2020年9月碳達峰、碳中和目標提出后，全國掀起減碳降碳的熱議。氫能是一種綠色、高效、應用廣泛的二次能源，對節(jié)能、提高能效，乃至能源結構轉型有積極作用。為此，中國工程院組織院士專家，針對《中國氫能源與燃料電池發(fā)展戰(zhàn)略研究》開展為期兩年多的論證。近日，相關成果發(fā)布。
專家們認為，氫能將在“雙碳”目標實施過程中發(fā)揮巨大作用。氫能不僅是能源，還是重要載體，能夠將傳統(tǒng)化石能源和可再生能源連接起來，實現(xiàn)二者平穩(wěn)過渡。
中國減碳難度更大
中國的能源結構“一多三少”，煤比較多，油氣、非化石能源、核能占比較少。目前，以煤為基礎的能源利用形式轉化效率不高，油氣供應安全形式嚴峻，大規(guī)模可再生能源近期還很難全面替代煤炭，此外，二氧化碳資源化回收及高值化利用技術不足。對比歐美日等國家，中國核電占比小，這意味著中國減碳難度更大。
利用清潔的可再生能源正成為更多國家的選擇，各國氫能發(fā)展各具特色。不同發(fā)展目標決定不同技術路線和發(fā)展模式，日本發(fā)展氫能主要是解決國家的能源安全問題，澳大利亞主要發(fā)展氫貿易，歐洲為了解決工業(yè)脫碳，美國主要是固定式發(fā)電，韓國主要發(fā)展氫燃料電池汽車。
國人對氫能的認識也在不斷進步。從最初對氫能的制備技術、成本、安全等問題存在諸多爭議，到工業(yè)制備技術成熟，氫成為能源重要的補充能源；到前不久《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》發(fā)布，將氫能作為中國能源的重要組成部分。
實現(xiàn)氫能利用需解決卡脖子難題
如何利用氫能？我國能源稟賦等現(xiàn)狀的特殊性決定無可借鑒先例可循。
結合我國實際，按能源消費的工業(yè)、交通、建筑和電力四大領域來說，氫能有不同的應用技術，潛力巨大。
氫能與可再生能源耦合，讓可再生能源的不穩(wěn)定輸出得到吸納，解決“棄風棄光”問題，有望大幅提高可再生能源在能源結構中的比例；氫可運輸?shù)奶攸c，可實現(xiàn)分布不均衡的可再生資源的再分配；大型清潔煤制氫，將成為煤炭清潔高效利用以及優(yōu)質廉價煤開發(fā)利用的重要發(fā)展方向；氫能與電能耦合，可增加電力系統(tǒng)的靈活性，彌補電力不可存儲的問題。實現(xiàn)不同能源網(wǎng)絡間的協(xié)同優(yōu)化，提升能源使用效率。
目前，世界上純氫的產(chǎn)量超過7000萬噸，中國是世界上最大的產(chǎn)氫國，主要利用煤制氫。氫的生產(chǎn)上，中國與國際水平相當，但氫能產(chǎn)業(yè)裝備制造等方面相對滯后，相關核心設備主要依靠進口，與美歐日韓差距有拉大的趨勢。
儲運上，目前以氣氫為主，主要沿用國外技術手段，液態(tài)儲氫尚未應用到民用領域，固態(tài)儲氫國內基本處于研發(fā)階段。車輛運輸氫氣的效率低、成本高，2020年儲運占氫能成本的70%左右，更高壓及大規(guī)模管道運輸在技術、標準等方面仍存在較大障礙。氫能不便于存儲、液化成本高等難題限制了氫能的遠距離輸送。雖然國家出臺了諸多政策推進“氫進萬家”，但要尊重市場的經(jīng)濟，要把燃料電池的制作成本大幅度降下來。
此外，應用端上，燃料電池關鍵部件、測試裝備有較大追趕空間。可以說，“卡脖子”難題分布在氫能產(chǎn)業(yè)的多個環(huán)節(jié)，急需打破國外技術封鎖。
三步走推動氫能產(chǎn)業(yè)應用
盡管面臨氫源、成本等問題，但不可否認，相關技術正在快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界正積極努力解決氫能源與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的難點與痛點問題。未來10-20年將是我國氫能源與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要機遇期，需緊密聯(lián)系我國能源發(fā)展實際，從戰(zhàn)略、政策、技術、資金、國際合作等方面積極謀劃，通過改革創(chuàng)新破解發(fā)展難題，助力實現(xiàn)氫能源高質量發(fā)展。
實現(xiàn)氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，建議三步走。2021-2025年，能源經(jīng)濟屬性決定目前以化石能源制氫為主，重點突破固體氧化物燃料電池電堆及系統(tǒng)集成技術，提高效率，降低二氧化碳排放，同時完善我國可再生能源制氫技術鏈，建立綠色制氫試點示范項目，推動可再生能源制氫技術與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
2026-2035年，建立完善的氫能儲運、供應基礎設施網(wǎng)絡，大規(guī)模氫能儲運技術取得突破，基本建立以可再生能源制氫為基礎、工業(yè)副產(chǎn)氫等為輔的多元低成本氫能供應體系。同時實現(xiàn)50 兆瓦級二氧化碳近零排放的煤氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的自主設計、制造。
2036-2050年，形成高效低碳的氫能供給網(wǎng)絡，市場引領、價格調節(jié)、體制機制科學健全的高質量發(fā)展格局。以可再生能源制氫為絕對主體，各地根據(jù)資源與工業(yè)的發(fā)展情況，因地制宜地選擇供氫方案。多相態(tài)、多渠道氫能輸運網(wǎng)絡體系逐步形成。
從歷史角度來看，人類用能一直朝著低碳方向發(fā)展，從生物質到煤炭，從石油到天然氣，能源分子中碳原子所占比例逐漸降低，實現(xiàn)氫能大規(guī)模利用符合時代發(fā)展需要。但同時也要注意到，推動經(jīng)濟增長模式的綠色低碳轉型不會一蹴而就，氫能成為全球能源技術革命和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向需要時間。
