綠氫：純正的零碳新能源

1億噸

根據(jù)預(yù)測(cè)，要實(shí)現(xiàn)2030年碳達(dá)峰目標(biāo)，我國(guó)氫氣的年需求量將達(dá)到3715萬(wàn)噸;在2060年實(shí)現(xiàn)碳中和，氫氣的年需求量將達(dá)到1.3億噸，其中可再生能源制氫(綠氫)規(guī)模有望達(dá)到1億噸。

北京冬奧會(huì)已落下帷幕，本屆冬奧會(huì)除了是一場(chǎng)冰雪盛宴外，還是一場(chǎng)氫能盛會(huì)。

與東京奧運(yùn)會(huì)只是部分火炬使用氫燃料相比，北京冬奧會(huì)將火炬燃料全部替換為氫能，同時(shí)，北京冬奧會(huì)投入的氫燃料車(chē)輛數(shù)約為東京奧運(yùn)會(huì)的兩倍。2月4日晚，在北京2022年冬奧會(huì)張家口賽區(qū)，由中國(guó)石油自主研發(fā)的綠氫還點(diǎn)燃了太子城火炬臺(tái)。這是本屆冬奧會(huì)唯一一個(gè)由綠氫點(diǎn)燃的火炬臺(tái)，更是冬奧近百年歷史上首支以綠氫作為燃料的火炬。

綠氫，也因此走入了大眾視野。

綠氫是發(fā)展氫能的初衷

什么是綠氫?

所謂綠氫，是指利用可再生能源分解水得到的氫氣，其燃燒時(shí)只產(chǎn)生水，從源頭上實(shí)現(xiàn)了二氧化碳零排放，是純正的綠色新能源，在全球能源轉(zhuǎn)型中扮演著重要角色。

專家解釋，雖然氫能是清潔的可再生能源，在釋放能量的過(guò)程中沒(méi)有碳排放，但目前生產(chǎn)氫能的過(guò)程卻并不是百分之百“零碳”。

氫元素在地球上主要以化合物的形式存在于水和化石燃料中，而氫能作為一種二次能源，需要通過(guò)制氫技術(shù)進(jìn)行提取。目前，現(xiàn)有制氫技術(shù)大多依賴化石能源，無(wú)法避免碳排放。而根據(jù)氫能生產(chǎn)來(lái)源和生產(chǎn)過(guò)程中的排放情況，人們又將氫能分別冠以灰氫、藍(lán)氫、綠氫之稱。

灰氫，是通過(guò)化石燃料燃燒產(chǎn)生的氫氣，在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)有二氧化碳等的排放。目前，市面上絕大多數(shù)氫氣是灰氫，約占當(dāng)今全球氫氣產(chǎn)量的95%。

藍(lán)氫，可以由煤或天然氣等化石燃料制得，在藍(lán)氫的制備過(guò)程中可以將二氧化碳副產(chǎn)品捕獲、利用和封存(CCUS)，從而實(shí)現(xiàn)碳中和。雖然天然氣也屬于化石燃料，在生產(chǎn)藍(lán)氫時(shí)也會(huì)產(chǎn)生溫室氣體，但由于使用了CCUS等先進(jìn)技術(shù)，溫室氣體被捕獲，減輕了對(duì)地球環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)了低排放生產(chǎn)。

“綠氫是發(fā)展氫能的初衷。”國(guó)際氫能學(xué)會(huì)副主席、清華大學(xué)教授毛曾強(qiáng)曾強(qiáng)調(diào)，發(fā)展氫能就是為了能源的“去碳化”，只有通過(guò)無(wú)碳能源生產(chǎn)“綠色的氫”，才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

由此可見(jiàn)，盡管所有“顏色”的氫都將在未來(lái)發(fā)揮作用，但歸根結(jié)底，綠氫是最具可持續(xù)性且真正無(wú)碳的，因此它也正成為全球氫能發(fā)展的焦點(diǎn)。

數(shù)據(jù)顯示，截至2020年底，全球已有約70個(gè)在建的綠氫項(xiàng)目，其中吉瓦(GW)級(jí)項(xiàng)目已超過(guò)20個(gè)。去年，歐洲還提出了2024年建成6GW、2030年建成近40GW電解綠氫產(chǎn)能的發(fā)展目標(biāo)。

國(guó)際投資銀行高盛全球投資研究部門(mén)最近發(fā)布的報(bào)告《清潔氫革命》則認(rèn)為，清潔氫是全球?qū)崿F(xiàn)凈零排放路徑的關(guān)鍵和各國(guó)能源結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵支柱，依靠清潔氫路徑可以減少全球溫室氣體排放量的15%(二氧化碳排放量的20%)。報(bào)告稱，全球范圍內(nèi)超過(guò)30個(gè)國(guó)家推出氫戰(zhàn)略和路線圖，承諾到2030年時(shí)，清潔氫的裝機(jī)容量比2020年增加400倍以上，并保障綠氫的年均增長(zhǎng)速度提高50倍。

