全產業鏈合力推動綠氫加速發展

　　近日，由國務院國資委指導，中國石化主辦的氫能應用現代產業高質量發展推進會暨專家咨詢委員會成立大會召開，8家氫能鏈上企業作交流發言，與會專家咨詢委員會委員圍繞氫能制備技術進展、氫能儲運加裝備研發、工業用氫技術進展、氫能交通發展等話題展開交流。本版刊發部分專家觀點，敬請關注。

　　氫能作為一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源，具有能量密度大、零污染、零碳排等優點，被譽為21世紀的“終極能源”。如今，發展氫能已經成為全球主要經濟體的重要能源策略之一，是現代能源體系的一顆新星。

　　攻關氫能制取和儲運新技術

　　近年來，在“碳達峰、碳中和”的背景下，在減排目標的驅動下，氫能發展持續加快。國際氫能委員會聯合主席伯努瓦·波捷表示，氫能已成為許多經濟體碳中和投資計劃的核心要素，全球范圍內有大量氫能項目正在籌備中。根據國際能源署的預測，到2070年全球對氫氣的需求將達到5.2億噸。

　　除了零污染，氫能本身的能源價值也不可小覷，其燃燒熱值是汽油的3倍、乙醇的3.9倍、焦炭的4.5倍。因此，氫能是未來國家能源體系的重要組成部分，也是用能終端實現綠色低碳轉型的重要載體。

　　根據氫氣的來源，可以分為綠氫、藍氫、灰氫三種類型。綠氫在制備過程中可以實現零碳排放量，因此也被稱為最純正的綠色能源。其中，電解水制氫作為目前最重要的綠氫制備手段之一，備受世界各國關注。

　　中國科學院大連化學物理研究所研究員趙云指出，電解水制氫技術主要分為四種，分別是堿性電解水技術、質子交換膜電解水技術、固體聚合物陰離子交換膜電解水技術和高溫固體氧化物電解水技術。傳統的堿性技術最大優勢在于成本比較低，但存在產氫壓力低等問題；質子交換膜技術可以消除傳統堿液等瓶頸，適應波動性的電力，但面臨成本高等難題。

　　趙云指出，制氫的成本主要由電價和系統成本兩部分組成。隨著可再生能源的進一步發展，電力價格逐步走低，電解水制氫的成本將逐漸具有競爭力。相較于傳統堿性技術，質子交換膜技術更加簡單，制氫壓力也更高。對于質子交換膜技術而言，存在最大的挑戰是降低其中貴金屬用量以實現控制成本，并且密封結構也要進一步升級，以適應高壓工作環境。

　　從“制—儲—運—用”氫能產業全鏈條來看，上游制氫之后的下一步任務是中游儲運。現階段的氫能儲運路線分為三種：短途的運輸，要靠壓縮儲氫；長途的國際氫交易，主流方式是把氫變成氨；長途大流量的輸氫，則需要管道運輸。

　　如何提升氫能儲運的技術能力，在儲運流程中降低成本，解決安全性、效率方面的技術難題，成為氫能產業發展的堵點。

　　“目前，大規模清潔制氫多集中在距離城市較遠的地區，因此需要安全高效的大規模氫的儲運方式，氫能儲運已成為制約氫能產業發展的關鍵環節。”上海交通大學氫科學中心副主任鄒建新說。

　　對于氫能的儲運材料方面，鄒建新指出，鎂基固態儲氫具有低成本、高容量、高純度的優勢，我國鎂資源儲量豐富，約占全球已采量的90%，因此材料成本較低；鎂基材料在常見材料中儲氫密度最高，可以采用多種方式放氫；在技術方面，鎂基儲氫合金具有反應相對簡單、無副產物且控制性良好的優勢。此外，鎂基儲氫合金材料易于回收且回收率高，屬于對環境友好的合金材料。

