助力“雙碳”

蘇偉

在北京冬奧會上，氫能首次成為冬奧會火炬燃料，不僅如此，國內(nèi)首臺氫動力發(fā)電車在北京冬奧會上正式投用，北京冬奧會還最大程度利用氫燃料電池汽車等清潔能源車輛作為運(yùn)輸工具，其規(guī)模為歷屆冬奧會之最。

盡管氫能在北京冬奧會上表現(xiàn)如此搶眼，但業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，氫能距離商業(yè)化運(yùn)行尚存距離。現(xiàn)階段，氫能產(chǎn)業(yè)主要受政策推動，雖然氫能產(chǎn)業(yè)鏈已打通，但產(chǎn)業(yè)鏈還不具備經(jīng)濟(jì)性，需要依靠各國政府大規(guī)模補(bǔ)貼才能發(fā)展。要想真正讓氫能在能源轉(zhuǎn)型過程中發(fā)揮重要作用，助力“雙碳”目標(biāo)達(dá)成，氫能尚需在制取、儲運(yùn)、應(yīng)用領(lǐng)域等多方發(fā)力。

隨著應(yīng)對氣候變化、實(shí)現(xiàn)“碳中和”的呼聲日益高漲，氫能在能源轉(zhuǎn)型方面被寄予厚望。作為一種清潔、高效、可持續(xù)的二次能源，氫能是構(gòu)建未來以可再生能源為主的多元能源結(jié)構(gòu)的重要載體，專家認(rèn)為，氫能的制取上要做到綠色低碳和低成本還有很長的路要走。

世界能源理事會的報(bào)告將氫氣按照生產(chǎn)來源分為“灰色”“藍(lán)色”和“綠色”三類。灰氫和藍(lán)氫主要指通過蒸汽甲烷重整（SMR）或煤氣化技術(shù)制取氫氣，二者的區(qū)別主要在于是否加裝了碳捕集裝置。綠氫指使用可再生能源進(jìn)行電解制氫，過程中二氧化碳零排放。

清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院副研究員歐訓(xùn)民認(rèn)為，當(dāng)前全球氫氣年產(chǎn)量約為7000萬噸，其中通過化石能源制取、在生產(chǎn)過程中排放二氧化碳的氫氣（灰氫）占比約95%，而制取過程中不排放二氧化碳的綠氫所占比例則較低，目前氫能的制取遠(yuǎn)沒有做到綠色低碳，我國也不例外。據(jù)中國煤炭加工利用協(xié)會統(tǒng)計(jì)，2020年我國氫氣產(chǎn)量達(dá)2050萬噸，氫源結(jié)構(gòu)目前仍以煤為主，來自煤制氫的氫氣占比約62%，天然氣制氫占19%，電解水制氫僅占1%，工業(yè)副產(chǎn)占18%。

為何綠氫產(chǎn)能極低？專家也給出了答案，是由于綠氫制取的主要裝備——電解槽的生產(chǎn)技術(shù)要求高、制造成本高。而對我國而言，更是存在不少短板和“卡脖子”現(xiàn)象，部分關(guān)鍵材料及核心零部件嚴(yán)重依賴進(jìn)口的局面還沒有得到根本改觀。

可喜的局面是，截至目前，我國已著手開展多個(gè)風(fēng)電制氫項(xiàng)目和光伏制氫項(xiàng)目，其中國家電網(wǎng)、國家電投集團(tuán)、中國節(jié)能環(huán)保投資集團(tuán)、上海電氣等大型央企都參與了“綠氫”項(xiàng)目。

2021年8月12日，全國首個(gè)有機(jī)液態(tài)儲氫及氫儲能研究的綜合性實(shí)驗(yàn)室在西安啟動。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)就是在氫的存儲運(yùn)輸環(huán)節(jié)獲得重大突破，為氫能在全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展掃清道路。

目前，氫的存儲運(yùn)輸也是制約氫能發(fā)展的障礙之一。2021年10月，我國發(fā)布《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》提出，統(tǒng)籌推進(jìn)氫能“制儲輸用”全鏈條發(fā)展;推動加氫站建設(shè);加強(qiáng)氫能生產(chǎn)、儲存、應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、示范和規(guī)模化應(yīng)用。意見除了關(guān)注“制”“用”環(huán)節(jié)外，也特別提到了儲輸環(huán)節(jié)。

