“氫”風漸起：瓶頸之下如何迎接機遇

在能源革命和能源轉(zhuǎn)型推動下，氫氣的能源屬性越來越受關(guān)注。目前全球作為能源使用的氫氣（發(fā)電、交通運輸）尚不足總消費量的3%，但其作為能源的獨特優(yōu)勢越來越受到重視，能源領(lǐng)域的應(yīng)用正成為推動全球氫產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的核心動力。

而在我國，今年“國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃”的主要任務(wù)首次提出要制定“國家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃”。同時，根據(jù)國家能源局發(fā)布的《關(guān)于做好可再生能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃工作有關(guān)事項的通知》，氫能已被列入可再生能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃編制重點任務(wù)。隨著國家戰(zhàn)略層面支持的深入，“十四五”期間，氫能產(chǎn)業(yè)將迎來重大發(fā)展機遇。

實際上，截至今年6月，全國共有20多個省份出臺了60多個發(fā)展規(guī)劃和支持政策。對此，中國工程院院士、中國工程院能源與礦業(yè)工程學部主任蘇義腦的評價是，“出現(xiàn)了明顯的‘氫能熱’”。

但是，即便如此，在全球氫能競爭中，我國也未占據(jù)優(yōu)勢地位。核心技術(shù)能力、關(guān)鍵部件與裝備等薄弱環(huán)節(jié)都亟待加強。

與國際先進水平仍有較大差距

2019年，氫能首次寫入政府工作報告。作為二次能源，氫能具有來源多樣、終端零排、用途廣泛等多重優(yōu)勢，在保障國家能源安全、改善大氣環(huán)境質(zhì)量、推進能源產(chǎn)業(yè)升級等方面具有重要意義。隨著技術(shù)日趨成熟、成本大幅下降，氫能正迎來快速發(fā)展的戰(zhàn)略機遇期。

在近日中國石化舉辦的氫能發(fā)展戰(zhàn)略研討會上，多位院士專家對氫能的未來給予了肯定。中國工程院院士、中國工程院原副院長干勇在視頻連線中表示，保守估計，未來氫在我國終端能源體系中的占比將達10%，成為我國能源戰(zhàn)略的重要組成部分。氫能將納入我國終端能源體系，與電力協(xié)同互補，共同成為我國終端能源體系的消費主體，帶動形成10萬億級的新興產(chǎn)業(yè)。

干勇介紹，我國氫能發(fā)展目前主要以交通領(lǐng)域應(yīng)用為牽引，產(chǎn)業(yè)鏈逐步延伸到制氫、儲氫、運氫、加氫、燃料電池以及配套產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)，逐步形成了京津冀、華東、華南、華中、華北、東北等六大產(chǎn)業(yè)集群。截至2020年2月，中國加氫站數(shù)量已達到64座。

不過，干勇也坦誠：“國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展水平仍離國際先進水平有較大差距，在核心材料、零部件、裝備等方面還有許多問題亟待解決?！崩纾る姌O是燃料電池最昂貴的部件，目前國內(nèi)已制定了支持中長期膜電極計劃，但仍有一些指標沒有達到，投入也還不夠，特別是大型企業(yè)的介入不夠。

圖為佛山樟坑油氫合建站（蔣莉敏 攝）

早在2017年7月，中國石化就建成了國內(nèi)首座油氫合建站——中國石化佛山樟坑油氫合建站，這是全國首座集油、氫、電能源供給及連鎖便利服務(wù)于一體的新型網(wǎng)點。然而，中國石化高級專家王維民表示，做了加氫站以后，感覺問題確實很多。例如，加氫站用的是螺紋連接，但氫氣非常容易泄漏，用螺紋連接后維護和保養(yǎng)都面臨很大的風險。再比如，施工過程當中如果管線里摻入雜質(zhì)，一定會污染燃料電池。解決這些問題是一個長期性的工作，怎樣進行施工，怎樣進行保養(yǎng)，都是前所未有的問題。

此外，在氫氣產(chǎn)品質(zhì)量檢驗方面，如果按照國際標準和即將執(zhí)行的國家標準，之前沒有人做過這方面的檢驗，這也將制約燃料電池汽車的進一步發(fā)展。要避免標準制定完了，沒有人有能力去執(zhí)行的問題。

蘇義腦透露，為應(yīng)對我國氫能和燃料電池相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中面臨的挑戰(zhàn)，中國工程院先后組織了多個專題咨詢項目進行研究，包括“我國燃料電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀暨面向2035年的重大戰(zhàn)略研究”“中國氫能源與燃料電池發(fā)展戰(zhàn)略研究”等。中國工程院能源與礦業(yè)工程學部也將氫能和燃料電池領(lǐng)域咨詢和服務(wù)作為重要工作之一。

蘇義腦表示，中國工程院多位院士分別牽頭進行了氫能和燃料電池有關(guān)項目的研究，開展了卓有成效的工作。這些研究成果將為我國氫能和燃料電池相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的系統(tǒng)謀劃和前瞻部署提供決策，也為氫能和燃料電池相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究部署和技術(shù)路線選擇提供科學依據(jù)。