　　不過，鎂基儲氫材料也存在表面易被氧化導致吸放氫效率降低，以及在長期循環使用過程中易發生衰減等問題。鄒建新認為，這兩個問題可以用在鎂顆粒表面形成催化點位和第二相分散來解決。目前，年產10噸的氫化鎂粉末生產線已在上海建成，年產100噸的多孔鎂基儲氫顆粒生產線已在新鄉建成，基于鎂基固態儲氫技術的備用電源已實現量產，第一代噸級鎂基固態儲運氫車將于近期發布。

　　拓展氫能工業和交通應用新局面

　　氫能產業鏈下游是氫的綜合應用。氫氣不但可廣泛應用于石油、化工、冶金、電子、醫療等領域，還可以通過氫燃料電池或氫內燃機轉化為電能和熱能，覆蓋社會生產生活的方方面面。到2060年，我國氫能需求預計達1.3億噸，其中工業需求占主導地位，占比約60%。

　　寶武清潔能源有限公司氫能技術總監饒文濤指出，中國占世界鋼產量的一半以上，鋼鐵行業是承擔碳減排的主力軍。在鋼鐵用氫方面，氫冶金的推進與普及將會極大影響目前國內外的氫氣供給格局。增大用氫量是低碳冶煉的根本途徑，以氫代碳不但可以大幅減少二氧化碳的排放，實現清潔生產，還可以減少煤中雜質對冶煉的影響，獲得高純凈鐵水。

　　鋼鐵行業對綠氫的需求將大規模增加，以寶武集團為例，2億噸鋼產量全氫冶金的年用氫量將達到154萬噸。因此，綠氫的產量和價格將是鋼鐵行業用氫量的決定性因素。隨著大批綠氫項目的開工，在綠氫產品不斷優化升級的同時，綠氫價格有望持續下降。根據彭博社的預測，2026年為綠氫價格的拐點，綠氫成本將有望低于藍氫。

　　饒文濤相信，鋼鐵生產工業具備全流程用氫的條件，而用氫技術會產生大量對新裝備的需求，包括氫壓縮機、氫燃燒器、氫氣管閥等。氫能的應用將給冶金裝備制造業帶來大量商機。

　　除了工業領域，交通運輸領域作為能源高度依賴性行業，能源清潔化轉型發展是大勢所趨。據統計，交通運輸領域碳排放約占我國碳排放總量的10.4%，位居前三。當前我國交通基礎設施規模及運輸能力正處于快速提升階段，如何實現降碳成為亟待破解的困局，是值得探討的課題。

　　“中國石化積極在氫能交通方面開展實踐。”中國石化集團公司高級專家王維民說。

　　交通用氫制備方面，中國石化規劃推進集中式綠氫供應，研究建設烏蘭察布至北京的綠氫長輸管道，結合市場需求，在沿線再布局一批加氫站。結合區域資源稟賦，探索在遼寧、廣東、四川等地區建設開展站內電解水制氫、甲醇制氫、天然氣制氫、氨分解制氫等制氫加氫一體化項目。交通用氫儲運方面，開展微網輸氫、高壓氫氣儲運、液氫儲運的研究和推廣工作。加氫網絡建設方面，以“3+2”（北京、上海、廣東+河南、河北）氫燃料電池汽車示范城市群和氫能產業發展意愿較強的地區為重點，中國石化已經在燕山石化、廣州石化、高橋石化等建成1.4萬噸/年的燃料電池氫供應中心，建設油氫合建站，規劃“十四五”加氫能力約12萬噸/年。高速公路氫走廊方面，適度超前落地城市間氫能走廊，構建跨區域連通的氫能高速公路示范線，培育更多的貨運車、重卡車等加氫車輛。

