“氫”風(fēng)漸起：瓶頸之下如何迎接機(jī)遇

在能源革命和能源轉(zhuǎn)型推動(dòng)下，氫氣的能源屬性越來(lái)越受關(guān)注。目前全球作為能源使用的氫氣（發(fā)電、交通運(yùn)輸）尚不足總消費(fèi)量的3%，但其作為能源的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受到重視，能源領(lǐng)域的應(yīng)用正成為推動(dòng)全球氫產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的核心動(dòng)力。

而在我國(guó)，今年“國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃”的主要任務(wù)首次提出要制定“國(guó)家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃”。同時(shí)，根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的《關(guān)于做好可再生能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃工作有關(guān)事項(xiàng)的通知》，氫能已被列入可再生能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃編制重點(diǎn)任務(wù)。隨著國(guó)家戰(zhàn)略層面支持的深入，“十四五”期間，氫能產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)重大發(fā)展機(jī)遇。

實(shí)際上，截至今年6月，全國(guó)共有20多個(gè)省份出臺(tái)了60多個(gè)發(fā)展規(guī)劃和支持政策。對(duì)此，中國(guó)工程院院士、中國(guó)工程院能源與礦業(yè)工程學(xué)部主任蘇義腦的評(píng)價(jià)是，“出現(xiàn)了明顯的‘氫能熱’”。

但是，即便如此，在全球氫能競(jìng)爭(zhēng)中，我國(guó)也未占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。核心技術(shù)能力、關(guān)鍵部件與裝備等薄弱環(huán)節(jié)都亟待加強(qiáng)。

與國(guó)際先進(jìn)水平仍有較大差距

2019年，氫能首次寫入政府工作報(bào)告。作為二次能源，氫能具有來(lái)源多樣、終端零排、用途廣泛等多重優(yōu)勢(shì)，在保障國(guó)家能源安全、改善大氣環(huán)境質(zhì)量、推進(jìn)能源產(chǎn)業(yè)升級(jí)等方面具有重要意義。隨著技術(shù)日趨成熟、成本大幅下降，氫能正迎來(lái)快速發(fā)展的戰(zhàn)略機(jī)遇期。

在近日中國(guó)石化舉辦的氫能發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)上，多位院士專家對(duì)氫能的未來(lái)給予了肯定。中國(guó)工程院院士、中國(guó)工程院原副院長(zhǎng)干勇在視頻連線中表示，保守估計(jì)，未來(lái)氫在我國(guó)終端能源體系中的占比將達(dá)10%，成為我國(guó)能源戰(zhàn)略的重要組成部分。氫能將納入我國(guó)終端能源體系，與電力協(xié)同互補(bǔ)，共同成為我國(guó)終端能源體系的消費(fèi)主體，帶動(dòng)形成10萬(wàn)億級(jí)的新興產(chǎn)業(yè)。

干勇介紹，我國(guó)氫能發(fā)展目前主要以交通領(lǐng)域應(yīng)用為牽引，產(chǎn)業(yè)鏈逐步延伸到制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、加氫、燃料電池以及配套產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)，逐步形成了京津冀、華東、華南、華中、華北、東北等六大產(chǎn)業(yè)集群。截至2020年2月，中國(guó)加氫站數(shù)量已達(dá)到64座。

不過(guò)，干勇也坦誠(chéng)：“國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展水平仍離國(guó)際先進(jìn)水平有較大差距，在核心材料、零部件、裝備等方面還有許多問(wèn)題亟待解決。”例如，膜電極是燃料電池最昂貴的部件，目前國(guó)內(nèi)已制定了支持中長(zhǎng)期膜電極計(jì)劃，但仍有一些指標(biāo)沒有達(dá)到，投入也還不夠，特別是大型企業(yè)的介入不夠。