綠氫是未來趨勢

“目前，世界主要發(fā)達國家均在大力發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，制訂氫能發(fā)展戰(zhàn)略?！敝袊こ淘涸菏俊⒅袊V業(yè)大學教授彭蘇萍說。

其中，歐洲正在加快商業(yè)化進程，基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃完備；日本和韓國已將燃料電池汽車與發(fā)電裝置推向市場，關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)裝備制造也較為成熟；美國擁有完備的產(chǎn)業(yè)政策及路線圖，加州等地區(qū)已初步形成基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。相比之下，我國氫能產(chǎn)業(yè)尚處于產(chǎn)業(yè)化探索期，頂層設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)、裝備制造、政策標準都有待加強。

國外的發(fā)展表明，氫的制備技術(shù)路線主要是發(fā)展綠氫，即利用可再生能源制氫。中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所研究員衣寶廉指出：“能源發(fā)展的進程就是減碳的過程，氫能在能源轉(zhuǎn)型中具有重要作用?？稍偕茉窗l(fā)電電解水制氫是未來趨勢?！?/p>

在所有可再生能源發(fā)電中，水電的成本是最低的。如果在水電站就近利用水電電解水制氫，電費按照平準化成本計算，則制氫成本約為15元/千克，與天然氣制氫大體相當，而且可以實現(xiàn)零排放，獲得真正意義上的“綠氫”。

圖/東方IC

衣寶廉表示，歐洲氫能戰(zhàn)略的核心就是將可再生能源生產(chǎn)的氫大規(guī)模用于工業(yè)、交通、發(fā)電、建筑等部門。為此，歐盟委員會還專門成立了歐洲清潔氫能聯(lián)盟，提振對清潔氫能的需求并促進投資。在他看來，可再生能源發(fā)電電解水制氫可克服可再生能源的波動性、季節(jié)性，提高電網(wǎng)適應(yīng)性，解決棄水、棄光、棄風的問題。氫能還可以替代石油用于汽車燃料、替代天然氣用于燃氣輪機發(fā)電、替代焦炭用于冶金工業(yè)。

衣寶廉介紹說，目前主流的三類電解水制氫技術(shù)中，比較成功的是堿性水電解和純水電解，而高溫蒸汽電解仍處于實驗室研發(fā)階段。

重在做好示范推進

“我國當前的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展還處于培育階段，重點是要做好示范推進?！痹谔K義腦看來，引領(lǐng)國家氫能產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展，需要中國石化這樣的大型企業(yè)來承擔相關(guān)示范任務(wù)。

中國工程院院士、中國石化集團公司董事長張玉卓介紹，近年來，中國石化著眼打造氫能產(chǎn)業(yè)鏈，加大布局力度。目前，中國石化每年氫氣的產(chǎn)量超過300萬噸，占全國氫氣產(chǎn)量14%左右；建立了全球第二大交通能源基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，擁有3萬多座加油站，目前已建成若干油氫合建示范站。

“氫能發(fā)展前景十分光明，但氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向如何選擇、發(fā)展路徑如何優(yōu)化、發(fā)展時機如何把握，都需要深入研究和探索實踐。”張玉卓說。

張玉卓表示，中國石化將持續(xù)加大氫能領(lǐng)域投資力度，以保障2022年北京冬奧會氫能供應(yīng)為重要節(jié)點，力爭在“十四五”期間形成一定規(guī)模的高純氫產(chǎn)能，布局若干高速氫走廊，構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)鏈和關(guān)鍵材料自主核心技術(shù)體系及標準體系。

中國工程院能源與礦業(yè)工程學部副主任、國家能源集團科技委常務(wù)副主任顧大釗則透露，目前，國家能源集團風電和光伏發(fā)電裝機規(guī)模超過3800萬千瓦，水電裝機超過1800萬千瓦，擁有良好的可再生能源制氫基礎(chǔ)。而煤制氫能力每年超過400萬噸，可供應(yīng)4000萬輛燃料電池乘用車用氫。在低成本低碳煤制氫方面，國家能源集團已成功示范了30萬噸二氧化碳捕集和封存技術(shù)（CCS）項目，掌握了CCS的核心技術(shù)和裝備，但因規(guī)模小，目前成本較高。

“未來10到20年將是我國氫能源與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要機遇期，需要緊密聯(lián)系我國能源發(fā)展的實際，助力實現(xiàn)氫能源與燃料電池高質(zhì)量發(fā)展?！被谀壳拔覈鴼淠墚a(chǎn)業(yè)的探索與實踐，彭蘇萍強調(diào)，我國應(yīng)從戰(zhàn)略、政策、技術(shù)、資金、國際合作等方面積極謀劃，通過改革創(chuàng)新破解發(fā)展難題。（據(jù)《中國科學報》《中國經(jīng)濟周刊》）■