　　2023年2月15日，我國首個甲醇制氫加氫一體站——大連盛港加氫站正式投用，站內設置甲醇橇裝制氫系統，相比加氫站傳統用氫方式，成本可降低20%以上。

　　截至目前，中國石化在全國已建成加氫站數量超過350座，約占全球總數的40%，位居世界第一。國內“氫能走廊”初見雛形，油氫混合站網絡初具規模。

　　把舵綠氫產業鏈未來發展新方向

　　當前，在有關部委的指導推動下，氫能產業版圖拓展轟轟烈烈，已有超過40家中央企業布局氫能產業鏈。

　　制氫方面，中國石化、國家能源集團、航天科技集團等在化石能源制氫及應用方面優勢突出，主導或參與了國內絕大部分的綠氫項目。以中國石化綠氫項目為例：新疆庫車2萬噸/年綠氫項目正在加快建設；鄂爾多斯3萬噸/年綠氫項目已于2023年2月啟動建設；烏蘭察布一期10萬噸/年綠氫項目將啟動，所產綠氫通過建設“西氫東送”工程輸送至燕山石化，可就近供應京津冀地區氫能交通及工業用氫需要。

　　儲運方面，國家電投、中國建材等在部分車用儲氫容器的材料、技術、裝備處于示范階段，中國石化純氫管道輸送技術趨于成熟。加氫站方面，中國石化累計發展加氫站98座，國內網絡占有率超30%，成為全球擁有、運營加氫站數量最多的企業；中國石化、國家能源集團、國機集團均已完成壓縮機、加氫機等關鍵設備研發。同時，東方電氣集團、中國一汽、東風公司等布局燃料電池商用車裝備制造。

　　對于氫能產業鏈的未來方向，中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高認為，要以綠氫制備的商業價值為源頭，以多元化、大規模商業示范應用為龍頭，拉動綠色氫能全產業鏈發展。

　　歐陽明高指出，氫能的優勢和挑戰都在于產業鏈長，每一個環節都有很多技術，面臨多元化的困境。“氫能系統集成技術需要適合中國國情的集中式氫儲能發電系統。”根據國際長時儲能委員會分析，未來可再生能源10%的發電量需要經過長時儲能技術實現長周期轉移。中國需要1.5萬億千瓦時的長時儲能，其中大部分需要氫儲能解決。

　　我國要實現氫能技術從跟跑到領跑的跨越，需要打通地上的生產、地下的儲存、摻輸一體、多途徑利用的綠氫工業技術鏈。因此，氫能產業鏈上企業要加快綠氫工業體系建設，來支撐氫能中國的戰略目標。

　　中國科學院院士、中國石油集團公司新能源首席專家鄒才能認為，我國不適合照搬歐洲的“氫電模式”，早期需結合天然氣管網及基礎設施優勢，發展“氣氫融合”模式。“綠氫是新能源革命中的一匹黑馬，要像開發油氣田一樣建設綠氫大基地，油氣公司發展綠氫有先天獨特的優勢。”

　　在鄒才能看來，現階段氫能技術存在“四大矛盾”：技術發展不充分與市場需求多樣化之間的矛盾、研發周期長投入大與產業短期收益之間的矛盾、成果轉化不通暢與產業發展規模之間的矛盾、攻關力量碎片化與技術創新體系化之間的矛盾。這四大矛盾將影響我國氫能全產業鏈技術的發展，需要系統解決。

　　此外，中國工程院院士曹湘洪強調了管控氫能產業安全風險的重要性。“要像管控天然氣安全一樣管控氫氣安全。”隨著新的氫能應用場景紛沓而至，氫能安全風險管控也迎來新的挑戰。例如在制氫過程中，如何做好各類大規模電解水制氫裝置和大規模儲氫裝置的安全防控；在氫氣運輸過程中，如何規避高壓氣瓶運輸中氫氣裝瓶、車輛行駛、氫氣卸車全過程的安全風險等。

　　曹湘洪表示，要系統開展氫能安全技術研究，修訂和完善氫能安全國家標準體系，從氫能全產業鏈現狀和發展對氫能安全管控的要求出發，建立氫能系統各種設備、管道管件、閥門、儀器、儀表等的檢測檢驗機構。建設氫能設施檢測檢驗技術研究院技術要求高、資金投入大，需要專業素質高的專門人才隊伍。建議大型國企主動擔當，國家和地方政府對檢測檢驗技術研究院要有支持和扶持政策。（洪晨曦）

　　轉自：中國石化報

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