浙能集團(tuán)氫能發(fā)展戰(zhàn)略部主任王惠挺認(rèn)為，除了在綠氫的制取上存在短板外，我國在氫能儲運(yùn)管理、加氫站核心裝備等環(huán)節(jié)同樣面臨缺少核心技術(shù)的問題，核心技術(shù)和核心部件嚴(yán)重依賴進(jìn)口導(dǎo)致裝備成本高企。制氫產(chǎn)能（包括工業(yè)制氫和可再生能源制氫）和能源消費(fèi)密集區(qū)域重疊程度不高、氫的運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，氫的存儲運(yùn)輸相比歐美等國成本更高。

歐訓(xùn)民認(rèn)為，由于氫氣存在易揮發(fā)、易燃的特點(diǎn)，目前在運(yùn)輸方面還存在“氫脆”現(xiàn)象，存在對輸配管道和容器產(chǎn)生破壞的潛在風(fēng)險(xiǎn)。這對氫能設(shè)備的安全性提出了更高的要求。如何實(shí)現(xiàn)安全、高效、經(jīng)濟(jì)的氫氣儲存，還有很大的努力空間。

綠氫的制取、存儲、運(yùn)輸技術(shù)獲得突破，只是實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展的一個(gè)方面。真正使氫能在能源轉(zhuǎn)型的過程中扮演重要作用，助力“雙碳”目標(biāo)達(dá)成，氫能的利用領(lǐng)域亟待拓寬。世界能源理事會的報(bào)告指出，氫能除了可以用在燃料電池汽車、軌道交通和船舶交通等領(lǐng)域，還可應(yīng)用于分布式發(fā)電，可為家庭住宅、商業(yè)建筑供電供暖;氫能還可以直接為石化、鋼鐵、冶金等化工行業(yè)提供高效原料、還原劑和高品質(zhì)熱源。

王惠挺認(rèn)為，作為一種二次能源，氫能理應(yīng)在我國能源（電力和熱力）、工業(yè)（鋼鐵、水泥、化工等）、交通等碳排放主要領(lǐng)域的深度脫碳中發(fā)揮關(guān)鍵作用，成為我國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和愿景的最后一塊拼圖。但遺憾的是，盡管目前的氫能基本用于工業(yè)領(lǐng)域（2020年最大應(yīng)用領(lǐng)域是作為生產(chǎn)合成氨中間原料，為37%;其次是甲醇用氫，占比19%;煉油用氫占10%），但因?yàn)闅淠墚a(chǎn)能和技術(shù)限制，一方面，氫能在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用總量還少得可憐;另一方面，在很多工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用還是空白。

目前，我國雖然在氫燃料電池汽車領(lǐng)域的布局初見成效，但嚴(yán)重依靠補(bǔ)貼的局面沒有改變，2020年氫燃料汽車比上年度下降了50%以上，有些示范城市推廣的汽車沒有正常投運(yùn)。業(yè)內(nèi)專家估計(jì)，要到2025年前后，氫燃料汽車的使用經(jīng)濟(jì)性才將與純電動汽車相當(dāng)。

氫能冶金領(lǐng)域，近日，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會、生態(tài)環(huán)境部三部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于促進(jìn)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》，鼓勵(lì)鋼鐵行業(yè)進(jìn)行氫能冶金，但目前還鮮見應(yīng)用的例子，氫能在很多領(lǐng)域的應(yīng)用也是如此。

展望未來，在“雙碳”背景下，我國氫能的未來發(fā)展具有良好前景。為了真正使氫能在低碳發(fā)展中發(fā)揮重要作用，目前，需要從氫的制取、儲輸、應(yīng)用范圍等多方發(fā)力。在綠氫制取方面，需要加強(qiáng)電解水制氫等氫能制取技術(shù)的研發(fā)布局，力爭在不同類型的多條技術(shù)路線上都有所突破;在氫能的儲輸環(huán)節(jié)，需要科學(xué)規(guī)劃氫能輸配、加注等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的時(shí)間和空間分布，有效匹配氫能制取和應(yīng)用;在氫能的利用上，除了努力降低氫燃料電池汽車成本外，需要在氫能煉鋼等諸多應(yīng)用領(lǐng)域邁出堅(jiān)實(shí)步伐。

◎ 來源|中國電力新聞網(wǎng)