未來能源的主角會是“氫”嗎?
2019-05-31來源:新華網
        最近,青年汽車集團研制的“水氫發動機”火了,一時間,氫能再次走進大家的視野。

       人類的發展正在消耗著大量以煤炭、石油、天然氣為主的不可再生化石能源,導致二氧化碳排放量激增,全球環境污染和溫室效應日趨嚴重。尋找新的清潔能源迫在眉睫,以原子能、風能、水能、太陽能、氫能等為主的綠色能源逐漸進入人們的視野。氫是宇宙中最常見的元素,地球表面72%都覆蓋著水,水是由氫與氧組成,氫可以通過化石能源或電解水制取,是可再生能源。氫氣是密度最小的氣體,并且極易燃燒,液態氫可以做火箭燃料。而逐漸成熟的氫燃料電池更是氫能利用的明星產品。

       總之,氫能是低碳,甚至“零”碳排放,是未來人類最理想的替代能源之一,近年來備受關注。我國2019年《政府工作報告》提出,“推動充電、加氫等設施建設。”。這是氫作為能源首次寫入我國《政府工作報告》,對氫能在國內的推廣和應用具有里程碑式的意義。我國擁有龐大的制氫產能和應用需求,發展氫能將對我國的能源安全和環境保護產生哪些深遠的影響?未來“氫能社會”是怎樣的一幅全新景象?氫能將如何改變我們的生活?



       能源結構的轉換和優化有兩條路徑:第一個就是不可再生的化石能源一定要被可再生的綠色能源來替代;第二就是一個高碳向低碳過程的過渡。氫無疑是最好的一個元素,氫無毒、清潔、燃值高。古代人用木材來做能源,如果氫要和木材比的話,它的能量密度是木材的1000倍。后來人類又用煤來做能源,氫是煤能量密度的6.8倍。現在我們又用油和氣,氫是汽油的能量密度的3.3倍,是天然氣的3.4倍。所以氫的能量密度是最大的,最符合我們要選擇的一種清潔能源。

       氫燃料電池有哪些顛覆式應用?

       目前氫能或氫能的利用,特別是氫能在燃料電池汽車上的應用已經非常熱。經過一個小高潮期,氫燃料電池就是一個供電移動式的發電機,而且沒有熱循環,它可以把工作效率提到90%,發電效率是非常高的。

       氫怎么變成電?氫燃料電池恰恰它跟鍋爐、跟加熱沒關系,氫的發電機理沒有借助熱循環,就是氫在含鉑的催化劑下放出兩個電子,這兩個電子就流走了,就形成了電流。氫燃料電池在交通領域里應用的突破,我們應該感謝這些汽車工作者,是他們鍥而不舍,在完成氫在汽車中的應用過程中,做了大量的工作,最后使它工程化、商業化。

       現在日本的豐田已經向全世界供應了數千輛的乘用車和商用車,已經在正式運營。像奔馳、寶馬、豐田、本田全世界的著名企業們都聯合成立了一個氫能委員會,他們認為二十一世紀人類必須要進入氫時代,所以2050年左右要防止地球溫度上升兩度,必須要在能源結構中氫的比例要占到18%以上,這樣可以減少每年60億噸的二氧化碳的排放,而且氫本身供氫系統氫燃料電池的應用,是一個大的產業鏈,可以形成一個很大的產業領域,他們估計是2.5萬億美元,到2050年可以形成這么大的一個氫產業,還有三千萬人可以就業。

       氫除了在汽車上應用以外,在深海潛水,在無人機中,只要是移動器件需要動力的地方,氫燃料電池都可以用上去。高鐵大家都很熟悉,非常便利,但是它的致命弱點在電上。遇到什么自然災害一旦斷電,如果這列火車停在沙漠上沒有儲備的能源,人就可能在那兒被曬死了。氫燃料電池就可以在列車上用,所以中車集團說要加入氫聯盟,要開發氫的利用。

       我們5g時代所有的基站,它的能源體系、供電系統也可以用氫能。還有就是在生活中分布式發電,實際上每家每戶可以放一個氫的燃料電池,可以把家庭里面加熱冷卻,所有的家用電器,包括汽車都可以解決。一個氫氣管道進入家庭就可以供給所有需要的能源,而且非常方便。甚至當外面沒電的時候,它還可以成為一個發電供電的來源,可以平衡整個電網。原來我們電網就是有波峰波谷,有了這個分布式的發電,實際上可以做一個很好的動態的協調、調整,來提高我們的發電效率和網絡的運行質量。

       氫能源做的燃料電池和鋰動力電池比較,如果鋰動力電池作為主動力電源,在重載航空航天或者是大型的移動器件上,它的續航里程不夠,它的能量密度也沒有氫燃料電池高,這個方面應用的優勢不如氫燃料電池。因為氫是汽油的能量密度的三倍以上,所以以后的航空航天等大功率的運輸工具用氫燃料電池是非常適合的。



       氫能是霧霾終結者嗎?

