全產(chǎn)業(yè)鏈合力推動(dòng)綠氫加速發(fā)展

　　近日，由國務(wù)院國資委指導(dǎo)，中國石化主辦的氫能應(yīng)用現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展推進(jìn)會(huì)暨專家咨詢委員會(huì)成立大會(huì)召開，8家氫能鏈上企業(yè)作交流發(fā)言，與會(huì)專家咨詢委員會(huì)委員圍繞氫能制備技術(shù)進(jìn)展、氫能儲(chǔ)運(yùn)加裝備研發(fā)、工業(yè)用氫技術(shù)進(jìn)展、氫能交通發(fā)展等話題展開交流。本版刊發(fā)部分專家觀點(diǎn)，敬請(qǐng)關(guān)注。

　　氫能作為一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，具有能量密度大、零污染、零碳排等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)的“終極能源”。如今，發(fā)展氫能已經(jīng)成為全球主要經(jīng)濟(jì)體的重要能源策略之一，是現(xiàn)代能源體系的一顆新星。

　　攻關(guān)氫能制取和儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)

　　近年來，在“碳達(dá)峰、碳中和”的背景下，在減排目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下，氫能發(fā)展持續(xù)加快。國際氫能委員會(huì)聯(lián)合主席伯努瓦·波捷表示，氫能已成為許多經(jīng)濟(jì)體碳中和投資計(jì)劃的核心要素，全球范圍內(nèi)有大量氫能項(xiàng)目正在籌備中。根據(jù)國際能源署的預(yù)測(cè)，到2070年全球?qū)錃獾男枨髮⑦_(dá)到5.2億噸。

　　除了零污染，氫能本身的能源價(jià)值也不可小覷，其燃燒熱值是汽油的3倍、乙醇的3.9倍、焦炭的4.5倍。因此，氫能是未來國家能源體系的重要組成部分，也是用能終端實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體。

　　根據(jù)氫氣的來源，可以分為綠氫、藍(lán)氫、灰氫三種類型。綠氫在制備過程中可以實(shí)現(xiàn)零碳排放量，因此也被稱為最純正的綠色能源。其中，電解水制氫作為目前最重要的綠氫制備手段之一，備受世界各國關(guān)注。

　　中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員趙云指出，電解水制氫技術(shù)主要分為四種，分別是堿性電解水技術(shù)、質(zhì)子交換膜電解水技術(shù)、固體聚合物陰離子交換膜電解水技術(shù)和高溫固體氧化物電解水技術(shù)。傳統(tǒng)的堿性技術(shù)最大優(yōu)勢(shì)在于成本比較低，但存在產(chǎn)氫壓力低等問題；質(zhì)子交換膜技術(shù)可以消除傳統(tǒng)堿液等瓶頸，適應(yīng)波動(dòng)性的電力，但面臨成本高等難題。

　　趙云指出，制氫的成本主要由電價(jià)和系統(tǒng)成本兩部分組成。隨著可再生能源的進(jìn)一步發(fā)展，電力價(jià)格逐步走低，電解水制氫的成本將逐漸具有競(jìng)爭力。相較于傳統(tǒng)堿性技術(shù)，質(zhì)子交換膜技術(shù)更加簡單，制氫壓力也更高。對(duì)于質(zhì)子交換膜技術(shù)而言，存在最大的挑戰(zhàn)是降低其中貴金屬用量以實(shí)現(xiàn)控制成本，并且密封結(jié)構(gòu)也要進(jìn)一步升級(jí)，以適應(yīng)高壓工作環(huán)境。

　　從“制—儲(chǔ)—運(yùn)—用”氫能產(chǎn)業(yè)全鏈條來看，上游制氫之后的下一步任務(wù)是中游儲(chǔ)運(yùn)?，F(xiàn)階段的氫能儲(chǔ)運(yùn)路線分為三種：短途的運(yùn)輸，要靠壓縮儲(chǔ)氫；長途的國際氫交易，主流方式是把氫變成氨；長途大流量的輸氫，則需要管道運(yùn)輸。

　　如何提升氫能儲(chǔ)運(yùn)的技術(shù)能力，在儲(chǔ)運(yùn)流程中降低成本，解決安全性、效率方面的技術(shù)難題，成為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的堵點(diǎn)。

