目前，一些城市的人們或許已經(jīng)乘上了氫能動(dòng)力的公共汽車，或者開始采用氫燃料重型卡車來運(yùn)送貨物。中國氫能聯(lián)盟理事長凌文預(yù)計(jì)，到2050年，氫能在我國將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，其在能源結(jié)構(gòu)中占比有望達(dá)到10%以上。
最有前途的能源
氫，在元素周期表中位列第一，是目前已知最小的原子。氫也是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)，宇宙質(zhì)量的75%都是氫。
氫有什么特點(diǎn)呢？它的燃燒熱值高。除核燃料以外，氫的燃燒熱值居各種燃料之首，是液化石油氣的2.5倍，汽油的3倍。并且，氫是零碳的。它燃燒生成水，水電解又可以生成氫，是一種可循環(huán)使用的清潔能源。
“如果說風(fēng)電、光伏發(fā)電是當(dāng)前新能源行業(yè)的主導(dǎo)力量，氫能源就是能源領(lǐng)域的未來之星。”中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主席萬鋼表示，氫能非常符合全球能源發(fā)展的新趨勢(shì)，被行業(yè)譽(yù)為21世紀(jì)最有前途的能源之一。
在人類發(fā)展史中，能源利用方式的轉(zhuǎn)型和變革貫穿期間。最初，火的發(fā)現(xiàn)開啟了人類文明的源頭。柴火使食物的能量密度得以提高，人類因此可以通過短時(shí)間進(jìn)食獲取足夠高的能量。而以煤為動(dòng)力的蒸汽機(jī)的使用，開啟了人類工業(yè)化進(jìn)程，使人類的生產(chǎn)率得以大幅提升。隨后，石油、天然氣的使用大大提升了人類活動(dòng)半徑。人們的交往更為頻繁，交通更為便利。
“這其實(shí)就是一個(gè)減碳加氫的過程，也是人類能源利用方式演變的總體趨勢(shì)。”國家科技部原部長徐冠華表示。
“這個(gè)大方向，是向更加清潔、低碳的能源轉(zhuǎn)型。”凌文說，目前可再生能源比重的大幅上升，表明全球能源轉(zhuǎn)型的過程已經(jīng)開始加速。
比如煤是高碳能源，以碳元素為主，含有少量氫、硫、氮等元素。石油的主要成分是丙烷(C3H8)和丁烷(C4H10)，氫的比重逐步上升。到了天然氣，主要成分為甲烷(CH4)，碳原子和氫原子的比重達(dá)到了1∶4。
而越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，氫的來源非常廣泛，既可借助傳統(tǒng)化石能源如煤炭、石油、天然氣等用低碳化技術(shù)制取，也可以通過風(fēng)電、光伏、水電等可再生能源制備。同時(shí)，氫的利用形式很多樣，可以通過燃燒產(chǎn)生熱能，在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生機(jī)械功，并且用氫代替煤和石油，不需對(duì)現(xiàn)有技術(shù)裝備作重大改造；此外，又可以作為能源用于燃料電池直接產(chǎn)生電能，為燃料電池車、分布式發(fā)電設(shè)施提供動(dòng)力。它還可以儲(chǔ)存，能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)供應(yīng)、遠(yuǎn)距離輸送。
因此，氫能被冠之以未來的能源、終極能源的稱呼。中國氫能聯(lián)盟戰(zhàn)略指導(dǎo)委員會(huì)常務(wù)副主任干勇表示，氫能將成為改變傳統(tǒng)能源的終極目標(biāo)，發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)是人類能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的必由之路。
各國加快探索
事實(shí)上，世界各國已經(jīng)紛紛啟動(dòng)對(duì)氫能的研究和嘗試。并且，在前些年遠(yuǎn)景規(guī)劃的基礎(chǔ)上，一些有規(guī)模的試點(diǎn)業(yè)已啟動(dòng)，氫能產(chǎn)業(yè)鏈開始逐步顯現(xiàn)。
在美國，有關(guān)部門2001年就曾勾畫出氫能發(fā)展的藍(lán)圖：在未來的氫經(jīng)濟(jì)中，美國將擁有安全、清潔以及繁榮的氫能產(chǎn)業(yè)，美國消費(fèi)者將像現(xiàn)在獲取汽油、天然氣或電力那樣方便地獲取氫能。2003年，美國宣布啟動(dòng)總額超過12億美元的氫燃料計(jì)劃。
目前，美國已經(jīng)從政策的評(píng)估、制定轉(zhuǎn)向以技術(shù)研發(fā)、示范為起點(diǎn)的系統(tǒng)化實(shí)施階段。2017年，在美國加利福尼亞州，殼牌石油與豐田合作，在當(dāng)?shù)亟⒘?座加氫站，使全州的加氫站數(shù)量增加到了25座。一個(gè)擁有5座加氫站的供應(yīng)商甚至宣布，他們提供的氫氣每公斤少于10美元，這一定價(jià)被看作氫能定價(jià)的關(guān)鍵里程碑。
在歐洲，歐盟25國促成的歐洲研究區(qū)專家認(rèn)為，到2020年，成員國中會(huì)有5%的新型汽車和2%的船舶使用氫能產(chǎn)品；到2030年后，其市場(chǎng)占有率不斷提高，預(yù)計(jì)屆時(shí)氫能制造主要來自于可再生能源和先進(jìn)的核能。其中，德國在氫能和燃料電池技術(shù)上處于領(lǐng)先地位。德國制定并執(zhí)行了嚴(yán)格的氫能法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，涉及氫能的生產(chǎn)、運(yùn)輸、加注、車輛的使用和購買等。2017年，寶馬、奔馳等車企已開始商業(yè)化發(fā)展氫燃料電池汽車。
日本因自身能源缺乏，非常重視新能源開發(fā)，也是最早系統(tǒng)制定氫能發(fā)展規(guī)劃的國家。日本1993年啟動(dòng)世界能源網(wǎng)項(xiàng)目，其目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)環(huán)球能源網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)氫能的高效供應(yīng)、輸送和利用。