       霧霾問題,我覺得是當前一個很重要的問題。

       現有柴油車在所有的汽車的保有量里面只占9.4%,但是在霧霾這個問題上,柴油車的貢獻率很大。我們說整個霧霾問題是由于汽車的尾氣排放造成的,它的貢獻率一般在29%到45%,三分之一左右是它造成的。這三分之一中,柴油車大概占了70%,絕大部分的微粒都是柴油車排放的,它對pm2.5的貢獻是很大的,這個問題必須要解決,所以它是造成霧霾的一個主要原因。特別是中國的港口柴油車非常集中,唐山地區的物流量非常大,是一個重化工區,一個城市有一億噸鋼以上的產能,超過好幾個國家的總和 。一噸鋼大概造成了物流量是五噸到六噸左右,那么它最方便的是什么?用重型卡車來運輸從港口到鋼廠,唐山大概200多萬輛車里面,有將近20萬輛的柴油車,排放量很大,污染很嚴重。所以我們覺得在這個地方,要實行柴改氫將會有效地減輕京津冀一帶霧霾形成的壓力。

       從氫燃料電池本身的特點來看,它適合于重載遠距離續航,所以在港口來回跑六百到一千公里沒有問題,重載也沒有問題。

       柴油車比較密集的港口容易布局加氫站,而且我國國內港口在物流集散地上,都是重化工地區,工業副產氫也是很豐富的。港口也離海邊很近,海上的運輸、以后的氫燃料的來源也很容易。所以我覺得這樣的話,它是可以在港口先解決這個氫,以環境來驅動氫能和氫燃料發展。所以“柴改氫”,它這種說法只是代表了我們一種技術路線的方向。每一個鋼廠都有它的汽車管理隊,比如河北鋼鐵它有兩萬多輛汽車統一加氫,加氫站的布局非常容易,要沿著乘用車的路去布局,先從港口的柴油車啟動,這是非常有現實意義的。

       大量地、密集地使用氫,加氫站的建設規模就可以大。現在我們搞兩百公斤,每天300公斤、500公斤的加氫站效率很低。因為加多了沒用,搞一噸、兩噸的沒有那么多車來加,它很分散。但是在港口不一樣,我的加氫站每天可以到三噸,可以到五噸,加氫站的效率就很高,可以降低加氫站的成本,而增加加氫站的工作效率。

       氫燃料車重卡用氫的成本每公斤達到40塊錢左右,和柴油車的成本相當,能夠進行商業化運行,而不是一直賠錢賠下去,國家補貼下去。氫燃料電池汽車,氫的成本每公斤65—70塊錢,國家還得每公斤補20塊錢才能夠運行,不能這樣老補貼下去。制氫、運到加氫站的目標成本大概在每公斤22塊錢左右,是可以接受的,所以說為什么“柴改氫”要在港口上的重卡上先進行,我覺得意義就在這個地方。

       唐山到2019年12月31號從港口到鋼廠公路要改成鐵路,但是,光是公路改鐵路解決不了最終問題,最好輔助以“柴改氫”,就是柴油車用氫燃料汽車來代替它。如果這樣走通了的話,實際上我們在港口城市都可以示范。如果現在我們在京津冀地區先建立氫能的利用體系,那2030年不到,就可以在很短的時間之內把京津冀的霧霾問題部分解決掉,或者是根本解決掉,一些粉塵問題可以解決,二氧化碳溫室氣體可以大量減少。

       截至2018年底,全球正在運營的加氫站超過了400座,全球燃料電池乘用車銷售累計近6000輛。世界主要發達國家都把氫能源的發展利用放到國家能源安全的戰略高度。2017年至今,我國在氫能和燃料電池領域的計劃投資約2000億元,全國各地已規劃建設加氫站約60座。生產氫燃料電池汽車約200多輛。據《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書》預測,到2030年,氫能產業產值將突破1萬億元;加氫站數量達到1000座,燃料電池車輛保有量達到200萬輛。我們同世界發達國家在氫能源的開發利用上還有一定的差距。我國氫能源產業發展有著怎樣的布局?又面臨哪些挑戰呢?
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