“雙碳”背景下的氫能拓進

項鴻

“雙碳”目標對能源行業(yè)的供給、消費、技術、體制、合作等方面有著深遠的影響，未來的能源利用將是多維度、多能源的梯級利用，從而構建能量效率最優(yōu)的能源體系，而綠色氫能是其中的重要組成，眼下“新能源+儲能+氫能”的多元協(xié)調(diào)開發(fā)新模式亦被寄予厚望。

氫能發(fā)展熱潮的背后氫能產(chǎn)業(yè)面臨諸多挑戰(zhàn)，中國氫能聯(lián)盟專家委員會主任余卓平在“十四五”氫能產(chǎn)業(yè)論壇上指出，“在低碳發(fā)展和能源轉(zhuǎn)型的大背景下，我國氫能產(chǎn)業(yè)迎來全新機遇，‘脫碳成為本輪氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展第一驅(qū)動力?！?/p>

實現(xiàn)“雙碳”的最優(yōu)途徑

國際氫能委員會預計，2050年氫能將承擔全球18%的能源終端需求，創(chuàng)造超過2.5萬億美元的市場價值。當前全球各主要經(jīng)濟體均圍繞氫能“搶灘部署”，如歐洲在氫能項目數(shù)量方面處于領先地位，其涵蓋全產(chǎn)業(yè)鏈，于工業(yè)應用和交通運輸應用領域重點布局，跨行業(yè)的綜合氫經(jīng)濟項目尤為特色。日本、韓國則在交通運輸應用、綠色氨、液氫和有機液態(tài)儲氫項目方面表現(xiàn)不俗。但正如專家所說，“總體看來，全球氫能產(chǎn)業(yè)處于全產(chǎn)業(yè)鏈關鍵技術初期和商業(yè)模式探索階段，我國也大致如此?！睔淠茈m已被列入我國的“十四五”規(guī)劃，且有23個省市自治區(qū)相繼發(fā)布氫能規(guī)劃和指導意見，但氫能的總體專項規(guī)劃尚未發(fā)布，可見其產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍將持續(xù)探索，甚至存在糾偏的可能。

國家能源局監(jiān)管總監(jiān)李冶明確指出，“發(fā)展氫能必須深刻認識和把握能源革命的核心，從國情和能源發(fā)展的實際出發(fā)，確定我國的氫能發(fā)展戰(zhàn)略?！薄吨袊鴼淠茉醇叭剂想姵禺a(chǎn)業(yè)白皮書2020》的數(shù)據(jù)顯示，我國氫氣產(chǎn)能約每年4100萬噸，產(chǎn)量約3342萬噸，位居世界第一，其中，氫氣純度達到99%以上的工業(yè)氫氣質(zhì)量標準的產(chǎn)量約為1270萬噸/年。而據(jù)測算，為實現(xiàn)2060年碳中和目標，我國氫氣的年需求量將從目前的3342萬噸增加至1.3億噸左右，在終端能源體系中占比達到20%。

中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進會氫能分會會長魏鎖表示，“氫能產(chǎn)業(yè)需要充分發(fā)揮我國規(guī)?；袌鰞?yōu)勢和內(nèi)需潛力，通過政策引導，快速形成市場規(guī)模，加快產(chǎn)業(yè)鏈布局和科技研發(fā)，形成強大的技術支撐體系，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展?！睒I(yè)界人士對此建議，“氫能產(chǎn)業(yè)要評估從原料采集、生產(chǎn)運輸、使用、回收的全生命周期碳足跡，制定氫能發(fā)展的碳足跡標準和測量指標，引導氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，逐步形成有中國特色的氫能產(chǎn)業(yè)鏈?！?/p>

