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“氢能源时代”正奔赴而来,你准备好了吗?

日期:2021-11-26    来源:网易

国际氢能网

2021
11/26
13:33
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关键词: 氢能 氢燃料 双碳目标

中国首批进口的140辆丰田Mirai氢能源车,正在从大连口岸陆续通关登陆,它们专门用于服务国内段的奥运圣火传递,以及整个2022年北京冬奥会。预计冬奥会期间的大部分服务车辆为氢燃料动力车,而不是以特斯拉为代表的纯电车。

一直以来,以节能减排著称的电动车就这么突如其来地被取代了吗?

代表着科技前沿的世界首富马斯克在2020年6月在tweeter上公开表示:fuel cells= fool sells(燃料电池=愚蠢的交易)。事实果真如他所说吗?

氢能源车,还是锂电池车?

锂电池电动车的电池生产过程,以及电力来源都对环境造成了破坏,仅仅依靠电动车零尾气排放实现节能减排的效果,对于2030年的碳达峰,2060年的碳中和目标,可以说是杯水车薪。

作为电动车行业领头羊,特斯拉的超充从30%-50%,需15分钟,充满则需要1小时。此次冬奥会引进的丰田Mirai,加氢5分钟,续航859公里,相对于特斯拉model3 充电1小时,续航569公里。氢能源车优势跃然而出。

若要提高锂电池电池容量就要增加电池体积和重量,以及提高充电技术。而受车辆自身体积所限,增加电池体积就意味着牺牲车内空间。 再者,提高充电技术也并非易事。早在燃油车问世之前,爱迪生在1912年就发明了电动车,正是由于当时使用的铅酸电池的种种不便,才使得人们后来转而选择燃油动力。

相对于纯电车,氢能源车具有更快的传输速度、更富裕的储物空间,更长久的行驶里程的优势。

一汽首次将氢燃料内燃机应用在红旗车上

既然氢能源浑身闪着耀眼的光,为什么早先的人类不曾使用呢?

利用氢能源的想法并非横空出世

早在1937年,在德国的兴登堡,一艘被注满氢燃料的飞船,在一片火光四溅中黯然坠落,自此,对氢燃料的使用也变得充满争议而充满狐疑。

到了80年代,前苏联政府,甚至启用了一架氢能驱动的客机,这架氢能源客机在起飞后的第21分钟便草草收尾。

由此可以看出,尽管人们很早就发现,氢燃料可以创造低碳奇迹,但是由于尚待破解的技术壁垒,还无法真正将它融入、应用在人类生产、生活中。

氢能源——能源界的一朵“白莲花”

当下的气候变化正在引发新一波的氢能源热潮。不同于可产生能源的化学燃料:石油、煤炭等,氢能是最佳的能源载体,如同电池储存电量一样,同理,氢能可以储存这些化学燃料产生的能源。氢能必须要被生产出来。

虽然氢能作为世界上最清洁的可再生能源之一,它在释放能量的过程中没有碳排放,但生产氢能的过程却并不是100%“零碳”。根据不同氢能源生产方式所产生的碳排放量差异,我们将氢能源分为:

灰氢:燃烧化石燃料(石油、天然气、煤炭等)时产生的氢气,在燃烧过程会排放出二氧化碳排放。灰氢的生产成本低,制氢技术简单。目前,全球市面上氢气还是以灰氢为主导(占比约95%)。

蓝氢:同是利用化石能源制造,但配以“碳捕获及储存(CCUS)技术”,相对于灰氢,蓝氢的生产过程在相当大程度实现了低碳排放。

绿氢:利用再生能源(太阳能、风能、核能等)制造出的氢气。例如通过光能发电进行电解水制氢,绿氢的生产过程,完全没有碳排放。绿氢是制造氢能的最理想形态,受目前技术和制造成本所限,大规模实现绿氢应用还需要时间。

关于光伏的一个的相关使命是,通过绿电将市面的灰氢转换成绿氢,从而改变氢的属性和碳的属性,这也是双碳目标框架下,我国光伏产业领头羊隆基股份在未来与氢能源的关系。

我们知道:氢能在转化为电和热的过程中,只产生水,并不产生温室气体或细粉尘。氢能来源广泛、清洁无毒、相同质量下的氢所含热量约是汽油的3倍,这也是早先人们利用氢能来发射飞船的主要原因。 此外,由于氢能还可以被气态、液态、甚至固态化,当氢能在-263℃达到液态时,它的体积会减少至原先的1/800。以上种种,使得氢能有着生态友好、高利用率、方便储运的竞争优势。

