SOFC技術將是實現雙碳目標的又一“利器”

 

2020年，在第75屆聯合國大會上，習近平總書記提出“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”的目標。要實現這個目標，最重要的途徑之一就是改變我國的能源技術結構。

 

截至目前，我國發電總量近六成依舊是煤炭火力發電貢獻的。傳統火電是基于煤炭燃燒加熱水蒸氣，推動蒸汽輪轉動，帶動發電機發電，能量轉換效率低（30——40%）、二氧化碳（CO2）排放量大。

 

近年來，我國在推動新能源汽車產業發展進程中成績顯著，2021年，我國以電動汽車為代表的新能源乘運車占全球市場份額的53%。然而，電動汽車的電能來源于電網，在沒有改變能源技術結構之前，由于新能源電動汽車使用的電能主要來源于電網，追溯至源頭依舊是“不夠清潔”的。

 

在此背景下，全球都在探索新型高效清潔的能量轉換技術。

 

燃料電池技術是繼水力、火力和核能之后的第四代發電技術。燃料電池通過電化學反應將燃料中的化學能直接轉換成電能，就像一位老掌柜“精打細算”地利用好每一粒燃料分子，將燃料分子中的電子直接取出來供給用電側，這個過程比“一股腦”的燃燒更加可控、充分，能量轉換效率自然會更高，排放物也會更加清潔。

 

 

固體氧化物燃料電池（SOFC），也稱作陶瓷燃料電池，它工作在600——1000℃的高溫下，所以反應活性極高。在所有燃料電池構型中，它的能量轉換效率是最高的（發電效率可達65%）。

 

此外，它還具有安靜無噪音、綠色低排放、燃料來源廣泛等諸多優點。因此，越來越多的國家提升了對SOFC技術的關注度和重視度，并陸續投入了大量資金進行該項技術的研發。

 

我們經常聽到的氫燃料電池一般特指質子交換膜燃料電池（PEMFC）。這是由于該構型的燃料電池只能用純氫氣（H2）作為燃料。GB/T37244-2018《質子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》指出，車用純氫單一雜質含量需要滿足：CO≤0.2ppm（千萬分之二）。

 

也就是說，如果燃料中一氧化碳（CO）含量高于0.2ppm（千萬分之二）就可能導致電池損壞。相比之下，SOFC更加強大。因為在高溫下，燃料的氧化動力學問題被改善，除了氫氣，SOFC還可以采用天然氣、合成氣（CO、H2等混合氣）、生物質氣（如沼氣）等為原料，也可以采用煤制氣、煤層氣、頁巖氣、工業副產氣等為原料，促使傳統化石能源轉化效率提升，降低CO2排放，實現化石能源的清潔高效利用。因此，SOFC也被譽為“吃粗糧的大力士”。

 

2022年1月24日，在中共中央政治局就努力實現碳達峰、碳中和目標集體學習會上，習近平總書記指出 “推動能源革命，要立足我國能源資源稟賦，堅持先立后破，通盤謀劃”“要狠抓綠色低碳技術攻關，加快先進適用技術研發和推廣應用。”在我國“富煤、缺油、少氣”的能源資源稟賦下，SOFC技術為煤炭的清潔高效利用提供了重要思路。

 

除了煤炭等化石能源的高效清潔利用外，SOFC在數據中心冷電聯供、船舶電源、沼氣垃圾填埋氣發電、醫院酒店分布式發電等場景都有重要應用，能源利用效率高達85%以上。

 

SOFC正向運行可以發電，逆向運行即為固體氧化物電解池（SOEC）。

 

隨著風能、太陽能等可再生能源裝機容量不斷上升，發電與負荷不匹配產生的棄電問題會越來越嚴重。SOEC可以通過電解水（H2O）制氫，把這部分原本浪費掉的電能儲存到氫氣中，電解效率高達85%——95%，遠高于其他電解水技術。

 

據權威數據顯示，預計2050年我國電解水制氫裝備市場規模可以超過7000億元。2022年3月23日，國家發改委發布了《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》，著重提到固體氧化物電解水制氫的技術攻關。

 

據美國Bloom Energy公司統計，全球SOFC、SOEC市場規模將達2萬億美元。

 

SOFC技術作為最前沿，最高效的燃料電池技術，也是公認的開發難度最高的燃料電池技術，即使在全球范圍內，也很少有企業有能力突破。

 

三環集團自2004年開始從事SOFC研發與生產，長達18年的持續投入和技術攻關，使三環集團成為全球SOFC產業鏈的核心環節之一。

 

隨著SOFC系統的成功研發，三環集團掌握了從材料到單電池，再到電堆，最后到系統的研發和生產能力，貫穿了SOFC的全技術鏈條。

 

能源是人類文明進步的重要物質基礎和動力，攸關國計民生和國家安全。SOFC技術既能實現煤炭、天然氣等化石能源的高效低碳利用，還能實現氫能的綠色高效利用，是從“實現碳達峰碳中和目標”到“保障國家能源安全”的無雙利器。

 

現如今，我國步入構建現代能源體系的新階段，SOFC技術在推動能源革命進程中必將發揮重要作用。