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2021-01-19 11:10:48
“綠氫”的春天來了？技術單一、產能小、成本高是“攔路虎”
2021-01-19 11:10:48 來源: 科技日報
據國外媒體報道，德國聯邦教研部1月13日發表公報說，該部門將投資約7億歐元支持3個氫能重點研究項目，以解決德國發展氫能經濟過程中的技術障礙，落實《國家氫能源戰略》。該戰略提出，“綠氫”具有可持續性，應支持擴大“綠氫”市場。
德國雄心勃勃的“綠氫”戰略只是全球合奏“綠氫”交響曲中濃墨重彩的一個樂章。路透社在去年12月份的報道中指出，2020年，“綠氫”成為多國首選的未來綠色燃料，一年內全球宣布了總額超過1500億美元的“綠氫”項目。
“綠氫”的春天真的到來了嗎?清華大學核能與新能源技術研究院氫燃料電池實驗室主任王誠教授接受科技日報記者采訪時指出：“‘綠氫’要想‘飛入尋常百姓家’，必須改善和提升相關技術，制定相關標準，而且，也需要相關政策予以護航。”
“綠氫”引多國“競折腰”
氫氣燃燒的產物是水，因其環境友好性被譽為“終極能源”，被視為解決能源資源問題和環境危機的途徑之一。
王誠解釋稱，現在氫主要從天然氣或煤炭中提取，被稱為“灰氫”，提取過程每年排放8.3億噸二氧化碳;把二氧化碳通過捕集、埋存、利用，從而避免大量排放的氫，被稱為“藍氫”;但最佳方案還是使用可再生能源對水進行電解提取的氫——即“綠氫”。
2020年全球多國宣布重金投資氫能產業。過去一年里，全球宣布了總額超過1500億美元的“綠氫”項目。據挪威呂斯塔德能源公司估計，目前總共有超過70吉瓦(1吉瓦=10億瓦)的此類項目正在開發之中，到2040年可能會需要2500億美元的投資。
據王誠介紹，去年7月，歐盟發布《歐盟氫能源戰略》，將“綠氫”作為歐盟未來發展的重點。該戰略計劃到2030年使氫能成為歐盟能源體系內一個重要組成部分，建成40吉瓦的電解制“綠氫”產能，將“綠氫”產量提升至1000萬噸。王誠說：“預計未來10年，歐盟各國的氫能產業投資規模將達到數百億歐元。”
德國高度重視“綠氫”能源，將其視為德國能源轉型成功的關鍵能源載體。《國家氫能戰略》提出38項具體措施，涵蓋氫的生產制造和應用等多個方面。據德國每日新聞網1月14日報道，在上述戰略框架下，德國此次推出的這三個項目名為“H2Giga”“H2Mare”和“TransHyDE”，分別探索解決電解槽批量生產、海上風能制氫和氫氣安全運輸問題，預計未來4年將有200多個合作伙伴參與其中。
在亞洲，日本、韓國已加快氫能布局規劃。日本于2017年12月公布了《基本氫能戰略》，該戰略的最終目標是走向無二氧化碳排放制氫，特別是通過可再生能源制氫，形成整個生命周期的零碳排放，實現氫能與其他燃料的成本平價。
王誠說：“我國也在‘綠氫’這一未來能源賽道上不斷發力。2020年12月21日，我國發布了《新時代的中國能源發展》白皮書，提出加速發展‘綠氫’制、儲、用等氫能產業鏈技術裝備，促進氫能燃料電池技術鏈、氫燃料電池汽車產業鏈發展。支持能源各環節多場景儲能應用，著力推進儲能與可再生能源互補發展。”
技術單一、產能小、成本高是“攔路虎”
“目前，化石燃料制取的‘灰氫’仍占全球氫氣產量的90%以上，‘綠氫’制取還存在技術單一、產能小、成本高等瓶頸問題。”王誠一針見血地指出。
王誠說，“綠氫”的主要制取方法有結合可再生能源的電解水制氫、光催化分解制氫、熱化學法制氫、生物制氫等。電解水制氫技術相對較成熟，主要包括堿性電解槽、固體聚合物電解質(SPE)電解槽和固態氧化物電解池(SOEC)三種電解裝置，其中堿性電解槽是目前能運用于大容量系統的有效技術，但產能低，且電解槽的耐久性、可靠性仍有很大改善空間。此外，在成本方面，制取一公斤氫氣約需60度電，“綠氫”的價格主要與可再生電力成本相關，可再生電力度電成本必須降到0.2元以下才與“灰氫”成本相當。
路透社在報道中指出，制約“綠氫”發展的另一個主要障礙是氫的遠距離運輸。液化氫必須冷卻到零下253℃才能裝運，為解決這一問題，日本川崎重工業公司將在2021年初建成全球首艘液化氫運輸船。而運輸以液態氨形式儲存的化合氫要容易得多，只需將它冷卻到零下33℃。因此，世界上大多數大型氫出口項目都在考慮運輸“綠氨”。
對此，王誠表示：“作為‘綠氫’的化合儲存介質，綠氨的運輸十分便利，但考慮‘綠氫’的能源利用效率，應提升氫—氨—氫的轉換效率，并發展氨分解制氫的大容量裝備、純化技術以及與終端產品的系統集成技術，逐步使綠氨儲氫環節融入到氫能大產業鏈。”
技術創新、標準制定和政策支持缺一不可
王誠指出，為進一步促進“綠氫”的發展和應用，應在改善相關技術、制定標準和政策等方面發力。
王誠認為：“在技術方面，應推進堿性電解槽規模化制氫示范應用，進一步提升其實用性，研發SPE/SOEC等新型電解水制氫技術，攻關電解水制氫系統柔性耦合間歇、波動可再生能源的工程技術難題，并大力開發光催化分解制氫、熱化學法制氫、生物制氫、核能制氫等制氫新技術。”
在制定相關標準和評價體系方面，王誠強調說：“化石能源制氫、電解水制氫、工業副產氫等不同工藝生產氫的碳排放量不同，如何在能源國際貿易大背景下確定不同工藝碳排放標準，建立國際化的‘綠氫’量化標準及評價體系迫在眉睫，這有利于引導高碳排放制氫工藝向綠色制氫工藝轉變，并促進‘綠氫’跨國貿易。”
在政策方面，王誠建議我國應對“綠氫”的生產銷售進行補貼或獎勵，提高“綠氫”供給側的積極性。而且，隨著“綠氫”規模的增長，“綠氫”將成為碳排放市場中重要的交易內容，生產“綠氫”的企業還可以對碳排放配額進行交易。這樣在政策和市場的雙重鼓勵下，“綠氫”將迎來更好的發展環境。
科技日報記者 劉霞
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