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人类如何拥抱氢能时代?八个思考构建“氢能帝国”
时间:2023-05-05 11:29:23 点击次数:

氢是什么?为什么氢会成为我们关注的焦点?

氢气球、航天航空领域一直作为燃料使用的液氢大家都很熟悉。不过,自然界里是没有单独存在的氢,氢必须从水、化石燃料等含氢物质中取得。

根据氢能的形成过程,一般将氢能分为灰氢、蓝氢与绿氢。灰氢主要是通过煤炭、天然气等化石燃料燃烧产生的氢气,在生产过程中会有二氧化碳等排放。目前,市面上绝大多数氢气是灰氢,约占当今全球氢气产量的95%。蓝氢,是指采用了碳捕集措施的化石能源制得的氢气,碳排放强度大幅度降低。绿氢,则是指利用可再生能源分解水得到的氢气。

氢气是一种非常清洁的能源,无色、无味、无毒,电化学反应后只产生水,完全零排放,并且可以循环使用。

氢能是全球能源转型发展的重要载体

碳中和已成为全球共识,氢能是全球能源转型发展的重要载体。按为积极应对全球气候 和环境变化挑战,满足《巴黎协定》温控目标要求,国际各主要经济体加快了能源绿色低碳 转型进程,全球碳中和已达成共识,欧洲、北美、日韩均规划 2050 年前实现碳中和。我国 规划 2030 年前达到峰碳值,2060 年实现碳中和。从目前的能源结构来看,仍是以煤炭为主, 能源系统本质上为碳氢系统,氢比例越高,能源越干净、热值越高,因此从高碳燃料向低碳 燃料转变,最终答案指向完全不含碳的氢能,而氢气来源广泛、热值高、清洁无碳,被誉为 “21 世纪终极能源”。

氢能具备来源多样、清洁低碳、灵活高效、应用场景丰富等优势,被誉为“21 世纪的 终极能源”。氢能具多点特性,在碳中和背景下,战略意义突出。1)来源多样:作为一种二 次能源,氢能可以通过化石能源重整、生物质热裂解、微生物发酵、工业副产气、电解水等 方式制取;2)清洁低碳:氢能转化为电与热时产物为水,且不排放温室气体或细粉尘,生 产的水还可继续制氢,循环使用,真正实现低碳甚至零碳排放;3)灵活高效:氢热值高, 是同质量焦炭、汽油等化石燃料的 3-4 倍;4)应用场景丰富:可作为燃料电池发电,用于 汽车、航空等交通领域,亦可作为燃料气体或化工原料投入生产,此外,可以作为储能介质 平抑可再生能源波动。

人类如何拥抱氢能时代?八个思考构建“氢能帝国”

我国着力布局氢能产业 发展潜力逐渐释放

正是由于氢气是一种非常清洁的能源,发展氢能被看做是清洁能源转型和实现碳中和的重要路径。近几年,我国着力布局氢能产业,氢能产业发展潜力正在逐渐释放。

自2019年,我国氢产业驶入了发展快车道。2022年3月23日,国家发展改革委、国家能源局印发了《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,提出要建立“1+N”政策体系,明确氢能战略定位,部署产业发展重点任务。

截至2022年底,我国各地方政府发布氢能政策超300项,政策类型多方面,支持方向以氢能交通应用向跨行业耦合应用场景拓展。与此同时,企业也积极行动起来,当前,已有超过三分之一的中央企业在氢产业链上布局发展,覆盖了煤炭、电力、石油天然气、核能等各个重要的能源领域。

《中国油气产业分析与展望蓝皮书(2022—2023)》显示,2022年,全球部署的加氢站数量达到814座,中国共建成投运加氢站274座,同比增加25.7%,位居世界第一,占全球的33.7%。

八个思考构建“氢能帝国”

氢能并不是一个新东西,从1766年左右卡文迪什发现了氢之后,人类用氢已经100多年,争论了50多年。在卡文迪什之前,很多专家已经在用氢了,但是当时他们没有提炼出纯净的氢,没有给它下定义。直到1766年,卡文迪什最后定义什么叫氢,元素周期表的第一个,它的重量,它的密度,它的气态,它的气味,它的基本性质。