圖為佛山樟坑油氫合建站（蔣莉敏 攝）

早在2017年7月，中國(guó)石化就建成了國(guó)內(nèi)首座油氫合建站——中國(guó)石化佛山樟坑油氫合建站，這是全國(guó)首座集油、氫、電能源供給及連鎖便利服務(wù)于一體的新型網(wǎng)點(diǎn)。然而，中國(guó)石化高級(jí)專家王維民表示，做了加氫站以后，感覺問(wèn)題確實(shí)很多。例如，加氫站用的是螺紋連接，但氫氣非常容易泄漏，用螺紋連接后維護(hù)和保養(yǎng)都面臨很大的風(fēng)險(xiǎn)。再比如，施工過(guò)程當(dāng)中如果管線里摻入雜質(zhì)，一定會(huì)污染燃料電池。解決這些問(wèn)題是一個(gè)長(zhǎng)期性的工作，怎樣進(jìn)行施工，怎樣進(jìn)行保養(yǎng)，都是前所未有的問(wèn)題。

此外，在氫氣產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)方面，如果按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和即將執(zhí)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，之前沒有人做過(guò)這方面的檢驗(yàn)，這也將制約燃料電池汽車的進(jìn)一步發(fā)展。要避免標(biāo)準(zhǔn)制定完了，沒有人有能力去執(zhí)行的問(wèn)題。

蘇義腦透露，為應(yīng)對(duì)我國(guó)氫能和燃料電池相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中面臨的挑戰(zhàn)，中國(guó)工程院先后組織了多個(gè)專題咨詢項(xiàng)目進(jìn)行研究，包括“我國(guó)燃料電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀暨面向2035年的重大戰(zhàn)略研究”“中國(guó)氫能源與燃料電池發(fā)展戰(zhàn)略研究”等。中國(guó)工程院能源與礦業(yè)工程學(xué)部也將氫能和燃料電池領(lǐng)域咨詢和服務(wù)作為重要工作之一。

蘇義腦表示，中國(guó)工程院多位院士分別牽頭進(jìn)行了氫能和燃料電池有關(guān)項(xiàng)目的研究，開展了卓有成效的工作。這些研究成果將為我國(guó)氫能和燃料電池相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的系統(tǒng)謀劃和前瞻部署提供決策，也為氫能和燃料電池相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究部署和技術(shù)路線選擇提供科學(xué)依據(jù)。

綠氫是未來(lái)趨勢(shì)

“目前，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家均在大力發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，制訂氫能發(fā)展戰(zhàn)略。”中國(guó)工程院院士、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教授彭蘇萍說(shuō)。

其中，歐洲正在加快商業(yè)化進(jìn)程，基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃完備；日本和韓國(guó)已將燃料電池汽車與發(fā)電裝置推向市場(chǎng)，關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)裝備制造也較為成熟；美國(guó)擁有完備的產(chǎn)業(yè)政策及路線圖，加州等地區(qū)已初步形成基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。相比之下，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)尚處于產(chǎn)業(yè)化探索期，頂層設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)、裝備制造、政策標(biāo)準(zhǔn)都有待加強(qiáng)。

國(guó)外的發(fā)展表明，氫的制備技術(shù)路線主要是發(fā)展綠氫，即利用可再生能源制氫。中國(guó)工程院院士、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員衣寶廉指出：“能源發(fā)展的進(jìn)程就是減碳的過(guò)程，氫能在能源轉(zhuǎn)型中具有重要作用。可再生能源發(fā)電電解水制氫是未來(lái)趨勢(shì)。”

在所有可再生能源發(fā)電中，水電的成本是最低的。如果在水電站就近利用水電電解水制氫，電費(fèi)按照平準(zhǔn)化成本計(jì)算，則制氫成本約為15元/千克，與天然氣制氫大體相當(dāng)，而且可以實(shí)現(xiàn)零排放，獲得真正意義上的“綠氫”。

