德國雄心勃勃的“綠氫”戰(zhàn)略只是全球合奏“綠氫”交響曲中濃墨重彩的一個樂章。路透社在去年12月份的報(bào)道中指出，2020年，“綠氫”成為多國首選的未來綠色燃料，一年內(nèi)全球宣布了總額超過1500億美元的“綠氫”項(xiàng)目。
“綠氫”的春天真的到來了嗎?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)室主任王誠教授接受科技日報(bào)記者采訪時指出：“‘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“競折腰”
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題和環(huán)境危機(jī)的途徑之一。
王誠解釋稱，現(xiàn)在氫主要從天然氣或煤炭中提取，被稱為“灰氫”，提取過程每年排放8.3億噸二氧化碳;把二氧化碳通過捕集、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水進(jìn)行電解提取的氫，即“綠氫”。
2020年全球多國宣布重金投資氫能產(chǎn)業(yè)。過去一年里，全球宣布了總額超過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70吉瓦(1吉瓦=10億瓦)的此類項(xiàng)目正在開發(fā)之中，到2040年可能會需要2500億美元的投資。
據(jù)王誠介紹，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1000萬噸。王誠說：“預(yù)計(jì)未來10年，歐盟各國的氫能產(chǎn)業(yè)投資規(guī)模將達(dá)到數(shù)百億歐元。”
德國高度重視“綠氫”能源，將其視為德國能源轉(zhuǎn)型成功的關(guān)鍵能源載體?！秶覛淠軕?zhàn)略》提出38項(xiàng)具體措施，涵蓋氫的生產(chǎn)制造和應(yīng)用等多個方面。據(jù)德國每日新聞網(wǎng)1月14日報(bào)道，在上述戰(zhàn)略框架下，德國此次推出的這三個項(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)輸問題，預(yù)計(jì)未來4年將有200多個合作伙伴參與其中。
在亞洲，日本、韓國已加快氫能布局規(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)是走向無二氧化碳排放制氫，特別是通過可再生能源制氫，形成整個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)。
王誠說：“我國也在‘綠氫’這一未來能源賽道上不斷發(fā)力。2020年12月21日，我國發(fā)布了《新時代的中國能源發(fā)展》白皮書，提出加速發(fā)展‘綠氫’制、儲、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)多場景儲能應(yīng)用，著力推進(jìn)儲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、成本高等瓶頸問題。”王誠一針見血地指出。
王誠說，“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。
對此，王誠表示：“作為‘綠氫’的化合儲存介質(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。
王誠認(rèn)為：“在技術(shù)方面，應(yīng)推進(jìn)堿性電解槽規(guī)模化制氫示范應(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、波動可再生能源的工程技術(shù)難題，并大力開發(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)和評價(jià)體系方面，王誠強(qiáng)調(diào)說：“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，如何在能源國際貿(mào)易大背景下確定不同工藝碳排放標(biāo)準(zhǔn)，建立國際化的‘綠氫’量化標(biāo)準(zhǔn)及評價(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’跨國貿(mào)易。”
在政策方面，王誠建議我國應(yīng)對“綠氫”的生產(chǎn)銷售進(jìn)行補(bǔ)貼或獎勵，提高“綠氫”供給側(cè)的積極性。而且，隨著“綠氫”規(guī)模的增長，“綠氫”將成為碳排放市場中重要的交易內(nèi)容，生產(chǎn)“綠氫”的企業(yè)還可以對碳排放配額進(jìn)行交易。這樣在政策和市場的雙重鼓勵下，“綠氫”將迎來更好的發(fā)展環(huán)境。