氢能的“不可为”

对于氢能源对未来实现双碳目标的贡献我们虽然信心满满,但我们同时要明白,在当前掌握的技术前提下,氢能仍然存在很多的“不可为”。

氢从海上来?!由于海上具有丰富的再生能源(水资源、光能、风能),海上制氢有其特有优势。随之而来的问题是:海上氢能基础设施搭建将面临一系列需要解决的技术难题。至于海上制氢过程,是先将海水淡化,再制氢?又或者科技的未来发展会带来由海水直接制氢的技术?从而省却海水淡化的环节与成本?

一些大型能源巨头和石油国们企图不借助“碳捕捉技术”,使用天然气来生产氢能源,但实际上,这种方式并无法实现我们的脱碳目标。

一些欧洲国家想要通过管道传输方式,将氢能源运送至他们国家, 然而目前的管道运输技术还不能解决氢气作为可燃气体所存在的安全隐患。我们知道,中国从俄罗斯进口的原油走的是西伯利亚到大庆的输油管道,阀门一开,石油像自来水流出一样,源源不断从俄罗斯流向大庆,俄罗斯输出到欧洲的石油也是如此运作。由此可见,液化能源的运输成本低,一根管道就能解决,同时液化也是最好的储能形式。如何将生产出来的氢能源成规模地进行液化,再利用管道将其运输,这或许也是氢能源未来要解决的一个技术问题。

随着大量资本和技术研究的投入,关于氢能源应用的技术壁垒会越来越少,氢能源的应用领域也正在不断地被开拓。

随着双碳目标的逐步实现,氢能源在未来有哪些应用场景?

了解氢能的特有属性后,作为普通人,我们最为关注的是:随着氢能进入终端能源,当氢能实现大规模广泛应用时,它会在未来,给人类的工作、生活场景带来哪些改变,或是提供怎样的便捷,这才是我们普通人关心的重中之重!

放眼全球,氢能源正以全新的发展态势逐步融入到各个领域当中,众多发达国家如英国、法国、德国、日本、韩国都有其国家层面的氢能源计划。全球有超过350个氢能源大型项目正在投入建设中。 预计到2030年相关累计投资金额将达到5000亿美元,到2050年,可达60000亿美元。而当下,氢的年销额是1500亿美元,其中主要来源是工业加工(包括生产肥料)。

我们国家也将氢能源作为最重要的清洁能源写进了“十四五规划”当中。中石化集团作为世界第一大炼油公司、世界第三大化石公司,也是我们国内第一家提出“碳中和时间表”的企业。中石化计划“十四五规划”期间建设1000座加氢站,今年目标要建成运行100座。打造中国第一的氢能公司,为国家实现“碳达峰”、“碳中和”目标提供重要支撑。中石化当下目标是对氢能全产业链进行系统的布局。不久的将来,我们加氢会像加汽油一样方便。中石化正在着眼于实现提供氢、气、油、电,综合性的终端能源服务站。

除了将交通氢能化之外,氢能源还可以在很多细分领域大展身手。 在钢铁的生产过程中,风能无法替代大量排放污染物(占全球8%)的炼焦煤,但氢能可以做到,只需要借助一种“直接还原法”。瑞典Hybrit公司,在2021年8月已经售出了世界上第一批用此方法生产出的绿色钢铁。

另一个细分领域是商业运输,特别是当行驶路程超出电动车的电池里程时,氢能源优势格外凸显。美国的Cummins公司,正在研究如何将氢燃料应用于航空与航运。法国的Alstom公司,正致力于实现在未来欧洲铁路轨道上行驶氢能源驱动火车。

日常生活中,氢能源有望与天然气相结合,用以生火、做饭,以实现大量减碳排放;每年我国北方地区的冬季取暖都会耗费几亿吨散煤,从而产生大量碳污染,如能直接使用氢能,或按照一定比例配合天然气使用,将大大降低碳排放或直接实现零碳排放。

新型电力系统中,氢能起到压舱石的作用,由于风能、光能、都是间歇性能源,因此在储能上具有一定不稳定性,而氢能最佳能源载体,可以改善、甚至解决电力系统在储能方面的不稳定性,缩小用电时段的高峰和低谷差,等等。

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