德國(guó)雄心勃勃的“綠氫”戰(zhàn)略只是全球合奏“綠氫”交響曲中濃墨重彩的一個(gè)樂(lè)章。路透社在去年12月份的報(bào)道中指出，2020年，“綠氫”成為多國(guó)首選的未來(lái)綠色燃料，一年內(nèi)全球宣布了總額超過(guò)1500億美元的“綠氫”項(xiàng)目。
“綠氫”的春天真的到來(lái)了嗎?清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院氫燃料電池實(shí)驗(yàn)室主任王誠(chéng)教授接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)指出：“‘綠氫’要想‘飛入尋常百姓家’，必須改善和提升相關(guān)技術(shù)，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而且，也需要相關(guān)政策予以護(hù)航。”
“綠氫”引多國(guó)“競(jìng)折腰”
氫氣燃燒的產(chǎn)物是水，因其環(huán)境友好性被譽(yù)為“終極能源”，被視為解決能源資源問(wèn)題和環(huán)境危機(jī)的途徑之一。
王誠(chéng)解釋稱，現(xiàn)在氫主要從天然氣或煤炭中提取，被稱為“灰氫”，提取過(guò)程每年排放8.3億噸二氧化碳;把二氧化碳通過(guò)捕集、埋存、利用，從而避免大量排放的氫，被稱為“藍(lán)氫”;但最佳方案還是使用可再生能源對(duì)水進(jìn)行電解提取的氫，即“綠氫”。
2020年全球多國(guó)宣布重金投資氫能產(chǎn)業(yè)。過(guò)去一年里，全球宣布了總額超過(guò)1500億美元的“綠氫”項(xiàng)目。據(jù)挪威呂斯塔德能源公司估計(jì)，目前總共有超過(guò)70吉瓦(1吉瓦=10億瓦)的此類項(xiàng)目正在開(kāi)發(fā)之中，到2040年可能會(huì)需要2500億美元的投資。
據(jù)王誠(chéng)介紹，去年7月，歐盟發(fā)布《歐盟氫能源戰(zhàn)略》，將“綠氫”作為歐盟未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。該戰(zhàn)略計(jì)劃到2030年使氫能成為歐盟能源體系內(nèi)一個(gè)重要組成部分，建成40吉瓦的電解制“綠氫”產(chǎn)能，將“綠氫”產(chǎn)量提升至1000萬(wàn)噸。王誠(chéng)說(shuō)：“預(yù)計(jì)未來(lái)10年，歐盟各國(guó)的氫能產(chǎn)業(yè)投資規(guī)模將達(dá)到數(shù)百億歐元。”
德國(guó)高度重視“綠氫”能源，將其視為德國(guó)能源轉(zhuǎn)型成功的關(guān)鍵能源載體?！秶?guó)家氫能戰(zhàn)略》提出38項(xiàng)具體措施，涵蓋氫的生產(chǎn)制造和應(yīng)用等多個(gè)方面。據(jù)德國(guó)每日新聞網(wǎng)1月14日?qǐng)?bào)道，在上述戰(zhàn)略框架下，德國(guó)此次推出的這三個(gè)項(xiàng)目名為“H2Giga”“H2Mare”和“TransHyDE”，分別探索解決電解槽批量生產(chǎn)、海上風(fēng)能制氫和氫氣安全運(yùn)輸問(wèn)題，預(yù)計(jì)未來(lái)4年將有200多個(gè)合作伙伴參與其中。
在亞洲，日本、韓國(guó)已加快氫能布局規(guī)劃。日本于2017年12月公布了《基本氫能戰(zhàn)略》，該戰(zhàn)略的最終目標(biāo)是走向無(wú)二氧化碳排放制氫，特別是通過(guò)可再生能源制氫，形成整個(gè)生命周期的零碳排放，實(shí)現(xiàn)氫能與其他燃料的成本平價(jià)。
王誠(chéng)說(shuō)：“我國(guó)也在‘綠氫’這一未來(lái)能源賽道上不斷發(fā)力。2020年12月21日，我國(guó)發(fā)布了《新時(shí)代的中國(guó)能源發(fā)展》白皮書，提出加速發(fā)展‘綠氫’制、儲(chǔ)、用等氫能產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)裝備，促進(jìn)氫能燃料電池技術(shù)鏈、氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。支持能源各環(huán)節(jié)多場(chǎng)景儲(chǔ)能應(yīng)用，著力推進(jìn)儲(chǔ)能與可再生能源互補(bǔ)發(fā)展。”