我國在氫的生產(chǎn)與使用上，主力仍在工業(yè)領域，來源仍是高碳的化石能源，中國工程院院士曹湘洪以重工業(yè)為例解析發(fā)展氫能可顯著減少化石能源的碳排放，提高化石能源使用效率，“在鋼鐵生產(chǎn)中，氫可以替代焦炭作為還原劑，實現(xiàn)從碳冶金到氫冶金的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)顯示，全球平均每生產(chǎn)1噸鋼會排放1.8噸二氧化碳，相比傳統(tǒng)的碳冶金，氫冶金最高可減少85%以上的二氧化碳排放?！敝袊鴼淠苈?lián)盟專家委員會主任余卓平認為氫能將在重工業(yè)等難以脫碳的行業(yè)發(fā)揮重要作用，他將氫能在碳中和目標中的作用劃分為三個層次，“第一是脫碳，實現(xiàn)交通、工業(yè)領域的脫碳，這是氫能能夠發(fā)揮的重要作用；第二是固碳作用，將碳捕捉與制氫相結合；第三，將生物質(zhì)制氫與碳捕捉相結合，可形成負碳的概念?！?/p>

“氫”裝上陣，技術為要

去年年末，中國氫能聯(lián)盟發(fā)布《低碳氫、清潔氫與可再生能源氫的標準與評價》，對氫的標準進行量化。我國氫氣主要來源是灰氫，即化石能源制氫，主要是工業(yè)副產(chǎn)氫，處于發(fā)展第二階段的藍氫和可再生能源制氫的綠氫占比需進一步提升。

激發(fā)下游市場需求、促進氫產(chǎn)業(yè)鏈的全面發(fā)展，讓氫能的應用規(guī)模獲得質(zhì)的飛躍，是我國氫能行業(yè)需要持續(xù)面對的挑戰(zhàn)。氫能具有能源強度高、能源轉(zhuǎn)化率高、碳排放量低的“兩高一低”優(yōu)勢，卻也存在技術難度高、生產(chǎn)成本高、儲存和運輸困難大的“兩高一大”難題，這讓對其的普及應用需要政策的扶持以及相當?shù)募夹g支撐與精妙的場景營造。

隨著深度脫碳的需求增加和低碳清潔氫經(jīng)濟性的提升，氫能在工業(yè)、交通、建筑與發(fā)電等領域逐步滲透，相關行業(yè)各方已據(jù)此積極應對。于全國碳交易開市首日，據(jù)國資委透露，已有超過三分之一的央企在制定包括制氫、儲氫、加氫、用氫等全產(chǎn)業(yè)鏈布局，并取得了一批技術研發(fā)和示范應用成果。

今年上半年，有近40個氫能產(chǎn)業(yè)鏈項目公布落地，各個產(chǎn)業(yè)領域的跨界布局屢屢出現(xiàn)，可再生能源制氫（碳中和目標）、液氫及液氫裝備（液氫標準發(fā)布）、燃料電池及汽車（示范城市群推動）、加氫站（合建站、綜合站加速布局）等項目備受推崇，氫能發(fā)展路線圖更顯清晰的同時，行業(yè)層面的監(jiān)管明確也在某種程度上助推了氫能投資的加速。

在北京大興區(qū)，占地20萬平方米的國際氫能示范區(qū)正在加緊建設，示范區(qū)內(nèi)全球規(guī)模最大的加氫站已進入試運行階段，每天約有10輛測試車在此加氫。大興區(qū)將依托大興國際機場、京東“亞洲一號”倉庫等豐富的氫燃料電池車輛應用場景，不斷探索商業(yè)化應用，全力構建氫能生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈。根據(jù)年初科技部與山東省簽署的“氫進萬家”科技示范工程，其將通過純氫管道輸送的方式，開展工業(yè)園區(qū)、社區(qū)樓宇和交通移動用能等多場景氫能應用示范，打造全國首條氫能高速走廊、全國首個萬臺套氫能綜合供能裝置示范基地。

在最受關注的氫能和燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)領域，財政部等5部門也下發(fā)通知，擬將京滬粵冀豫等地納入燃料電池汽車示范應用城市群；上海市與蘇州、南通、嘉興、淄博、鄂爾多斯等6座城市簽訂了燃料電池汽車城市群項目合作協(xié)議；在政策及市場因素施力情況下，氫能汽車、氫能重卡正迎來又一輪發(fā)展契機。