氫能時代開啟了嗎？

文 張晶晶

氫能將成為傳統(tǒng)能源的核心，產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)顯現(xiàn)，有助于實現(xiàn)規(guī)?；脑妇啊ｎA(yù)計2050年我們將會迎接氫能時代的到來，到時將形成10萬億元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

10年前的電動汽車“十城千輛”計劃，大大調(diào)動了地方政府及車企的積極性，整個電動汽車行業(yè)得到重要的發(fā)展推力。

從2019年年初開始，關(guān)于計劃在今年推廣“十城千輛”氫燃料汽車的消息不脛而走。雖然目前仍未有官方的確切消息給出，但并不影響各界對于氫能發(fā)展的廣泛看好，關(guān)于氫能產(chǎn)業(yè)布局及行業(yè)發(fā)展的討論與思考愈發(fā)深入。

2018年氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇現(xiàn)場

未來之氫

開發(fā)可持續(xù)、無污染的清潔能源是全球各國對于解決能源問題長期以來的共同愿望。氫能作為清潔的二次能源，被廣為看好。美國、德國、日本等發(fā)達國家相繼將發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)提升到國家能源戰(zhàn)略高度。2016年，國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局等聯(lián)合發(fā)布的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016—2030年）》，提出了能源技術(shù)革命重點創(chuàng)新行動路線圖，部署了15項具體任務(wù)，“氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新”位列其中。

在2018年召開的中國電動汽車百人會年會上，中國工程院院士干勇表示，氫能將成為傳統(tǒng)能源的核心，產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)顯現(xiàn)，有助于實現(xiàn)規(guī)?；脑妇?。他做出預(yù)測：“2050年我們將會迎接氫能時代的到來，到時將形成10萬億元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模?！?/p>

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員鄧德會在接受記者采訪時將氫能源稱為“21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础?。他介紹說，近年來氫—氧燃料電池發(fā)展快速，并在一些領(lǐng)域初步實現(xiàn)了商業(yè)化。我國也明顯加大了對氫能和燃料電池研究的投入力度，開始布局氫氣的廉價制備、儲運，以及燃料電池零部件、加氫站等產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)，并發(fā)展了一批燃料電池，出現(xiàn)了一批擁有核心技術(shù)的燃料電池汽車生產(chǎn)企業(yè)。

此外，北京氫璞創(chuàng)能科技董事長歐陽洵認為，今天的氫燃料電池發(fā)展所處的階段相當(dāng)于2013年的鋰電池，已經(jīng)迎來風(fēng)口。

氫從何而來

化石燃料時代之后的人類能源要從何而來？干勇指出，化石燃料時代向綠色能源時代的轉(zhuǎn)變主要有兩種方式：一種是化石能源消耗向綠色能源再生轉(zhuǎn)變，另一種則是從高碳燃料向低碳燃料轉(zhuǎn)變。

干勇提出，這兩種轉(zhuǎn)變方式本質(zhì)上都是燃料的減碳加氫過程。“古代燒木材能量密度只有每公斤0.13MJ，現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)煤、天然氣直到氫氣，能量密度最高達到了140MJ，應(yīng)該說氫能源是非常理想的清潔能源，但屬于二次能源。所以關(guān)鍵是要降低成本，而且技術(shù)路徑要重新設(shè)定?！?/p>

鄧德會向記者介紹說，目前工業(yè)上制氫的方法主要有3種：一是以煤、石油和天然氣為原料得到CO，再通過水汽變換制氫；二是甲醇重整制氫；三是電解水制氫。“水汽變換反應(yīng)是大規(guī)模制氫的主要方法。該方法的優(yōu)點是技術(shù)成熟、適用范圍廣、規(guī)模大。缺點是反應(yīng)條件苛刻，需要180～450℃的高溫，1～6MPa高壓、產(chǎn)物成分復(fù)雜、分離困難、耗能高?！?/p>

《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍皮書（2018）》數(shù)據(jù)顯示，2016年中國氫氣產(chǎn)量約為2100萬噸，其中煤制氫占比62%，為主要的氫氣來源；天然氣制氫其次，占比19%。

