人類社會的發展離不開能源。目前,不可再生的傳統化石能源,如石油、天然氣、煤炭、核材料等,因過度開采而面臨枯竭。同時,它們在使用過程中也帶來了不可避免的環境污染與大量的二氧化碳排放,嚴重威脅了社會的可持續發展。因此,改變傳統能源高能耗、高污染的利用方式,改善可再生能源應用的局限性,開發潔凈、可持續的新能源及其相應的存儲和轉換技術,以解決人類面臨的能源短缺危機和環境污染問題,已成為當前世界各國的重點發展方向。
2014年,習近平主席高瞻遠矚地提出了能源四大革命(能源消費革命、能源供給革命、能源技術革命、能源體制革命),為能源利用技術的綠色低碳發展指明了方向。2020年,習近平主席在聯合國大會上作出“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和”的莊嚴承諾。隨后,中國陸續發布了一系列規劃和政策,以鼓勵發展與實施清潔高效的能源利用技術,為實現“雙碳”目標提供重要支撐。
氫作為二次能源載體,潔凈易得,可以方便、高效地轉化成電和熱。采用可再生清潔能源(如太陽能、風能、水利能、地熱能)所產生的間歇電能制氫,不僅可以實現間歇電能的儲存,還可以通過燃料電池等電化學技術將氫能轉變成電能,從而實現零排放及可再生能源的可持續循環。此過程會催生可持續發展的氫能經濟,逐步替代以傳統化石能源為基礎的社會生產和生活結構。燃料電池通過電化學反應直接將氫(燃料)的化學能轉化為電能,無須燃燒,避免了卡諾循環的限制及直接燃燒帶來的污染物(如NOx),從而獲得較高的轉化效率(理論值高達85%~90%)。氫能燃料電池是利用氫能的一種重要方式,采用氫能燃料電池驅動的電動車提供了一種可持續、高效、零排放的綠色出行模式。因此,氫能燃料電池被廣泛認為是未來電動車的主力電源。氫能燃料電池發電與可再生能源大規模制氫互補,也是實現有效利用氫-電互換優勢、發揮能源智慧互聯互補、提高能源利用效率的重要方式。
當前,在國家政策扶持和行業專家、企業家的共同努力下,氫能利用已進入發展的有利時期。尤其是可再生能源發電成本的大幅下降,為大規模電解水制氫奠定了基礎,為解決可再生能源的儲存、再分配及利用提供了抓手。此外,采用目前化石能源發電的“棄電”電解水制取的綠氫,通過燃料電池進行利用,也可改善能源循環的效率。
“十四五”時期是實現“雙碳”目標的關鍵時期,也是發展清潔能源和推進生態文明建設的重要窗口期,更是氫能發展的重大機遇期。但是,氫能產業還有很多關鍵技術亟待突破,一些核心材料和技術還面臨挑戰。同時,發展氫能產業要慎重考慮市場需求與技術成熟度,做好統籌規劃,切不可蜂擁而上。另外,在氫能利用方面我們也應做到有所為,有所不為。氫能利用的方式非常多,氫能燃料電池汽車是氫能利用的一種重要方式,我們在這方面大力開發是符合民生要求的,但也要防止一些沒有科學原理和證據支持下的氫能偽利用。
氫能的發展需要多行業、多領域的協同合作,共同推動,更需要國家政策的扶持。只有努力完善氫能產業鏈,構建標準體系,實現關鍵材料及核心技術的自主國產化,才能真正實現氫能的產業化,為國家的能源安全作出貢獻。