　　“目前，大規(guī)模清潔制氫多集中在距離城市較遠(yuǎn)的地區(qū)，因此需要安全高效的大規(guī)模氫的儲(chǔ)運(yùn)方式，氫能儲(chǔ)運(yùn)已成為制約氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?！鄙虾＝煌ù髮W(xué)氫科學(xué)中心副主任鄒建新說。

　　對(duì)于氫能的儲(chǔ)運(yùn)材料方面，鄒建新指出，鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫具有低成本、高容量、高純度的優(yōu)勢(shì)，我國鎂資源儲(chǔ)量豐富，約占全球已采量的90%，因此材料成本較低；鎂基材料在常見材料中儲(chǔ)氫密度最高，可以采用多種方式放氫；在技術(shù)方面，鎂基儲(chǔ)氫合金具有反應(yīng)相對(duì)簡單、無副產(chǎn)物且控制性良好的優(yōu)勢(shì)。此外，鎂基儲(chǔ)氫合金材料易于回收且回收率高，屬于對(duì)環(huán)境友好的合金材料。

　　不過，鎂基儲(chǔ)氫材料也存在表面易被氧化導(dǎo)致吸放氫效率降低，以及在長期循環(huán)使用過程中易發(fā)生衰減等問題。鄒建新認(rèn)為，這兩個(gè)問題可以用在鎂顆粒表面形成催化點(diǎn)位和第二相分散來解決。目前，年產(chǎn)10噸的氫化鎂粉末生產(chǎn)線已在上海建成，年產(chǎn)100噸的多孔鎂基儲(chǔ)氫顆粒生產(chǎn)線已在新鄉(xiāng)建成，基于鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的備用電源已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，第一代噸級(jí)鎂基固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫車將于近期發(fā)布。

　　拓展氫能工業(yè)和交通應(yīng)用新局面

　　氫能產(chǎn)業(yè)鏈下游是氫的綜合應(yīng)用。氫氣不但可廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電子、醫(yī)療等領(lǐng)域，還可以通過氫燃料電池或氫內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)化為電能和熱能，覆蓋社會(huì)生產(chǎn)生活的方方面面。到2060年，我國氫能需求預(yù)計(jì)達(dá)1.3億噸，其中工業(yè)需求占主導(dǎo)地位，占比約60%。

　　寶武清潔能源有限公司氫能技術(shù)總監(jiān)饒文濤指出，中國占世界鋼產(chǎn)量的一半以上，鋼鐵行業(yè)是承擔(dān)碳減排的主力軍。在鋼鐵用氫方面，氫冶金的推進(jìn)與普及將會(huì)極大影響目前國內(nèi)外的氫氣供給格局。增大用氫量是低碳冶煉的根本途徑，以氫代碳不但可以大幅減少二氧化碳的排放，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，還可以減少煤中雜質(zhì)對(duì)冶煉的影響，獲得高純凈鐵水。

　　鋼鐵行業(yè)對(duì)綠氫的需求將大規(guī)模增加，以寶武集團(tuán)為例，2億噸鋼產(chǎn)量全氫冶金的年用氫量將達(dá)到154萬噸。因此，綠氫的產(chǎn)量和價(jià)格將是鋼鐵行業(yè)用氫量的決定性因素。隨著大批綠氫項(xiàng)目的開工，在綠氫產(chǎn)品不斷優(yōu)化升級(jí)的同時(shí)，綠氫價(jià)格有望持續(xù)下降。根據(jù)彭博社的預(yù)測(cè)，2026年為綠氫價(jià)格的拐點(diǎn)，綠氫成本將有望低于藍(lán)氫。

　　饒文濤相信，鋼鐵生產(chǎn)工業(yè)具備全流程用氫的條件，而用氫技術(shù)會(huì)產(chǎn)生大量對(duì)新裝備的需求，包括氫壓縮機(jī)、氫燃燒器、氫氣管閥等。氫能的應(yīng)用將給冶金裝備制造業(yè)帶來大量商機(jī)。

