我國在發(fā)展氫能方面的重要優(yōu)勢之一就是擁有豐富的氫源基礎，但氫能制取技術這一世界性難題至今并未取得大的突破，氫能制取成本嚴重制約行業(yè)發(fā)展。

國內的氫能火到什么程度?“今年8月，中國工程院舉行了一場氫能相關的項目咨詢會，全國有39個省、市級政府報名參加，還有100多家企業(yè)到場，我怎么也沒想到，開始準備的一個300多人的小會場，最后卻來了將近700人。”11月13日，在2019中國電機工程學會年會院士專家論壇上，中國工程院院士、中國礦業(yè)大學教授彭蘇萍用“非常大的熱潮”形容目前國內氫能的火爆。

“上世紀90年代美國就提出發(fā)展氫能的概念，但一直沒有推廣起來，是什么原因? 2011年日本福島核事故后，日本對氫能也越來越重視，目前也在大力推廣。”在彭蘇萍看來，世界氫能的“風口”之上，中國應該真正找到自身發(fā)展氫能的優(yōu)勢。

須區(qū)分“原料氫氣”和“能源氫氣”

“現(xiàn)在主要的制氫路線有煤制氫、天然氣制氫、工業(yè)副產品制氫和電解水制氫。由此可以看出，我國在發(fā)展氫能方面重要的優(yōu)勢之一就是擁有豐富的氫源基礎。”彭蘇萍逐一算起了賬，“我國煤炭資源保有量約1.95萬億噸，假設用10%來制氫，按照制備一千克氫氣消耗8千克煤計算，煤制氫的潛力就達到約243.8億噸;同樣，我國天然氣可采資源量是50.1萬億立方米，假設用5%來制氫，制備1千克氫氣約消耗5立方米天然氣，天然氣制氫潛力可以達到約5.01億噸。”此外，據(jù)彭蘇萍計算，利用焦炭生產過程產生的大量焦爐煤氣，我國焦爐煤氣制氫潛力約為566.4萬噸/年;若利用棄風、棄光、棄水的電量進行電解水制氫，年產氫潛力也接近180萬噸。

“這樣測算下來，我國氫氣的年產量可以達到約2000萬噸。其中，煤制氫約占62%，天然氣制氫約占19%，工業(yè)副產品等制氫約占18%，水電解制氫約占1%。”彭蘇萍說。

另一方面，氫源基礎雖豐富多樣，但中國工程學院院士楊裕生強調，在用途上，必須區(qū)分“原料氫氣”和“能源氫氣”。“自然界沒有單質氫氣可以開采，必須從含氫物質中提取。提取氫氣的目的原本是用作化工原料，而用作能源的歷史則很短。原料氫氣和能源氫氣，雖然都是氫氣，但是原料氫氣只有在不影響其原來生產使用的前提下，才能拿出一小部分用作能源，其數(shù)量是十分有限的。”

“三棄”電量制氫成本高昂

資源有優(yōu)勢，又該如何充分發(fā)揮優(yōu)勢呢?

“為什么美國推了20多年的氫能卻推不下去，實際上主要的原因之一就是氫能太貴，制氫成本太高。”彭蘇萍指出，要想發(fā)揮在制氫層面的優(yōu)勢，在充足氫源的基礎上，要盡可能降低制氫成本。“目前，煤制氫的技術成熟度是最高的，成本也相對低廉。煤制氫疊加碳捕捉與封存技術(CCS)的制氫路線成本與天然氣制氫相當。傳統(tǒng)的電解水制氫成本還是比較高的。”

對于電解水制氫，彭蘇萍特別強調，要充分考慮棄風、棄光、棄水等棄電的綜合成本。“有很多觀點認為‘三棄’的電量可以用來制氫，好像這些電就是不要錢的，但實際上我國在可再生能源基礎設施開發(fā)建設上的投資是很大的，這個成本不容忽視。”

不僅如此，通過“三棄”制備出的氫也同樣存在消納問題。“我國‘三北’地區(qū)的棄風、棄光電解出的氫，在‘三北’地區(qū)是消耗不了的，必須遠距離輸送到燃料電池車盛行的地區(qū)，這個輸送過程中的耗能自不在話下，而且高壓純氫對管道鋼的氫脆更是一個難關。”此外，楊裕生還指出，目前我國“三北”地區(qū)的棄風、棄光是不正常的短期現(xiàn)象，“一旦造成這種現(xiàn)象的人為和技術原因消除，也就無棄風、棄光可用了，因為輸電相比于輸氫，無論是設備的建設還是運行，都要合理得多。”

而且，就電解水制氫技術而言，彭蘇萍指出，堿性水電解制氫相對成熟，固體氧化物水電解制氫和質子交換膜(PEM)電解水制氫等技術還處于可行性研究或示范論證階段。

低成本供氫體系建設任重道遠

基于目前的技術發(fā)展和相關產業(yè)推進情況，彭蘇萍預測，未來五年，我國的氫氣年需求量將達到約2200萬噸。而且由于成本相對較低且接近主要的消費市場，工業(yè)副產品制氫將成為有效的制氫主體，同時，根據(jù)不同地區(qū)的具體情況，可在有條件的地區(qū)探索開展可再生能源電解水制氫的項目示范。

對于工業(yè)副產品制氫并應用于燃料電池的路線，楊裕生表示：“原則上我完全贊成，但賬到底怎么算要商榷，因為不是所有副產氫都可用于燃料電池。以焦爐煉焦行業(yè)為例，要將焦爐煤氣中的幾項重要雜質降到國家標準GB/T 37244-2018《質子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》的要求，不僅要解決一系列技術難題，還要消耗大量的能量。”

隨著技術的發(fā)展進步，彭蘇萍表示，到2025-2030年，我國的氫氣年需求量將上升至約3500萬噸，煤制氫配合CCS技術、可再生能源電解水制氫將成為有效制氫主體。而放眼2030-2050年的遠期發(fā)展，彭蘇萍認為，我國氫能的年需求量將達到約6000萬噸，可再生能源電解水制氫將成為有效供氫主體，煤制氫配合CCS技術、生物制氫和太陽能光催化分解水制氫等技術將成為有效補充。屆時，我國有望實現(xiàn)整體氫能供給充裕，建成低碳、低成本的供氫體系。“預計到2050年，我國氫氣使用量將達到0.6億-1億噸，占我國終端能源結構的10%以上，產業(yè)鏈年產值約12萬億元。”