調了“氫能倫理”的概念。“氫能倫理”作為“能源倫理”的一部分,其核心是可持續發展。朝著可持續的目標前進,是發展氫能產業應秉持的初心。杜祥琬說:“我們能夠通過很多方式制取氫氣,但要實現可持續發展,氫能產業的發展方向應該是綠氫。”

  毛宗強對未來氫能發展政策提出了4個建議。第一,確定2050年長期氫能發展目標和戰略;第二,深化氫能管理體制和機制改革;第三,保持氫能產業發展政策的可持續性和連續性;第四,打造統籌治理和協同共贏的局面,促進產業轉型升級。

  專家表示,氫能產業可持續發展的道路上,有很多經驗可以借鑒,很多模式可以學習。歐洲提出能源系統將由太陽能和風能等可再生能源來主導,由可再生能源產生的綠色氫能和綠色電力取代化石燃料。日本在利用可再生能源制氫方面的技術被市場看好。美國在能源部能效和可再生能源辦公室機構下,又設立了燃料電池技術辦公室,負責全國氫能的管理。我國也已有了張家口模式,利用張家口的風能、太陽能資源的優勢,低成本制氫,發展氫燃料電池車。

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