技術(shù)單一、產(chǎn)能小、成本高是“攔路虎”
“目前，化石燃料制取的‘灰氫’仍占全球氫氣產(chǎn)量的90%以上，‘綠氫’制取還存在技術(shù)單一、產(chǎn)能小、成本高等瓶頸問(wèn)題。”王誠(chéng)一針見(jiàn)血地指出。
王誠(chéng)說(shuō)，“綠氫”的主要制取方法有結(jié)合可再生能源的電解水制氫、光催化分解制氫、熱化學(xué)法制氫、生物制氫等。電解水制氫技術(shù)相對(duì)較成熟，主要包括堿性電解槽、固體聚合物電解質(zhì)(SPE)電解槽和固態(tài)氧化物電解池(SOEC)三種電解裝置，其中堿性電解槽是目前能運(yùn)用于大容量系統(tǒng)的有效技術(shù)，但產(chǎn)能低，且電解槽的耐久性、可靠性仍有很大改善空間。此外，在成本方面，制取一公斤氫氣約需60度電，“綠氫”的價(jià)格主要與可再生電力成本相關(guān)，可再生電力度電成本必須降到0.2元以下才與“灰氫”成本相當(dāng)。
路透社在報(bào)道中指出，制約“綠氫”發(fā)展的另一個(gè)主要障礙是氫的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。液化氫必須冷卻到-253℃才能裝運(yùn)，為解決這一問(wèn)題，日本川崎重工業(yè)公司將在2021年初建成全球首艘液化氫運(yùn)輸船。而運(yùn)輸以液態(tài)氨形式儲(chǔ)存的化合氫要容易得多，只需將它冷卻到-33℃。因此，世界上大多數(shù)大型氫出口項(xiàng)目都在考慮運(yùn)輸綠氨。
對(duì)此，王誠(chéng)表示：“作為‘綠氫’的化合儲(chǔ)存介質(zhì)，綠氨的運(yùn)輸十分便利，但考慮‘綠氫’的能源利用效率，應(yīng)提升氫—氨—氫的轉(zhuǎn)換效率，并發(fā)展氨分解制氫的大容量裝備、純化技術(shù)以及與終端產(chǎn)品的系統(tǒng)集成技術(shù)，逐步使綠氨儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)融入氫能大產(chǎn)業(yè)鏈。”
技術(shù)創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)制定和政策支持缺一不可
王誠(chéng)指出，為進(jìn)一步促進(jìn)“綠氫”的發(fā)展和應(yīng)用，應(yīng)在改善相關(guān)技術(shù)、制定標(biāo)準(zhǔn)和政策等方面發(fā)力。
王誠(chéng)認(rèn)為：“在技術(shù)方面，應(yīng)推進(jìn)堿性電解槽規(guī)?；茪涫痉稇?yīng)用，進(jìn)一步提升其實(shí)用性，研發(fā)SPE/SOEC等新型電解水制氫技術(shù)，攻關(guān)電解水制氫系統(tǒng)柔性耦合間歇、波動(dòng)可再生能源的工程技術(shù)難題，并大力開(kāi)發(fā)光催化分解制氫、熱化學(xué)法制氫、生物制氫、核能制氫等制氫新技術(shù)。”
在制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系方面，王誠(chéng)強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“化石能源制氫、電解水制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫等不同工藝生產(chǎn)氫的碳排放量不同，如何在能源國(guó)際貿(mào)易大背景下確定不同工藝碳排放標(biāo)準(zhǔn)，建立國(guó)際化的‘綠氫’量化標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)體系迫在眉睫，這有利于引導(dǎo)高碳排放制氫工藝向綠色制氫工藝轉(zhuǎn)變，并促進(jìn)‘綠氫’跨國(guó)貿(mào)易。”
在政策方面，王誠(chéng)建議我國(guó)應(yīng)對(duì)“綠氫”的生產(chǎn)銷售進(jìn)行補(bǔ)貼或獎(jiǎng)勵(lì)，提高“綠氫”供給側(cè)的積極性。而且，隨著“綠氫”規(guī)模的增長(zhǎng)，“綠氫”將成為碳排放市場(chǎng)中重要的交易內(nèi)容，生產(chǎn)“綠氫”的企業(yè)還可以對(duì)碳排放配額進(jìn)行交易。這樣在政策和市場(chǎng)的雙重鼓勵(lì)下，“綠氫”將迎來(lái)更好的發(fā)展環(huán)境。
