氫能時代開啟了嗎？

文 張晶晶

氫能將成為傳統能源的核心，產業鏈已經顯現，有助于實現規模化的愿景。預計2050年我們將會迎接氫能時代的到來，到時將形成10萬億元的產業規模。

10年前的電動汽車“十城千輛”計劃，大大調動了地方政府及車企的積極性，整個電動汽車行業得到重要的發展推力。

從2019年年初開始，關于計劃在今年推廣“十城千輛”氫燃料汽車的消息不脛而走。雖然目前仍未有官方的確切消息給出，但并不影響各界對于氫能發展的廣泛看好，關于氫能產業布局及行業發展的討論與思考愈發深入。

2018年氫能產業創新發展論壇現場

未來之氫

開發可持續、無污染的清潔能源是全球各國對于解決能源問題長期以來的共同愿望。氫能作為清潔的二次能源，被廣為看好。美國、德國、日本等發達國家相繼將發展氫能產業提升到國家能源戰略高度。2016年，國家發展和改革委員會、國家能源局等聯合發布的《能源技術革命創新行動計劃（2016—2030年）》，提出了能源技術革命重點創新行動路線圖，部署了15項具體任務，“氫能與燃料電池技術創新”位列其中。

在2018年召開的中國電動汽車百人會年會上，中國工程院院士干勇表示，氫能將成為傳統能源的核心，產業鏈已經顯現，有助于實現規模化的愿景。他做出預測：“2050年我們將會迎接氫能時代的到來，到時將形成10萬億元的產業規模。”

中國科學院大連化學物理研究所研究員鄧德會在接受記者采訪時將氫能源稱為“21世紀最具發展潛力的清潔能源”。他介紹說，近年來氫—氧燃料電池發展快速，并在一些領域初步實現了商業化。我國也明顯加大了對氫能和燃料電池研究的投入力度，開始布局氫氣的廉價制備、儲運，以及燃料電池零部件、加氫站等產業鏈各個環節，并發展了一批燃料電池，出現了一批擁有核心技術的燃料電池汽車生產企業。

此外，北京氫璞創能科技董事長歐陽洵認為，今天的氫燃料電池發展所處的階段相當于2013年的鋰電池，已經迎來風口。

氫從何而來

化石燃料時代之后的人類能源要從何而來？干勇指出，化石燃料時代向綠色能源時代的轉變主要有兩種方式：一種是化石能源消耗向綠色能源再生轉變，另一種則是從高碳燃料向低碳燃料轉變。

干勇提出，這兩種轉變方式本質上都是燃料的減碳加氫過程。“古代燒木材能量密度只有每公斤0.13MJ，現在標準煤、天然氣直到氫氣，能量密度最高達到了140MJ，應該說氫能源是非常理想的清潔能源，但屬于二次能源。所以關鍵是要降低成本，而且技術路徑要重新設定。”

鄧德會向記者介紹說，目前工業上制氫的方法主要有3種：一是以煤、石油和天然氣為原料得到CO，再通過水汽變換制氫；二是甲醇重整制氫；三是電解水制氫。“水汽變換反應是大規模制氫的主要方法。該方法的優點是技術成熟、適用范圍廣、規模大。缺點是反應條件苛刻，需要180～450℃的高溫，1～6MPa高壓、產物成分復雜、分離困難、耗能高。”

《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書（2018）》數據顯示，2016年中國氫氣產量約為2100萬噸，其中煤制氫占比62%，為主要的氫氣來源；天然氣制氫其次，占比19%。

中國工程院院士杜祥琬強調，自然界并不天然存在氫，因此即便氫是高效的能量載體，它也不能與一次能源相提并論。“要利用氫能，首先要制氫。如用電解水的方法制氫，就需要以消耗電力為代價——如果是煤電，意味著還是要燒煤；如果是可再生能源發電，就等于利用了可再生能源。所以即便是使用氫能，也是由‘用什么來制氫’影響著能源結構。這也是多年來人人皆知氫是好的能量載體，但始終沒有得到大規模利用的原因。”

中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員陳亮向記者解釋說，目前工業上主要采用化石燃料重整制氫，化石燃料可以是天然氣、石油、煤。采用該種方法制備的氫氣所含的能量，因為熱損失會低于原始的化石燃料所含的能量。此外，采用這種方法制備氫氣并不會降低二氧化碳的排放，因為在重整制氫的過程中排放的二氧化碳與直接燃燒化石燃料所排放的二氧化碳是一樣的。

今年兩會上，不少代表委員提出了與氫能源基礎設施建設及加氫站相關的建議。

氫燃料汽車在我國各地已陸續上路

氫之未來

科學家們嘗試從不同路徑解決這個問題，鄧德會團隊提出了制備新概念——室溫條件下的電化學水汽變換（EWGS）反應，降低能耗。也有很多科學家嘗試研究替代化石燃料重整制氫的方法，包括生物法制氫、電解水制氫、光電化學制氫和光電催化制氫。

“其中，電解水制氫技術在工業上已經有一定規模的應用。”陳亮介紹說，電解水制氫的主要目的是將富余電力轉化為氫能。

“我國有著世界上最大的風力發電、太陽能發電，然而太陽能、風能存在間歇性問題，受晝夜變化、氣候因素的限制。電的存儲一直是個難題，所發出的用不完的電要么輸入到國家電網中，要么進行能源轉化，否則只能浪費掉。因為太陽能、風能發出的電不穩定，直接輸入到電網中會產生一系列問題，因此需要大力發展富余電力轉化技術。與采用化石燃料重整制氫相比，將可再生的太陽能、風能轉化為氫能，是完全的零排放。”

2018年12月，國家發展改革委與國家能源局聯合印發《清潔能源消納行動計劃（2018—2020年）》，文件指出，探索可再生能源富余電力轉化為熱能、冷能、氫能，實現可再生能源多途徑就近高效利用。

杜祥琬也指出，中國現在太陽能、風能等清潔能源的發電量還很少，還不夠便宜。但部分地區有時候太陽能、風能超過了上網負荷，只好棄掉，非常可惜。“這部分能量如果可以用來電解水制氫，確實不失為一個解決‘上網難’的辦法。”

除了氫能的生產環節，運輸、儲存、加氫站、燃料電池等各個環節都有待加強。全國兩會期間，關于氫能發展的未來也常被提及，來自車企的代表委員尤為關注，北汽集團董事長徐和誼、長城汽車總裁王鳳英、奇瑞汽車董事長尹同躍等都提出了與氫能源基礎設施建設及加氫站相關的建議。

此外，全國政協委員、國家能源集團總經理凌文還指出，除了民用的氫燃料汽車，未來礦山港口施工重型車、物流車，大規模產生污染的重柴油車，完全可以用氫能車來替代，包括軌道交通、船舶甚至航空器，而這些都是未來創新的方向。

（文章轉載自《中國科學報》）