中國工程院院士杜祥琬強調(diào)，自然界并不天然存在氫，因此即便氫是高效的能量載體，它也不能與一次能源相提并論?！耙脷淠?，首先要制氫。如用電解水的方法制氫，就需要以消耗電力為代價——如果是煤電，意味著還是要燒煤；如果是可再生能源發(fā)電，就等于利用了可再生能源。所以即便是使用氫能，也是由‘用什么來制氫’影響著能源結(jié)構(gòu)。這也是多年來人人皆知氫是好的能量載體，但始終沒有得到大規(guī)模利用的原因。”

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員陳亮向記者解釋說，目前工業(yè)上主要采用化石燃料重整制氫，化石燃料可以是天然氣、石油、煤。采用該種方法制備的氫氣所含的能量，因為熱損失會低于原始的化石燃料所含的能量。此外，采用這種方法制備氫氣并不會降低二氧化碳的排放，因為在重整制氫的過程中排放的二氧化碳與直接燃燒化石燃料所排放的二氧化碳是一樣的。

今年兩會上，不少代表委員提出了與氫能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及加氫站相關(guān)的建議。

氫燃料汽車在我國各地已陸續(xù)上路

氫之未來

科學(xué)家們嘗試從不同路徑解決這個問題，鄧德會團隊提出了制備新概念——室溫條件下的電化學(xué)水汽變換（EWGS）反應(yīng)，降低能耗。也有很多科學(xué)家嘗試研究替代化石燃料重整制氫的方法，包括生物法制氫、電解水制氫、光電化學(xué)制氫和光電催化制氫。

“其中，電解水制氫技術(shù)在工業(yè)上已經(jīng)有一定規(guī)模的應(yīng)用?！标惲两榻B說，電解水制氫的主要目的是將富余電力轉(zhuǎn)化為氫能。

“我國有著世界上最大的風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電，然而太陽能、風(fēng)能存在間歇性問題，受晝夜變化、氣候因素的限制。電的存儲一直是個難題，所發(fā)出的用不完的電要么輸入到國家電網(wǎng)中，要么進行能源轉(zhuǎn)化，否則只能浪費掉。因為太陽能、風(fēng)能發(fā)出的電不穩(wěn)定，直接輸入到電網(wǎng)中會產(chǎn)生一系列問題，因此需要大力發(fā)展富余電力轉(zhuǎn)化技術(shù)。與采用化石燃料重整制氫相比，將可再生的太陽能、風(fēng)能轉(zhuǎn)化為氫能，是完全的零排放?！?/p>

2018年12月，國家發(fā)展改革委與國家能源局聯(lián)合印發(fā)《清潔能源消納行動計劃（2018—2020年）》，文件指出，探索可再生能源富余電力轉(zhuǎn)化為熱能、冷能、氫能，實現(xiàn)可再生能源多途徑就近高效利用。

杜祥琬也指出，中國現(xiàn)在太陽能、風(fēng)能等清潔能源的發(fā)電量還很少，還不夠便宜。但部分地區(qū)有時候太陽能、風(fēng)能超過了上網(wǎng)負荷，只好棄掉，非?？上??！斑@部分能量如果可以用來電解水制氫，確實不失為一個解決‘上網(wǎng)難’的辦法?！?/p>

除了氫能的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，運輸、儲存、加氫站、燃料電池等各個環(huán)節(jié)都有待加強。全國兩會期間，關(guān)于氫能發(fā)展的未來也常被提及，來自車企的代表委員尤為關(guān)注，北汽集團董事長徐和誼、長城汽車總裁王鳳英、奇瑞汽車董事長尹同躍等都提出了與氫能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及加氫站相關(guān)的建議。

此外，全國政協(xié)委員、國家能源集團總經(jīng)理凌文還指出，除了民用的氫燃料汽車，未來礦山港口施工重型車、物流車，大規(guī)模產(chǎn)生污染的重柴油車，完全可以用氫能車來替代，包括軌道交通、船舶甚至航空器，而這些都是未來創(chuàng)新的方向。

（文章轉(zhuǎn)載自《中國科學(xué)報》）