日本新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展機(jī)構(gòu)氫能主任大平英二在中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)高峰論壇上表示，氫能已經(jīng)成為日本的基本戰(zhàn)略，成為全球首個(gè)國家戰(zhàn)略。2050年，日本希望將氫氣作為可再生能源后的另一種新能源，并且制定了使氫氣價(jià)格從2030年的3美元/千克降至2050年2美元/千克的目標(biāo)。
突破與挑戰(zhàn)并存
干勇表示，氫能在交通領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)率先突破，尤其是重型卡車采用氫燃料電池，在運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行成本，包括續(xù)駛里程和加氫時(shí)間上擁有不錯(cuò)的前景。
2016年3月份，我國制定的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016-2030年）》提出，把可再生能源制氫、氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新作為重點(diǎn)任務(wù)；把氫的制取、儲(chǔ)運(yùn)及加氫站等方面的研發(fā)與攻關(guān)、燃料電池分布式發(fā)電等作為氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新的戰(zhàn)略方向；把大規(guī)模制氫技術(shù)、分布式制氫技術(shù)、氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)、氫能燃料電池技術(shù)等列為創(chuàng)新行動(dòng)。
2017年，科技部和交通運(yùn)輸部出臺(tái)的《“十三五”交通領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》明確提出，推進(jìn)氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)發(fā)展，以及加氫站建設(shè)和燃料電池汽車規(guī)模示范，形成較完整的加氫設(shè)施配套技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)體系。
在這個(gè)背景下，我國氫能產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化步伐正不斷加快，一些地方和能源企業(yè)紛紛布局氫能項(xiàng)目。
2018年1月份，武漢市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃建議方案出爐。該規(guī)劃建議，到2025年，力爭氫能燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值突破1000億元，成為世界級(jí)新型氫能城市。
2022年，北京和張家口將聯(lián)合舉辦第24屆冬奧會(huì)。在冬奧會(huì)的規(guī)劃中，將大量采用清潔的氫能源汽車用于通勤、物流。為此，張家口已經(jīng)引入了70多輛氫能源公交車；與此同時(shí)，引入了多家企業(yè)生產(chǎn)氫燃料電池，并與國家能源集團(tuán)探討設(shè)立制氫和加氫設(shè)施，以期建立起氫能產(chǎn)業(yè)鏈。
然而，這僅是萬里長征的第一步。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年我國氫氣產(chǎn)量約為2100萬噸，其中用于生產(chǎn)合成氨、甲醇的原料氫占比約65%，用于石油煉制加氫等的占比約33%，工業(yè)氫氣占比約2%，用作氫能載體仍僅為示范性工程。
萬鋼表示，與發(fā)達(dá)國家相比，我國在燃料電池基礎(chǔ)研究和技術(shù)發(fā)展、氫能裝備制造等方面仍相對(duì)滯后，特別是一些關(guān)鍵技術(shù)與國外仍存在差距，產(chǎn)業(yè)鏈較為薄弱。在基礎(chǔ)設(shè)施方面，制氫、供氫和加氫的系統(tǒng)先進(jìn)性有待提升，制氫成本有待降低，氫設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)落后等也制約著產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
中國航天科技101所副總工程師劉玉濤表示，儲(chǔ)氫、運(yùn)氫中的“卡脖子”問題可以考慮用液化氫的方式解決。
他介紹，目前采用進(jìn)口的氫氣傳感器，監(jiān)測(cè)時(shí)間要在幾秒左右，而中國航天級(jí)傳感器的監(jiān)測(cè)時(shí)間已經(jīng)能做到1秒左右。在儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)，對(duì)于能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模存儲(chǔ)、遠(yuǎn)距離輸送的液態(tài)氫，早在上世紀(jì)60年代中國就能大規(guī)模生產(chǎn)。液化氫的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化將會(huì)成為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大推動(dòng)因素。
變化已經(jīng)開始，未來正向我們走來。國際氫能委員會(huì)預(yù)計(jì)，到2050年，氫能可以滿足全球能源總需求的18%或全球一次能源總需求的12%，氫能及氫能技術(shù)相關(guān)的市場(chǎng)規(guī)模將超過2.5萬億美元。
