碳中和愿景下氫能應(yīng)用的競爭優(yōu)勢

據(jù)天然氣世界(Natural Gas World)5月5日消息，挪威可再生能源公司Nel的一個(gè)部門表示，該公司收到一份購買2兆瓦電解槽的訂單，該電解槽將支持瑞士的綠色氫基礎(chǔ)設(shè)施。Nel銷售與市場營銷區(qū)域副總裁雷蒙德·施密德表示：“這是開發(fā)商業(yè)綠色氫基礎(chǔ)設(shè)施所取得的新里程碑，這清晰地表明，重型車輛用氫如今已成為現(xiàn)實(shí)。”

在全球邁向碳中和進(jìn)程中，氫能將發(fā)揮重要作用。國際智庫能源轉(zhuǎn)型委員會(huì)在4月27日發(fā)表的一份報(bào)告中說，全球經(jīng)濟(jì)2050年前要實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放，每年需要消耗5億到8億噸的清潔氫，這是目前市場規(guī)模的5到7倍。

氫可以作為原料和燃料，還可以作為儲(chǔ)能介質(zhì)，在工業(yè)、交通、建筑等眾多領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，尤其是在儲(chǔ)能、高耗能工業(yè)、以及重型車輛、航運(yùn)、航空航天燃料等領(lǐng)域有著其他能源無可比擬的優(yōu)勢，對實(shí)現(xiàn)碳中和至關(guān)重要。

首先，氫氣是一種極好的能量存儲(chǔ)介質(zhì)。風(fēng)電、水電、光伏等可再生能源雖然零排放，但存在隨機(jī)性、波動(dòng)性問題，棄電現(xiàn)象難以避免，造成能源浪費(fèi)。國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2020年，全國主要流域棄水電量約301億千瓦時(shí)，全國棄風(fēng)電量約166億千瓦時(shí)，全國棄光電量52.6億千瓦時(shí)。如此巨大的棄電量，如若制備成綠氫儲(chǔ)存，為氫能體系供能，對于節(jié)能減排具有非常大的意義。

雷斯塔能源發(fā)布報(bào)告稱，目前1兆瓦以上的綠色制氫裝機(jī)超過60吉瓦，其中87%是吉瓦級(jí)項(xiàng)目，這意味著商業(yè)化大規(guī)?？稍偕茉粗茪湔诩铀倨占啊Ｅc此同時(shí)，可再生能源制氫也在逐步下降。彭博新能源財(cái)經(jīng)預(yù)測，到2030年，綠氫的成本預(yù)計(jì)將低于藍(lán)氫;到2050年，它的成本甚至將低于“更臟”的灰氫。

其次，氫能在鋼鐵、冶金、水泥等高耗能工業(yè)減排上有著巨大的發(fā)展機(jī)遇。這些工業(yè)既是碳排放大戶(占全球工業(yè)碳排放的45%)，又是深度減碳的難點(diǎn)?？稍偕茉措姎饣侄沃荒芙档透吆哪墚a(chǎn)業(yè)中低位熱能那部分碳排放，而這部分只占20%左右。80%的碳排放因原料和高位熱能而產(chǎn)生，電氣化目前還是無能為力。

傳統(tǒng)的碳冶金中碳、氮、硫氧化物排放本質(zhì)上不可避免，仍然較高，而氫冶金有望實(shí)現(xiàn)零排放。為進(jìn)一步解決鋼鐵行業(yè)碳排放問題，世界各國鋼鐵企業(yè)紛紛開展氫冶金研究。日本2008年啟動(dòng)了150億日元COURSE50氫冶金項(xiàng)目，德國、瑞典等國隨后紛紛跟進(jìn)。國內(nèi)氫冶金強(qiáng)力跟進(jìn)，蓄勢待發(fā)。4月底，內(nèi)蒙古賽思普公司投資10.9億元的國內(nèi)首條氫基熔融還原高純生鐵生產(chǎn)線正式建成。氫冶金或成為鋼鐵行業(yè)發(fā)展新趨勢，助力碳中和目標(biāo)達(dá)成。

最后，氫作為燃料在長距離運(yùn)輸?shù)闹乜ā⒑竭\(yùn)、航空航天等領(lǐng)域有很大競爭優(yōu)勢。與鋰電池相比，氫燃料電池有能量密度高、續(xù)航里程長、負(fù)載能力強(qiáng)和加氫快等優(yōu)勢，更適合長距離、重載荷運(yùn)輸領(lǐng)域的重型卡車。與氫能乘用車相比，氫能在卡車領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)彎道超車。此外，重卡是交通領(lǐng)域排放大戶，氫動(dòng)力是重卡實(shí)現(xiàn)減排的重要且有前景的方法。

在布局上，去年一季度，美國燃料電池重卡技術(shù)路線圖重磅出世，緊接著歐洲發(fā)布燃料電池重卡聯(lián)合聲明。近年，日本、韓國的汽車企業(yè)在開發(fā)氫燃料重卡上舉措頻頻。而早在2017年7月，中國重汽就推出了國內(nèi)首臺(tái)重卡產(chǎn)品——氫燃料港口牽引車。氫動(dòng)力重卡或?qū)⒊蔀闅淠軕?yīng)用經(jīng)濟(jì)性和產(chǎn)業(yè)化的重要突破口。中國工程院院士干勇表示，在國內(nèi)的主要港口大量密集地使用氫能重卡，加氫站的建設(shè)規(guī)模就可以擴(kuò)大，成本也會(huì)在規(guī)模效應(yīng)下得以降低。

在航運(yùn)領(lǐng)域，世界銀行發(fā)布的最新報(bào)告顯示，氨和氫是零碳船用燃料，最有可能成為航運(yùn)業(yè)未來脫碳的主要貢獻(xiàn)者。這是分析一系列不同的零碳候選燃料(包括生物燃料、氫、氨和合成碳基燃料)各自有利特性后綜合得出的結(jié)論。殼牌同樣指出，氫燃料電池作為零排放技術(shù)，最有可能幫助航運(yùn)業(yè)在2050年前實(shí)現(xiàn)凈零排放。殼牌4月21日表示，正在與合作伙伴進(jìn)行可行性研究，以試驗(yàn)在新加坡的船舶上使用氫燃料電池。

氫氣是自然界中最輕的氣體，而且能量密度是汽油的3倍。這一特點(diǎn)使氫氣特別適合應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域。早在20世紀(jì)40年代，氫氣就已經(jīng)應(yīng)用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的液體推進(jìn)劑。目前，一種被稱為“固態(tài)氫”的新材料已經(jīng)被開發(fā)出來。此外，氫燃料有望在航空脫碳戰(zhàn)略中發(fā)揮關(guān)鍵作用。早在2008年，美國波音公司就已成功完成全球首次氫動(dòng)力飛機(jī)的試飛。全球首架商業(yè)規(guī)模的氫動(dòng)力飛機(jī)去年在英國試飛，空客公司也在布局氫混合動(dòng)力飛機(jī)。

總體來看，氫能尚處在發(fā)展初級(jí)階段，技術(shù)尚不成熟，成本也比較高。但是由于存在上述諸多競爭優(yōu)勢，氫能在碳中和愿景下顯示出廣闊的應(yīng)用前景，并將保持快速發(fā)展的勢頭。隨著氫能及燃料電池技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，氫能成本將迅速下降，應(yīng)用也將更加廣泛。