三问氢能

  “未来,不仅要发展好氢能,更要发展好氢经济。”在11月16日举行的2022中国国际石化大会分论坛未来能源大会上,与会专家、研究学者、行业代表热烈讨论了我国能源转型给石化化工行业带来的发展机遇和未来能源的发展趋势,并一致肯定了氢能在未来能源体系中的重要地位,提出了发展氢能的技术路线图。

  为什么是氢能?节能减排的必然选择

  中国电建海外事业部副总经理、党工委副书记,中国电建集团国际工程有限公司党委副书记、董事、总经理陈观福表示,在各个国家的减排措施中,发展可再生能源成为普遍选择,氢能的受青睐程度也节节攀升。

  氢能缘何从众多可再生能源中脱颖而出,成为未来能源的主角?

  对此,全国工商联新能源商会专业副会长兼秘书长曾少军表示,原因主要有两方面。首先,氢能属于零排放能源,在氧气中燃烧的产物只有水;其次,氢能的能量密度高,在所有可再生能源中,只有氢能的能量密度可与传统化石能源抗衡。

  “氢能不仅是未来能源,更是通向未来的能源。”电动汽车百人会氢能委员会主任、山东氢古新能源技术研究院院长张真指出,氢能是现代能源体系的枢纽。作为战略性新兴产业,氢能可与传统产业实现融合发展,共同推进绿色高质量发展,比如与产业链上游的能源、新材料、装备制造领域,产业链下游的绿色金融、碳市场等,都能形成非常好的联动,未来将带动10万亿级的新兴产业规模。预计到2050年,中国氢能的需求量将达到6千万吨。对于突破氢能发展面临的瓶颈,必维国际检验集团中国大工业事业群氢能业务总监刘忠勇认为,一是要安全可靠,提高相关装备、设施的安全性;二是要质量可控,这决定了氢能行业发展能走多远;三是成本可用,要能与传统能源的价格媲美。

  如何获得氢能?发展生物制氢技术

  清华大学核能与新能源技术研究院教授、中美生物燃料联合研究中心执行主任李十中谈道,目前即使是非绿氢能的生产成本也要达到28~43元/千克,储运成本在30元/千克左右。高企的成本,以及加氢站等基础设施的配套程度,都限制了氢能的发展。他指出,我国的生物制氢技术处于国际领先水平,如果能将每年还田的秸秆和可开发的盐碱地用于发展生物制绿氢,不仅能有效地解决成本高、储运难、碳排放高等问题,而且有利于发展形成具有中国特色的氢能供应体系。

  “目前,生物制氢主要有生物甲烷制氢、生物炭制氢和生物乙醇制氢3种方法,而我国在这3方面都具有一定的发展优势。”李十中谈道,首先,国内生物甲烷制氢技术发展迅速,按照国内生物甲烷的产生量为1500亿~2000亿立方米/年计算,至少可以生产6000万吨绿氢。其次,在生物炭制氢产业链方面,我国相关技术已处于国际领先水平,1吨秸秆可生产416千克纸、80千克木糖、30千克醋酸和360千克生物炭。如果用这种技术将每年还田的4亿吨秸秆用于生物碳制氢,至少可以生产4000万吨绿氢。再者,清华大学已研制出镍基水滑石催化剂,不仅解决了贵金属催化剂成本较高的问题,同时将生物乙醇制氢的转化率提高到99%以上,氢气收率也达到90%。更重要的是,相较于电解水制氢,生物乙醇制氢节约设备占地面积,每千克氢能的成本在32.5元左右,在可接受范围内。未来,可将生物乙醇制氢设备引进到现有的加油站内直接使用,有助于解决氢能发展过程中的基础设施难题。

  “除现有的大量秸秆,我国还有15亿亩盐碱地,其中5亿亩可进行开发利用。若将这些土地用于种植耐旱、耐盐碱的作物,就能同时解决‘饭碗’和‘能源’两个问题。”李十中表示。

  怎么发展氢能?贯通上下游实现规模化

  “目前,单从技术指标来看,我国已与世界先进水平基本持平,但是整个工程化能力还有所欠缺,而且还需要更多时间来验证现有技术的可行性。”张真说道。

  对于氢能如何实现规模化、工程化发展,多位与会专家给出了相同的答案:搭建绿电—绿氢—绿氨产业链。

  “氨既是氢能载体,也是零碳燃料,在构建‘氢能社会’方面有望发挥重要作用,加快发展集绿氨产业、氢能产业及可再生能源产业于一体的‘零碳循环’产业链,对保障国家能源安全和社会经济可持续发展有重要意义。”中国石油和化学工业联合会副会长李彬说道。

  “绿氢的发展离不开绿电,绿氢的大规模开发利用,取决于可再生能源发电技术的进步、系统效率的提升以及综合成本下降等因素。氢能产业链上下游要合力贯通绿电—绿氢—储运—新应用产业链。”陈观福说道。

  中国化学工程集团有限公司投资事业部副总经理韩红梅表示,绿氢在生产绿氨时的效率是最高的,绿氨作为化学品再利用时的效率也是最高的。合成氨下游应用场景是丰富且发达的,关键是绝大部分下游应用场景是氮、氢两种元素同时向下游转化,搭建绿氢、绿氨产业链有非常大的发展空间。

  “做好这个工程化方案的关键在于做好两个衔接,一个是从电到氢的衔接,另一个是从氢到氨的衔接,也就是要有合适的制氢技术和合成氨装置。同时,还要采取辅助手段来缓冲这两个衔接环节的波动性,比如在第一个衔接处尽量采用大电网、绿电交易的方式来辅助维持电网的平衡和稳定;在第二个衔接处,可通过设置中间储罐进行缓冲,以降低对合成氨装置的复合波动。此外,为保障电能的稳定供应,也可适当加配储能设备。目前,绿电—绿氢—绿氨的产业模式尚处于发展的初始阶段,要着重考虑在绿氨的高质化应用领域树立产品标签。”韩红梅建议。

  李十中表示,绿氢制绿氨的产品收率与煤制合成氨的产品收率基本持平,大约1.4吨原料产1吨产品。当下,全球大约已有20个绿电—绿氢—绿氨项目正在规划建设中。未来,国内有关企业要着力实现此产业模式的工程化。

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