氢能是广泛的概念,有固体、液体、气体,用途都是不一样的,所以我们必须要更高维度来看它。徐参事归纳了氢能八个方面的作用:

第一,要理解氢能在我国能源革命中的地位和作用;第二,氢能在双碳工作中的地位和作用;第三,氢能在构建新型电力系统中的地位和作用;第四,氢能在现代化工业体系中的地位和作用,两年前徐参事就提出钢铁工艺要用氢能。第五个,氢能在现代化交通体系中的地位和作用;第六,氢能在现代化农业体系的地位和作用;第七,氢能在构建现代化社会中的地位和作用;第八,氢能在保障民生中的地位和作用。

徐参事甚至了解了到长三角氢能研究院院长带队和农民在研究氢能和农业的事情,他对氢能的关注眼界非常宽,他认为这八个思考将推动我们打造建设中国的“氢能帝国”。

我国从1967年开始研究燃料电池,衣宝廉院士在上世纪90年代便造出了燃料电池面包车。近年来我国氢能和燃料电池技术发展很快,燃料电池成本大幅下降、核心零部件基本实现国产化、燃料电池系统性能不断提高,氢能在很多领域的应用都有了突破,包括燃料电池飞机和氢内燃飞机都已经实现首飞,固态储氢也开始商业化应用,甚至通过二氧化碳+氢气采用高压电实现了人类第一次合成淀粉。

更重要的是,中国拥有大量的工业副产氢和可再生能源。本次能源革命本质上是能源从资源产业转变为科技制造业,作为制造大国的中国,已经成为全球最大的光伏、风电和电动汽车制造大国,也有条件打造一个氢能和绿色能源帝国。

人类如何拥抱氢能时代?八个思考构建“氢能帝国”

今天的不可能,明天的理所当然

当今氢能的利用和发展,充分展示人类是有意识、自觉地、主动地保护环境、应对气候变化、拯救地球,坚持走可持续发展道路的决心和意志。

“科学无尽的前沿,视野无尽的扩展,人类的进化,认识无尽的未来与氢能的明天,我们不要说不可能,昨天的不可思议,今天的理所当然;今天的不可思议,明天的理所当然。”徐参事说:未来真正改变世界的不是某项技术,而是生态体系,人类从发明电到电慢慢地使用,整整花了50年;这一次ChatGPT看起来很近,实际上从1946年就开始了,只是1946年计算机发明以后没有累积成一个生态系统,所以当时没有人能够预期到它辉煌的明天。

氢能经过上百年的发展,核心关键技术已经突破,氢能产业化的生态正在构建,目前最大的阻力来自利益集团和政策、标准,中国氢能的发展将打破电力部门的垄断,但就可再生能源载体来说,输氢比输电更加便宜,未来所有的可再生能源都要让它变成氢,就地消纳、就地发电、就地利用,大电网很难解决储能的问题,现在的储能不能解决跨区域跨时间的储能问题,所以,可再生能源变成氢将占很大的比例。

氢能可以做到什么时候需要就什么时候发电,有了氢能后根本改变电力行业的规律,现在的电力系统是即发-即送-即用,未来是即用-即送-即发,靠什么呢?靠储能、靠氢。现在人们对氢的看法有两种,一种是终极能源,一种是核聚变(氢的同位素),也是氢的应用,所以,我们要拥抱氢能的时代。

以蒸汽机为特征的机械化、以电动机为特征的电气化、以计算机为特征的信息化、以路由器为特征的网络化、以大数据为特征的智能化是人类社会的五个发展阶段。数字经济时代,要打造的将是以可再生能源为基础的,以数字能源为主体的数字能源帝国。它包括风光帝国、氢能帝国、数字光电帝国等,可以统称为绿能帝国和永续能源帝国。发展可再生能源将走向一个健康友好的低碳绿色的未来。

对于当前国内政策引导定位燃料电池服务于商用汽车这件事,徐参事认为不应该是领导来选择,而应该是由市场来选择,包括技术的成熟度、市场的认可度、装备的可靠度应该让市场来选择。“氢能帝国”创新靠技术,创意创新靠市场。

徐参事说,人类要拥抱氢能时代,对于未来,不是未来干什么,而是现在干什么,才会有未来。氢气未来的成本将降到微乎其微,比石油更便宜。

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