圖/東方IC

衣寶廉表示，歐洲氫能戰(zhàn)略的核心就是將可再生能源生產(chǎn)的氫大規(guī)模用于工業(yè)、交通、發(fā)電、建筑等部門。為此，歐盟委員會(huì)還專門成立了歐洲清潔氫能聯(lián)盟，提振對(duì)清潔氫能的需求并促進(jìn)投資。在他看來(lái)，可再生能源發(fā)電電解水制氫可克服可再生能源的波動(dòng)性、季節(jié)性，提高電網(wǎng)適應(yīng)性，解決棄水、棄光、棄風(fēng)的問(wèn)題。氫能還可以替代石油用于汽車燃料、替代天然氣用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、替代焦炭用于冶金工業(yè)。

衣寶廉介紹說(shuō)，目前主流的三類電解水制氫技術(shù)中，比較成功的是堿性水電解和純水電解，而高溫蒸汽電解仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。

重在做好示范推進(jìn)

“我國(guó)當(dāng)前的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展還處于培育階段，重點(diǎn)是要做好示范推進(jìn)。”在蘇義腦看來(lái)，引領(lǐng)國(guó)家氫能產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展，需要中國(guó)石化這樣的大型企業(yè)來(lái)承擔(dān)相關(guān)示范任務(wù)。

中國(guó)工程院院士、中國(guó)石化集團(tuán)公司董事長(zhǎng)張玉卓介紹，近年來(lái)，中國(guó)石化著眼打造氫能產(chǎn)業(yè)鏈，加大布局力度。目前，中國(guó)石化每年氫氣的產(chǎn)量超過(guò)300萬(wàn)噸，占全國(guó)氫氣產(chǎn)量14%左右；建立了全球第二大交通能源基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，擁有3萬(wàn)多座加油站，目前已建成若干油氫合建示范站。

“氫能發(fā)展前景十分光明，但氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向如何選擇、發(fā)展路徑如何優(yōu)化、發(fā)展時(shí)機(jī)如何把握，都需要深入研究和探索實(shí)踐。”張玉卓說(shuō)。

張玉卓表示，中國(guó)石化將持續(xù)加大氫能領(lǐng)域投資力度，以保障2022年北京冬奧會(huì)氫能供應(yīng)為重要節(jié)點(diǎn)，力爭(zhēng)在“十四五”期間形成一定規(guī)模的高純氫產(chǎn)能，布局若干高速氫走廊，構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)鏈和關(guān)鍵材料自主核心技術(shù)體系及標(biāo)準(zhǔn)體系。

中國(guó)工程院能源與礦業(yè)工程學(xué)部副主任、國(guó)家能源集團(tuán)科技委常務(wù)副主任顧大釗則透露，目前，國(guó)家能源集團(tuán)風(fēng)電和光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模超過(guò)3800萬(wàn)千瓦，水電裝機(jī)超過(guò)1800萬(wàn)千瓦，擁有良好的可再生能源制氫基礎(chǔ)。而煤制氫能力每年超過(guò)400萬(wàn)噸，可供應(yīng)4000萬(wàn)輛燃料電池乘用車用氫。在低成本低碳煤制氫方面，國(guó)家能源集團(tuán)已成功示范了30萬(wàn)噸二氧化碳捕集和封存技術(shù)（CCS）項(xiàng)目，掌握了CCS的核心技術(shù)和裝備，但因規(guī)模小，目前成本較高。

“未來(lái)10到20年將是我國(guó)氫能源與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要機(jī)遇期，需要緊密聯(lián)系我國(guó)能源發(fā)展的實(shí)際，助力實(shí)現(xiàn)氫能源與燃料電池高質(zhì)量發(fā)展。”基于目前我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的探索與實(shí)踐，彭蘇萍強(qiáng)調(diào)，我國(guó)應(yīng)從戰(zhàn)略、政策、技術(shù)、資金、國(guó)際合作等方面積極謀劃，通過(guò)改革創(chuàng)新破解發(fā)展難題。（據(jù)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》）■