　　除了工業(yè)領(lǐng)域，交通運(yùn)輸領(lǐng)域作為能源高度依賴性行業(yè)，能源清潔化轉(zhuǎn)型發(fā)展是大勢(shì)所趨。據(jù)統(tǒng)計(jì)，交通運(yùn)輸領(lǐng)域碳排放約占我國碳排放總量的10.4%，位居前三。當(dāng)前我國交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模及運(yùn)輸能力正處于快速提升階段，如何實(shí)現(xiàn)降碳成為亟待破解的困局，是值得探討的課題。

　　“中國石化積極在氫能交通方面開展實(shí)踐?！敝袊瘓F(tuán)公司高級(jí)專家王維民說。

　　交通用氫制備方面，中國石化規(guī)劃推進(jìn)集中式綠氫供應(yīng)，研究建設(shè)烏蘭察布至北京的綠氫長輸管道，結(jié)合市場(chǎng)需求，在沿線再布局一批加氫站。結(jié)合區(qū)域資源稟賦，探索在遼寧、廣東、四川等地區(qū)建設(shè)開展站內(nèi)電解水制氫、甲醇制氫、天然氣制氫、氨分解制氫等制氫加氫一體化項(xiàng)目。交通用氫儲(chǔ)運(yùn)方面，開展微網(wǎng)輸氫、高壓氫氣儲(chǔ)運(yùn)、液氫儲(chǔ)運(yùn)的研究和推廣工作。加氫網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，以“3+2”（北京、上海、廣東+河南、河北）氫燃料電池汽車示范城市群和氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展意愿較強(qiáng)的地區(qū)為重點(diǎn)，中國石化已經(jīng)在燕山石化、廣州石化、高橋石化等建成1.4萬噸/年的燃料電池氫供應(yīng)中心，建設(shè)油氫合建站，規(guī)劃“十四五”加氫能力約12萬噸/年。高速公路氫走廊方面，適度超前落地城市間氫能走廊，構(gòu)建跨區(qū)域連通的氫能高速公路示范線，培育更多的貨運(yùn)車、重卡車等加氫車輛。

　　2023年2月15日，我國首個(gè)甲醇制氫加氫一體站——大連盛港加氫站正式投用，站內(nèi)設(shè)置甲醇橇裝制氫系統(tǒng)，相比加氫站傳統(tǒng)用氫方式，成本可降低20%以上。

　　截至目前，中國石化在全國已建成加氫站數(shù)量超過350座，約占全球總數(shù)的40%，位居世界第一。國內(nèi)“氫能走廊”初見雛形，油氫混合站網(wǎng)絡(luò)初具規(guī)模。

　　把舵綠氫產(chǎn)業(yè)鏈未來發(fā)展新方向

　　當(dāng)前，在有關(guān)部委的指導(dǎo)推動(dòng)下，氫能產(chǎn)業(yè)版圖拓展轟轟烈烈，已有超過40家中央企業(yè)布局氫能產(chǎn)業(yè)鏈。

　　制氫方面，中國石化、國家能源集團(tuán)、航天科技集團(tuán)等在化石能源制氫及應(yīng)用方面優(yōu)勢(shì)突出，主導(dǎo)或參與了國內(nèi)絕大部分的綠氫項(xiàng)目。以中國石化綠氫項(xiàng)目為例：新疆庫車2萬噸/年綠氫項(xiàng)目正在加快建設(shè)；鄂爾多斯3萬噸/年綠氫項(xiàng)目已于2023年2月啟動(dòng)建設(shè)；烏蘭察布一期10萬噸/年綠氫項(xiàng)目將啟動(dòng)，所產(chǎn)綠氫通過建設(shè)“西氫東送”工程輸送至燕山石化，可就近供應(yīng)京津冀地區(qū)氫能交通及工業(yè)用氫需要。

　　儲(chǔ)運(yùn)方面，國家電投、中國建材等在部分車用儲(chǔ)氫容器的材料、技術(shù)、裝備處于示范階段，中國石化純氫管道輸送技術(shù)趨于成熟。加氫站方面，中國石化累計(jì)發(fā)展加氫站98座，國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)占有率超30%，成為全球擁有、運(yùn)營加氫站數(shù)量最多的企業(yè)；中國石化、國家能源集團(tuán)、國機(jī)集團(tuán)均已完成壓縮機(jī)、加氫機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)。同時(shí)，東方電氣集團(tuán)、中國一汽、東風(fēng)公司等布局燃料電池商用車裝備制造。

