-“绿氢”迎来春天?三大问题仍待解决
来源:科技日报
作者:刘 霞
发布时间:2021-01-19
浏览次数:898
-“绿氢”迎来春天?三大问题仍待解决

据国外媒体报道,德国联邦教研部1月13日发表公报说,该部门将投资约7亿欧元支持3个氢能重点研究项目,以解决德国发展氢能经济过程中的技术障碍,落实《国家氢能源战略》。该战略提出,“绿氢”具有可持续性,应支持扩大“绿氢”市场。

  德国雄心勃勃的“绿氢”战略只是全球合奏“绿氢”交响曲中浓墨重彩的一个乐章。路透社在去年12月份的报道中指出,2020年,“绿氢”成为多国首选的未来绿色燃料,一年内全球宣布了总额超过1500亿美元的“绿氢”项目。

  “绿氢”的春天真的到来了吗?清华大学核能与新能源技术研究院氢燃料电池实验室主任王诚教授接受科技日报记者采访时指出:“‘绿氢’要想‘飞入寻常百姓家’,必须改善和提升相关技术,制定相关标准,而且,也需要相关政策予以护航。”

  “绿氢”引多国“竞折腰”

  氢气燃烧的产物是水,因其环境友好性被誉为“终极能源”,被视为解决能源资源问题和环境危机的途径之一。

  王诚解释称,现在氢主要从天然气或煤炭中提取,被称为“灰氢”,提取过程每年排放8.3亿吨二氧化碳;把二氧化碳通过捕集、埋存、利用,从而避免大量排放的氢,被称为“蓝氢”;但最佳方案还是使用可再生能源对水进行电解提取的氢,即“绿氢”。

  2020年全球多国宣布重金投资氢能产业。过去一年里,全球宣布了总额超过1500亿美元的“绿氢”项目。据挪威吕斯塔德能源公司估计,目前总共有超过70吉瓦(1吉瓦=10亿瓦)的此类项目正在开发之中,到2040年可能会需要2500亿美元的投资。

  据王诚介绍,去年7月,欧盟发布《欧盟氢能源战略》,将“绿氢”作为欧盟未来发展的重点。该战略计划到2030年使氢能成为欧盟能源体系内一个重要组成部分,建成40吉瓦的电解制“绿氢”产能,将“绿氢”产量提升至1000万吨。王诚说:“预计未来10年,欧盟各国的氢能产业投资规模将达到数百亿欧元。”

  德国高度重视“绿氢”能源,将其视为德国能源转型成功的关键能源载体。《国家氢能战略》提出38项具体措施,涵盖氢的生产制造和应用等多个方面。据德国每日新闻网1月14日报道,在上述战略框架下,德国此次推出的这三个项目名为“H2Giga”“H2Mare”和“TransHyDE”,分别探索解决电解槽批量生产、海上风能制氢和氢气安全运输问题,预计未来4年将有200多个合作伙伴参与其中。

  在亚洲,日本、韩国已加快氢能布局规划。日本于2017年12月公布了《基本氢能战略》,该战略的最终目标是走向无二氧化碳排放制氢,特别是通过可再生能源制氢,形成整个生命周期的零碳排放,实现氢能与其他燃料的成本平价。

  王诚说:“我国也在‘绿氢’这一未来能源赛道上不断发力。2020年12月21日,我国发布了《新时代的中国能源发展》白皮书,提出加速发展‘绿氢’制、储、用等氢能产业链技术装备,促进氢能燃料电池技术链、氢燃料电池汽车产业链发展。支持能源各环节多场景储能应用,着力推进储能与可再生能源互补发展。”

  技术单一、产能小、成本高是“拦路虎”

  “目前,化石燃料制取的‘灰氢’仍占全球氢气产量的90%以上,‘绿氢’制取还存在技术单一、产能小、成本高等瓶颈问题。”王诚一针见血地指出。

  王诚说,“绿氢”的主要制取方法有结合可再生能源的电解水制氢、光催化分解制氢、热化学法制氢、生物制氢等。电解水制氢技术相对较成熟,主要包括碱性电解槽、固体聚合物电解质(SPE)电解槽和固态氧化物电解池(SOEC)三种电解装置,其中碱性电解槽是目前能运用于大容量系统的有效技术,但产能低,且电解槽的耐久性、可靠性仍有很大改善空间。此外,在成本方面,制取一公斤氢气约需60度电,“绿氢”的价格主要与可再生电力成本相关,可再生电力度电成本必须降到0.2元以下才与“灰氢”成本相当。

  路透社在报道中指出,制约“绿氢”发展的另一个主要障碍是氢的远距离运输。液化氢必须冷却到-253℃才能装运,为解决这一问题,日本川崎重工业公司将在2021年初建成全球首艘液化氢运输船。而运输以液态氨形式储存的化合氢要容易得多,只需将它冷却到-33℃。因此,世界上大多数大型氢出口项目都在考虑运输绿氨。

  对此,王诚表示:“作为‘绿氢’的化合储存介质,绿氨的运输十分便利,但考虑‘绿氢’的能源利用效率,应提升氢—氨—氢的转换效率,并发展氨分解制氢的大容量装备、纯化技术以及与终端产品的系统集成技术,逐步使绿氨储氢环节融入氢能大产业链。”

  技术创新、标准制定和政策支持缺一不可

  王诚指出,为进一步促进“绿氢”的发展和应用,应在改善相关技术、制定标准和政策等方面发力。

  王诚认为:“在技术方面,应推进碱性电解槽规模化制氢示范应用,进一步提升其实用性,研发SPE/SOEC等新型电解水制氢技术,攻关电解水制氢系统柔性耦合间歇、波动可再生能源的工程技术难题,并大力开发光催化分解制氢、热化学法制氢、生物制氢、核能制氢等制氢新技术。”

  在制定相关标准和评价体系方面,王诚强调说:“化石能源制氢、电解水制氢、工业副产氢等不同工艺生产氢的碳排放量不同,如何在能源国际贸易大背景下确定不同工艺碳排放标准,建立国际化的‘绿氢’量化标准及评价体系迫在眉睫,这有利于引导高碳排放制氢工艺向绿色制氢工艺转变,并促进‘绿氢’跨国贸易。”

  在政策方面,王诚建议我国应对“绿氢”的生产销售进行补贴或奖励,提高“绿氢”供给侧的积极性。而且,随着“绿氢”规模的增长,“绿氢”将成为碳排放市场中重要的交易内容,生产“绿氢”的企业还可以对碳排放配额进行交易。这样在政策和市场的双重鼓励下,“绿氢”将迎来更好的发展环境。



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