“發(fā)展氫能,尤其是發(fā)展燃料電池汽車,逐步改變我國交通運輸工具的能源結(jié)構(gòu)是一項龐大的社會系統(tǒng)工程?!薄鞍l(fā)展氫能及燃料電池汽車,是我國實現(xiàn)碳達峰、碳中和的重要戰(zhàn)略措施,是改變我國交通工具能源結(jié)構(gòu)的社會性系統(tǒng)工程。”在近日舉辦的中關(guān)村氫能發(fā)展論壇上,與會專家反復(fù)強調(diào)了氫能產(chǎn)業(yè)對我國能源低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要性。
但事實上,經(jīng)過數(shù)年發(fā)展,我國氫能產(chǎn)業(yè)雖在技術(shù)創(chuàng)新及政策環(huán)境等方面迎來一定突破,但始終未能得以大規(guī)模應(yīng)用。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,截至 2020 年底,我國建成加氫站 128 座,氫燃料電池汽車累計保有量達 7000 多輛,與此同時,氫燃料電池汽車的產(chǎn)銷量自去年開始一直未能恢復(fù)到可觀的水平。因此,如何激發(fā)下游市場需求、促進氫產(chǎn)業(yè)鏈的全面發(fā)展,讓氫能的應(yīng)用規(guī)模獲得質(zhì)的飛躍,是氫能行業(yè)需要持續(xù)面對的挑戰(zhàn)。
“氫替代”助力碳減排
中國工程院院士彭蘇萍指出,我國能源體系以化石能源為主,碳排放壓力巨大,同時,我國70%和40%以上的石油、天然氣對外依賴度現(xiàn)狀不能滿足最基本的能源安全需求?!耙獙崿F(xiàn)'碳達峰、碳中和'目標,就要把清潔能源的規(guī)模化和化石能源的清潔化結(jié)合起來。大力發(fā)展氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè),也是重要舉措。”
中國工程院院士曹湘洪表示,發(fā)展氫能能夠顯著減少化石能源的碳排放,提高化石能源使用效率。“例如在鋼鐵生產(chǎn)中,氫可以替代焦炭作為還原劑,實現(xiàn)從碳冶金到氫冶金的轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)顯示,全球平均每生產(chǎn)1噸鋼會排放1.8噸二氧化碳,相比傳統(tǒng)的碳冶金,氫冶金最高可減少85%以上的二氧化碳排放?!?/p>
氫能將推動我國能源結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)化石燃料向清潔低碳燃料轉(zhuǎn)變。中國電動汽車百人會發(fā)布的《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2020》預(yù)計,到2050年。氫能將占終端能源消費比例達10%,氫燃料電池汽車保有量3000萬輛,氫氣需求量6000萬噸,我國將進入氫能社會。
中國工程院院士干勇表示,目前,氫燃料電池的研發(fā)進展和水平都在穩(wěn)步推進中,而對于氫能產(chǎn)業(yè)在未來能否實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展,氫體系的建立尤為重要。在干勇看來,改變傳統(tǒng)的工程,配套設(shè)施跟進這種發(fā)展模式不行,氫的制、儲、運、加是一套新的配套系統(tǒng)工程,需提前布局。
安全風險可防可控
在氫能發(fā)展過程中,氫的易燃易爆特性引發(fā)擔憂,而這樣的擔憂也在間接阻礙氫能產(chǎn)業(yè)的順利發(fā)展。對此,曹湘洪表示,目前很多人擔心發(fā)展氫能的安全問題,但如果措施得當氫氣是完全可以安全利用的,從氫的物理化學性能來看,其安全風險甚至低于天然氣、汽油。
“氫氣使用過程中的安全風險是可防可控。在使用過程中,雖然存在氫氣泄漏引發(fā)著火爆炸等風險,但過往的燃爆危險性數(shù)據(jù)表明,氫氣的安全風險并不比天然氣和汽油大。”曹湘洪解釋稱,如果氫氣發(fā)生泄漏,氫將會向上擴散,在頂層積聚,而液化天然氣會在地面聚集,遇到明火的風險性更高。
曹湘洪指出,對于氫氣的安全風險防控有三個原則,首先是保證儲氫的壓力容器穩(wěn)定可靠,防止氫氣泄漏;其次是部署靈敏可靠的氫氣濃度傳感器和火焰檢測報警系統(tǒng),以便泄漏后及時發(fā)現(xiàn);最后,由于金屬材料在氫氣氣氛中,達到一定壓力會發(fā)生氫脆,隨即引發(fā)泄漏的事故,因此可根據(jù)運氫設(shè)備的壓力分布和氫氣濃度,選擇合適的材料,防止氫脆的發(fā)生。
需不斷完善技術(shù)支持系統(tǒng)
預(yù)計2050年,氫能終端能源消費占比將達到10%,氫能產(chǎn)業(yè)在近年來的經(jīng)驗累積中也取得了令人矚目的成果,但值得注意的是,氫能的應(yīng)用規(guī)模仍受局限。
“我國氫能產(chǎn)業(yè)的主要特征是,政府推動快速進步,煤制氫仍是主要的氫氣來源,民營企業(yè)是投資的主體,缺少核心技術(shù)和關(guān)鍵裝備,法規(guī)制度還有待完善。”曹湘洪指出,我國氫能及燃料電池汽車處于導入期,氫能產(chǎn)業(yè)呈快速起步態(tài)勢,一些關(guān)鍵技術(shù)、核心裝備仍落后于國際先進水平,因此必須圍繞產(chǎn)業(yè)鏈布局創(chuàng)新鏈,堅持問題導向,明確研究方向,加強產(chǎn)業(yè)鏈合作,夯實支持我國氫能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)。此外,對于不同副產(chǎn)氫高效低成本的純化技術(shù),前瞻性的電解水制氫技術(shù),以及固體氧化物電解水制氫技術(shù)等,都需要持續(xù)的研發(fā)創(chuàng)新。
干勇也指出,我國氫能產(chǎn)業(yè)中,70MPa儲氫瓶,壓縮機、加氫機、膜電極的噴注設(shè)備,以及燃料電池的系統(tǒng)檢測等,與國外相比差距較大。不過,干勇樂觀估計稱,如果持續(xù)加大技術(shù)投入與政策支持,未來兩三年之內(nèi),我國在這些領(lǐng)域的技術(shù)水平將與國外不相上下。
“總之,氫能開發(fā)利用是一項系統(tǒng)工程,必須有完整的、系統(tǒng)的技術(shù)支持,要針對我國存在的問題和差距,加大研發(fā)投入,開展協(xié)同創(chuàng)新,組織聯(lián)合攻關(guān),形成支持氫能開發(fā)利用的系列技術(shù)。”曹湘洪表示。
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