綠氫：純正的零碳新能源

 

 

北京冬奧會已落下帷幕，本屆冬奧會除了是一場冰雪盛宴外，還是一場氫能盛會。

 

與東京奧運會只是部分火炬使用氫燃料相比，北京冬奧會將火炬燃料全部替換為氫能，同時，北京冬奧會投入的氫燃料車輛數約為東京奧運會的兩倍。2月4日晚，在北京2022年冬奧會張家口賽區，由中國石油自主研發的綠氫還點燃了太子城火炬臺。這是本屆冬奧會唯一一個由綠氫點燃的火炬臺，更是冬奧近百年歷史上首支以綠氫作為燃料的火炬。綠氫，也因此走入了大眾視野。

 

 

什么是綠氫？

 

所謂綠氫，是指利用可再生能源分解水得到的氫氣，其燃燒時只產生水，從源頭上實現了二氧化碳零排放，是純正的綠色新能源，在全球能源轉型中扮演著重要角色。

 

專家解釋，雖然氫能是清潔的可再生能源，在釋放能量的過程中沒有碳排放，但目前生產氫能的過程卻并不是百分之百“零碳”。

 

氫元素在地球上主要以化合物的形式存在于水和化石燃料中，而氫能作為一種二次能源，需要通過制氫技術進行提取。目前，現有制氫技術大多依賴化石能源，無法避免碳排放。而根據氫能生產來源和生產過程中的排放情況，人們又將氫能分別冠以灰氫、藍氫、綠氫之稱。

 

灰氫，是通過化石燃料燃燒產生的氫氣，在生產過程中會有二氧化碳等的排放。目前，市面上絕大多數氫氣是灰氫，約占當今全球氫氣產量的95％。

 

藍氫，可以由煤或天然氣等化石燃料制得，在藍氫的制備過程中可以將二氧化碳副產品捕獲、利用和封存（CCUS），從而實現碳中和。雖然天然氣也屬于化石燃料，在生產藍氫時也會產生溫室氣體，但由于使用了CCUS等先進技術，溫室氣體被捕獲，減輕了對地球環境的影響，實現了低排放生產。

 

“綠氫是發展氫能的初衷。”國際氫能學會副主席、清華大學教授毛曾強曾強調，發展氫能就是為了能源的“去碳化”，只有通過無碳能源生產“綠色的氫”，才能實現這一目標。

 

由此可見，盡管所有“顏色”的氫都將在未來發揮作用，但歸根結底，綠氫是最具可持續性且真正無碳的，因此它也正成為全球氫能發展的焦點。

 

數據顯示，截至2020年底，全球已有約70個在建的綠氫項目，其中吉瓦（GW）級項目已超過20個。去年，歐洲還提出了2024年建成6GW、2030年建成近40GW電解綠氫產能的發展目標。

 

國際投資銀行高盛全球投資研究部門最近發布的報告《清潔氫革命》則認為，清潔氫是全球實現凈零排放路徑的關鍵和各國能源結構的關鍵支柱，依靠清潔氫路徑可以減少全球溫室氣體排放量的15%（二氧化碳排放量的20%）。報告稱，全球范圍內超過30個國家推出氫戰略和路線圖，承諾到2030年時，清潔氫的裝機容量比2020年增加400倍以上，并保障綠氫的年均增長速度提高50倍。

 

 

在綠氫火炬之前，我國綠氫開發就已初露端倪。

 

2020年1月，全球第一個規模化太陽燃料合成示范項目于蘭州新區試車成功。該項目的關鍵技術之一就是中國科學院院士、中國科學技術大學化學與材料科學學院院長李燦團隊開發的高效、低成本、長壽命規模化電催化分解水制氫技術。當年10月，全球首套“液態陽光加氫站”一體化裝置示范成功。2021年底，中國第一個萬噸級光伏綠氫示范工程在新疆庫車正式啟動。

 

2020年12月21日，我國發布了《新時代的中國能源發展》白皮書，提出加速發展綠氫制、儲、用等氫能產業鏈技術裝備，促進氫能燃料電池技術鏈、氫燃料電池汽車產業鏈發展，支持能源各環節多場景儲能應用，著力推進儲能與可再生能源互補發展。

 

中國科學院院士、中國石油深圳新能源研究院院長鄒才能介紹，早在2012年，中國石油勘探開發研究院（以下簡稱中石油勘探院）就率先組建了納米技術研發團隊，“這支團隊在金旭博士的帶領下，超前開展了能源新材料與技術的攻關研發。2017年，他們開始聚焦電解水與光解水兩條技術路線，經過5年的研發和儲備，已經初步具備產業化基礎。”2020年，該單位又重新組建了一支20余人的氫能技術研發團隊，專業從事綠氫的制備、高效儲運和特色場景應用等技術攻關。

 

根據預測，要實現2030年碳達峰目標，我國氫氣的年需求量將達到3715萬噸；在2060年實現碳中和，氫氣的年需求量將達到1.3億噸，其中可再生能源制氫（綠氫）規模有望達到1億噸。

 

中石油勘探院新能源中心有關負責人表示，中石油勘探院將繼續加強綠氫基礎研究支撐力度，做好電解水制氫、光解水制氫、固體儲氫和固體氧化物燃料電池等基礎技術重點、難點攻關，引導推動綠氫業務有序發展；制定綠氫項目發展規劃，繼續開展光電催化劑、電解槽體、固體金屬儲氫等產品開發，提高光電催化、轉化效率，降低設備造價成本；形成系列標準規范，促進綠氫規模化發展。

 

“我們爭取盡快在油田設立光伏電解水制氫工業化示范項目，加強在氫能全產業鏈的布局規劃，將自主研發的技術與實際相結合，探索‘產、學、研’模式，開展示范應用，形成中國石油自主知識產權的完整氫能技術體系。”上述負責人說。

 

 

對中石油勘探院而言，點燃北京冬奧會唯一綠氫火炬只是開始，同樣，中國的綠氫產業發展也尚處于起步階段。

 

清華大學核能與新能源技術研究院氫燃料電池實驗室主任王誠此前在接受媒體采訪時指出，為進一步促進綠氫的發展和應用，應在改善相關技術、制定標準和政策等方面發力。

 

這亦是業內專家的共識。

 

在技術方面，王誠認為，應推進堿性電解槽規模化制氫示范應用，進一步提升其實用性，研發SPE/SOEC等新型電解水制氫技術，攻關電解水制氫系統柔性耦合間歇、波動可再生能源的工程技術難題，并大力開發光催化分解制氫、熱化學法制氫、生物制氫、核能制氫等制氫新技術。

 

而想要真正實現規模化、商業化發展，高成本依舊是當前電解水制氫技術發展面臨的主要挑戰。據了解，電解水制氫的成本比煤、天然氣使用的蒸汽重整制氫和工業副產氣純化制氫高出2—3倍。

 

因此，為了推動可再生能源制氫的發展，我國仍需要探索出一條切實可行的降本之路，目前廣東、四川等地已出臺相關政策，對可再生能源制氫項目予以優惠電價政策支持。

 

在標準方面，去年初，中國氫能聯盟提出的《低碳氫、清潔氫與可再生能源氫的標準與評價》正式發布實施，該標準對標歐洲依托天然氣制氫工藝為基礎推行的綠色氫認證項目，建立了低碳氫、清潔氫和可再生氫的量化標準及評價體系，引導高碳排放制氫工藝向綠色制氫工藝轉變。