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张久俊院士:促氢能快速发展需关注这几点

日期:2021-11-16    来源:中国化工信息周刊

国际氢能网

2021
11/16
08:42
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关键词: 张久俊 清洁能源制氢 电解水制氢

随着全球能源转型步伐的加快,近几年氢能发展备受关注。未来氢能发展的重点是什么?有哪些前沿技术有待突破?我国发展氢能要做好哪几项功课?近日,上海大学可持续能源研究院院长、加拿大皇家科学院院士,加拿大工程院院士张久俊教授接受了记者的专访。

可再生能源电解水制氢是发展方向

有人预言,氢能将成为人类的终极能源,您如何看待这一说法?

【张久俊】这个说法并不准确。能源总体可分为两大类,一类是不可移动的能源,也就是我们常说的有线的能源,另一类是可移动的能源,就是在汽车、手机里用的能源。实际上人类最需要的是可移动的电源。作为一种二次能源,氢能是可移动能源的介质。从这个角度说,氢能是人类未来可移动的终极能源之一。

我国氢能发展取得了哪些成就?还有哪些卡脖子技术有待突破?

【张久俊】中国的氢能作为燃料的发展历经了20多年,人们对相关技术进行了系统化的大量研究。大连物化所的衣宝廉院士团队在氢能利用的燃料电池方面做了很多研究工作,所以从整个技术层面来讲,目前中国氢能发展和国外差别并不是很大。最近一两年,国内的技术水平进步非常快,只是在一些关键的环节上,关键部件和关键材料仍存在一定差距。不过国内已有很多公司在进行技术和产业化攻关,我相信很快就可以赶超国际先进水平。

“十四五”期间国内氢能产业发展的重点应该放在哪儿?

【张久俊】氢能的发展重点,是要利用太阳能、风能等可再生能源来电解水,产生氢气。目前光伏行业在国内发展得非常快,也非常成熟。但光伏和风能是一种波动的能源,与天气状况有关,很难直接发电以后将电能稳定地输入到大电网中去,所以用这些能源产生的电能来制备氢气,可以将电能储存到氢里,使用起来就方便多了。除此之外,产生的氢气可用来驱动燃料电池。目前国内已有大规模的示范项目在做,我相信在“十四五”期间,中国会在这方面取得骄人的成绩。

您现在比较关注哪些前沿技术的攻关?

【张久俊】我一直在关注氢能和燃料电池相关的技术。在电解水方面,我主要关注两个方面:一是燃料电池的逆过程来电解水,这是电解水领域的一个前沿技术,能量效率可以达到80%~90%,可以大幅节约能耗。目前该技术产业化方面还有瓶颈:一方面难以做到规模化生产,另一方面电池寿命达不到预期。二是高温固态氧化物电池,这是一种高温燃料电池,它的逆过程也可以电解水,效率相对较高。

同时,我们要有一个长期发展的目标,就是实现光辅助电解水,这也是人类永恒的追求。比如说在一个容器中加入水和催化剂,当太阳光直接照射到其中时,在催化剂的作用下,水可以分解成氢气与氧气。目前这种方法转化效率很低,不足10%。还可以通过光电化学方法以及光伏-电解池耦合的方法制氢。

另外,国际上目前还在研究高温光解水制氢,这也属于光辅助电解水制氢,比如将光聚焦到某一个点上,这个点温度可达1500摄氏度,将催化剂置于此点上,水在该处可瞬间分解,生成氢气和氧气。

相比之下,现在通用的工业化的碱性电解水制氢技术能耗比较高,能量效率在30%~40%,如果加上采煤发电的过程,效率就更低了。

燃料电池是氢能高效利用的最优选择

今年8月份国家出台了绿电交易试点的工作方案,对氢能未来的发展会产生哪些影响?

【张久俊】应该说会产生巨大的影响。主要因为氢是能源的携带者,我们在产氢的过程中就要考虑到下一步怎么利用氢。我个人的观点是氢转变成能量的过程不能用烧的方法。如果通过内燃机将氢转化为能量的话,会受到卡诺循环的限制,效率很低,并且有NOx的排放。最好是通过燃料电池将氢转变为电。

不过在很多特殊的场合,直接让氢燃烧产生热也是可行的。氢分为灰氢、蓝氢和绿氢三种,燃料电池中使用的纯度要高达99.999%,绿氢可以达到这个纯度,而前两种氢纯度不高,将其进一步提纯需要消耗能量,这时就可以考虑通过内燃机转化。但我想信未来主要的方法还是通过燃料电池来利用氢。

现在国内氢燃料电池是否大部分应用在燃料电池车上?

【张久俊】绿氢的应用主要是两种途径,一种是作为车的燃料,一种是作为发电的燃料。国内目前主要还是用在燃料电池车上,氢能发电产业还没有做起来,进行研究的人不多,但这将是一个热门产业。国内光伏产业正在快速发展,将来可能会产生很多氢,燃料电池不能完全消耗,这就需要开拓其他的应用途径。因此,燃料电池发电技术的产业化至关重要。

燃料电池车推广还面临哪些问题?

【张久俊】燃料电池的成本是一个最大的问题,业内正在积极攻克这一瓶颈,尤其是燃料电池里的一些关键部件国产化,将燃料电池价格降下来。另外,加氢站的普及也会影响到燃料电池车的发展。

制定氢能战略需考虑三项因素

工信部曾表示,将配合有关部门制定我国氢能发展战略,在制定这样的国家战略时,要重点考虑哪些因素?

【张久俊】一是要考虑技术的成熟度。二是要考虑怎样把科技力量真正地调动起来,尤其是怎样将研究单位和工业界更加紧密地结合起来,继而疏通整个的产学研链条。三是要考虑给予强有力的政策支持。任何高科技的发展,在其起始阶段都要有政府来扶持,靠个人或者是基金投入是不够的。

提到政府支持,其实现在各地也出台了很多支持氢能发展的政策,甚至出现了投资过热的现象,您怎么看待这一问题?

【张久俊】一方面,大家还需要冷静地看待目前存在的技术以及资金上的瓶颈;另一方面,不能一味地发展氢能,忽略了传统能源的发展,顾此失彼。任何新事物发展都要符合科学规律,要逐步地取代,尤其在科技方面。


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