　　對(duì)于氫能產(chǎn)業(yè)鏈的未來方向，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高認(rèn)為，要以綠氫制備的商業(yè)價(jià)值為源頭，以多元化、大規(guī)模商業(yè)示范應(yīng)用為龍頭，拉動(dòng)綠色氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

　　歐陽明高指出，氫能的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)都在于產(chǎn)業(yè)鏈長，每一個(gè)環(huán)節(jié)都有很多技術(shù)，面臨多元化的困境?！皻淠芟到y(tǒng)集成技術(shù)需要適合中國國情的集中式氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)?！备鶕?jù)國際長時(shí)儲(chǔ)能委員會(huì)分析，未來可再生能源10%的發(fā)電量需要經(jīng)過長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)長周期轉(zhuǎn)移。中國需要1.5萬億千瓦時(shí)的長時(shí)儲(chǔ)能，其中大部分需要?dú)鋬?chǔ)能解決。

　　我國要實(shí)現(xiàn)氫能技術(shù)從跟跑到領(lǐng)跑的跨越，需要打通地上的生產(chǎn)、地下的儲(chǔ)存、摻輸一體、多途徑利用的綠氫工業(yè)技術(shù)鏈。因此，氫能產(chǎn)業(yè)鏈上企業(yè)要加快綠氫工業(yè)體系建設(shè)，來支撐氫能中國的戰(zhàn)略目標(biāo)。

　　中國科學(xué)院院士、中國石油集團(tuán)公司新能源首席專家鄒才能認(rèn)為，我國不適合照搬歐洲的“氫電模式”，早期需結(jié)合天然氣管網(wǎng)及基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)勢(shì)，發(fā)展“氣氫融合”模式。“綠氫是新能源革命中的一匹黑馬，要像開發(fā)油氣田一樣建設(shè)綠氫大基地，油氣公司發(fā)展綠氫有先天獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)?！?/p>

　　在鄒才能看來，現(xiàn)階段氫能技術(shù)存在“四大矛盾”：技術(shù)發(fā)展不充分與市場(chǎng)需求多樣化之間的矛盾、研發(fā)周期長投入大與產(chǎn)業(yè)短期收益之間的矛盾、成果轉(zhuǎn)化不通暢與產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模之間的矛盾、攻關(guān)力量碎片化與技術(shù)創(chuàng)新體系化之間的矛盾。這四大矛盾將影響我國氫能全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)的發(fā)展，需要系統(tǒng)解決。

　　此外，中國工程院院士曹湘洪強(qiáng)調(diào)了管控氫能產(chǎn)業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)的重要性。“要像管控天然氣安全一樣管控氫氣安全。”隨著新的氫能應(yīng)用場(chǎng)景紛沓而至，氫能安全風(fēng)險(xiǎn)管控也迎來新的挑戰(zhàn)。例如在制氫過程中，如何做好各類大規(guī)模電解水制氫裝置和大規(guī)模儲(chǔ)氫裝置的安全防控；在氫氣運(yùn)輸過程中，如何規(guī)避高壓氣瓶運(yùn)輸中氫氣裝瓶、車輛行駛、氫氣卸車全過程的安全風(fēng)險(xiǎn)等。

　　曹湘洪表示，要系統(tǒng)開展氫能安全技術(shù)研究，修訂和完善氫能安全國家標(biāo)準(zhǔn)體系，從氫能全產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀和發(fā)展對(duì)氫能安全管控的要求出發(fā)，建立氫能系統(tǒng)各種設(shè)備、管道管件、閥門、儀器、儀表等的檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)。建設(shè)氫能設(shè)施檢測(cè)檢驗(yàn)技術(shù)研究院技術(shù)要求高、資金投入大，需要專業(yè)素質(zhì)高的專門人才隊(duì)伍。建議大型國企主動(dòng)擔(dān)當(dāng)，國家和地方政府對(duì)檢測(cè)檢驗(yàn)技術(shù)研究院要有支持和扶持政策。（洪晨曦）

　　轉(zhuǎn)自：中國石化報(bào)

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