我國(guó)綠氫發(fā)展方興未艾

在綠氫火炬之前，我國(guó)綠氫開(kāi)發(fā)就已初露端倪。

2020年1月，全球第一個(gè)規(guī)模化太陽(yáng)燃料合成示范項(xiàng)目于蘭州新區(qū)試車(chē)成功。該項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)之一就是中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)李燦團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的高效、低成本、長(zhǎng)壽命規(guī)模化電催化分解水制氫技術(shù)。當(dāng)年10月，全球首套“液態(tài)陽(yáng)光加氫站”一體化裝置示范成功。2021年底，中國(guó)第一個(gè)萬(wàn)噸級(jí)光伏綠氫示范工程在新疆庫(kù)車(chē)正式啟動(dòng)。

2020年12月21日，我國(guó)發(fā)布了《新時(shí)代的中國(guó)能源發(fā)展》白皮書(shū)，提出加速發(fā)展綠氫制、儲(chǔ)、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(chē)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，支持能源各環(huán)節(jié)多場(chǎng)景儲(chǔ)能應(yīng)用，著力推進(jìn)儲(chǔ)能與可再生能源互補(bǔ)發(fā)展。

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)石油深圳新能源研究院院長(zhǎng)鄒才能介紹，早在2012年，中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院(以下簡(jiǎn)稱中石油勘探院)就率先組建了納米技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，“這支團(tuán)隊(duì)在金旭博士的帶領(lǐng)下，超前開(kāi)展了能源新材料與技術(shù)的攻關(guān)研發(fā)。2017年，他們開(kāi)始聚焦電解水與光解水兩條技術(shù)路線，經(jīng)過(guò)5年的研發(fā)和儲(chǔ)備，已經(jīng)初步具備產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。”2020年，該單位又重新組建了一支20余人的氫能技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，專業(yè)從事綠氫的制備、高效儲(chǔ)運(yùn)和特色場(chǎng)景應(yīng)用等技術(shù)攻關(guān)。

根據(jù)預(yù)測(cè)，要實(shí)現(xiàn)2030年碳達(dá)峰目標(biāo)，我國(guó)氫氣的年需求量將達(dá)到3715萬(wàn)噸;在2060年實(shí)現(xiàn)碳中和，氫氣的年需求量將達(dá)到1.3億噸，其中可再生能源制氫(綠氫)規(guī)模有望達(dá)到1億噸。

中石油勘探院新能源中心有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，中石油勘探院將繼續(xù)加強(qiáng)綠氫基礎(chǔ)研究支撐力度，做好電解水制氫、光解水制氫、固體儲(chǔ)氫和固體氧化物燃料電池等基礎(chǔ)技術(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)攻關(guān)，引導(dǎo)推動(dòng)綠氫業(yè)務(wù)有序發(fā)展;制定綠氫項(xiàng)目發(fā)展規(guī)劃，繼續(xù)開(kāi)展光電催化劑、電解槽體、固體金屬儲(chǔ)氫等產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，提高光電催化、轉(zhuǎn)化效率，降低設(shè)備造價(jià)成本;形成系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，促進(jìn)綠氫規(guī)模化發(fā)展。

“我們爭(zhēng)取盡快在油田設(shè)立光伏電解水制氫工業(yè)化示范項(xiàng)目，加強(qiáng)在氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的布局規(guī)劃，將自主研發(fā)的技術(shù)與實(shí)際相結(jié)合，探索‘產(chǎn)、學(xué)、研’模式，開(kāi)展示范應(yīng)用，形成中國(guó)石油自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的完整氫能技術(shù)體系。”上述負(fù)責(zé)人說(shuō)。

還需跨過(guò)技術(shù)、成本多門(mén)檻

對(duì)中石油勘探院而言，點(diǎn)燃北京冬奧會(huì)唯一綠氫火炬只是開(kāi)始，同樣，中國(guó)的綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展也尚處于起步階段。

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(chéng)此前在接受媒體采訪時(shí)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。

這亦是業(yè)內(nèi)專家的共識(shí)。

在技術(shù)方面，王誠(chéng)認(rèn)為，應(yīng)推進(jìn)堿性電解槽規(guī)?；茪涫痉稇?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(dòng)可再生能源的工程技術(shù)難題，并大力開(kāi)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)。

而想要真正實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、商業(yè)化發(fā)展，高成本依舊是當(dāng)前電解水制氫技術(shù)發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)。據(jù)了解，電解水制氫的成本比煤、天然氣使用的蒸汽重整制氫和工業(yè)副產(chǎn)氣純化制氫高出2—3倍。

因此，為了推動(dòng)可再生能源制氫的發(fā)展，我國(guó)仍需要探索出一條切實(shí)可行的降本之路，目前廣東、四川等地已出臺(tái)相關(guān)政策，對(duì)可再生能源制氫項(xiàng)目予以優(yōu)惠電價(jià)政策支持。

在標(biāo)準(zhǔn)方面，去年初，中國(guó)氫能聯(lián)盟提出的《低碳?xì)?、清潔氫與可再生能源氫的標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)》正式發(fā)布實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo)歐洲依托天然氣制氫工藝為基礎(chǔ)推行的綠色氫認(rèn)證項(xiàng)目，建立了低碳?xì)?、清潔氫和可再生氫的量化?biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)體系，引導(dǎo)高碳排放制氫工藝向綠色制氫工藝轉(zhuǎn)變。