潜力巨大的氢能产业面前 如何把好氢能发展的方向盘

  • 2019-05-23 11:15
  • 来源:中国能源报

摘要:在全国多地“氢”装上阵,“氢谷”“氢都”不断涌现之时,有关氢能产业在城市发展应优先考虑什么,燃料电池高成本的尴尬该如何化解等诸多问题也成为业界热议的焦点。

无污染、零排放的氢能常被称作“21世纪最具有发展前景的二次能源”,也是公认的清洁能源。在今年的全国两会上,氢能首次被写入政府工作报告,公众对其关注度进一步提升。然而,在全国多地“氢”装上阵,“氢谷”“氢都”不断涌现之时,有关氢能产业在城市发展应优先考虑什么,燃料电池高成本的尴尬该如何化解等诸多问题也成为业界热议的焦点。潜力巨大的氢能产业面前,如何推动产业的有序、健康、稳步、快速发展?不同资源禀赋的城市又该如何把好氢能发展的方向盘?

1城市发展氢经济和环保共赢待求索

“从世界能源发展历史角度看,起初是石油发展期,其基本分子结构是两氢一碳,而随后发展的天然气是四氢一碳,可见氢的占比越来越大。”国际氢能协会副主席、清华大学教授毛宗强说道。在他看来,氢能的发展是大势所趋。想要发展氢,就要考虑“用什么制氢”。目前,制氢的主要方法有水电解法、烃类水蒸气转换法、重油部分转换法、甲醇制氢法等,其中最受关注的是煤制氢法、天然气制氢法和水电解制氢法。

各种制氢方法所花费的成本也各不相同,中国煤炭加工利用协会煤化工事业部副主任杜铭华举例说:“煤炭价格是500元/吨的时候,煤制氢成本约为0.9元/m3,是天然气制氢、甲醇制氢以及水电解制氢成本的1/3至1/2。”他接着分析道,西北地区煤制氢技术可行是因为煤炭资源丰富、煤炭价格相对低廉;而我国沿海地区若采用煤制氢技术,制氢过程中产生的一氧化碳会变为二氧化碳,造成环境污染,且二氧化碳回收技术问题还没有得到有效解决,若采用“干净”无污染的水电解制氢技术,则可直接生产99.7%以上纯度的氢气,其产品纯度大、制氢工艺过程相对简单,但生产成本颇高且消耗电量巨大。如何实现经济和环保共赢,成为各地发展氢能的老大难问题。

2因地制宜产氢推动氢能市场化

各地资源禀赋不同,所以要提倡因地制宜地发展氢能。毛宗强分析称,基于能源与环保的考虑,主张利用国内现有的副产氢,例如氯碱副产氢以及焦炉煤气副产氢。与此同时,氢能和可再生能源耦合也是未来的发展趋势。“目前许多地区风电、光电等供过于求,过剩的发电能力可以通过电解水生产氢能。”

中国工程院院士干勇举例说,四川富水富气,所以在定位上要形成“三纵三横”输气干线为主体,天然气和氢气管网同时运行,也可以把氢气放在天然气管网里面共同运输。而山西是煤炭大户,未来可以将输出的煤都变为氢,为周边能源机构调整提供氢能保障,“探索并深入参与碳交易机制在氢能体系中的应用,实现氢能市场化,降低氢能成本。”

近日,海南省提出2030年开始禁售燃油车,全域推广清洁能源汽车。在中国地质大学可持续能源实验室主任、中国氢能技术创新与应用联盟理事长程寒松看来,作为我国海域面积最大的省份,海南拥有良好的可再生能源资源,具备大规模推广应用氢能汽车的条件。同时,海南也是旅游大省,车船需求量极大,大力发展氢燃料电池车有其充分的优势。

3规模化应用需技术突破降低成本

制氢成本不仅影响着城市发展氢能的进度,同样也影响着产业链下游的氢燃料电池汽车的发展。中国机械工业联合会执行副会长张克林认为,氢燃料电池的发展和成熟将对未来的能源和动力体系产生颠覆性影响。“如果继续使用传统汽油车会造成温室气体增加,纯电动车的发展虽会起到改善作用,但温室气体排放仍然高于60%,只有使用氢燃料电池车,温室气体排放量才会达到理想水平。”

加拿大国家工程院院士叶思宇分析说,氢燃料电池汽车与传统燃油车相比效率更高、加氢时间短、且噪音更小。但在规模化应用上,氢燃料电池汽车与传统燃油车相比还是差别较大,叶思宇补充说道,与国外先进氢燃料电池发展相比,我国在关键材料、附件系统和性能指标方面相对弱势。燃料电池是复杂的系统工程,整个过程涉及到电化学、热力学、机械和能量传输多个环节,其中燃料电池膜电极是关键一环。“燃料电池膜电极厚度仅有20微米,在这20微米的空间里要解决设计和工程问题,只有不断更新和优化才能把成本进一步降低,这需要材料科学家、工程师甚至计算模拟专家的共同协作。”虽然国内膜电极的关键技术进步很大,但在大量生产和高功率方面仍较差,所以氢燃料电池成本“居高不下”。而能否解决燃料电池成本和寿命问题,是其大规模产业化的一项重要挑战。

4“多条腿走路”助力无废低碳城市建设

燃料电池汽车的规模发展无疑需要大量的氢气供应,氢气来源如何就近解决?记者了解到,城市固废高温转化或成为城市制氢的新方式。东部的大城市面临垃圾围城的现状,垃圾焚烧发电不但有污染风险,还会产生邻避效应,影响居民生活质量。中国五环工程有限公司总工程师夏吴通过实验得出,高温垃圾转化可以是一个新的制氢途径。“高温垃圾转化制氢技术具有优异的环保性能。如果一个城市有1000吨垃圾,可以每天产生36吨高纯氢气,可以满足一个城市一万辆公交一天的运行,这对氢能社会是非常好的示范作用。”

垃圾转化制氢让人们看到了城市制氢方式的更多可能性,未来氢能的应用场景也将更加多元。专家们普遍认为,发展氢能要“多条腿走路”。据国际氢能委员会预计,到2050年,全世界能源的18%都由氢提供,氢能在发电的占比约为11%,交通方面占比约为28.6%,工业能源占比约为20.8%,建筑占比约为14.3%,化工原料占比约为24.7%。用途的多样化,让氢能在低碳减排方面起到关键性作用。“到2050年,全年的二氧化碳排放量能够较现在减少约60亿吨,能够承担将全球温度升高2℃以内二氧化碳减排量的约20%,氢能及氢能技术相关市场规模将超过2.5万亿美元。”干勇表示,氢能前景广阔,未来可期。

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