隨著我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和“雙碳”目標(biāo)的確定，氫能已經(jīng)成為應(yīng)對(duì)氣候變化、建立脫碳社會(huì)的重要能源之一。“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，從前端制氫關(guān)鍵技術(shù)，到終端應(yīng)用場(chǎng)景，氫能的產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng)、覆蓋面廣。隨著近幾年的快速發(fā)展，各行業(yè)在打通產(chǎn)業(yè)鏈條、掌握關(guān)鍵技術(shù)，降低運(yùn)營(yíng)成本，探索商業(yè)應(yīng)用模式等諸多課題上做出努力。
氫能分別命名為灰氫、藍(lán)氫、綠氫：
灰氫，是通過(guò)化石燃料(例如石油、天然氣、煤炭等)燃燒產(chǎn)生的氫氣，在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)有二氧化碳等排放。目前，市面上絕大多數(shù)氫氣是灰氫，約占當(dāng)今全球氫氣產(chǎn)量的95%左右。
藍(lán)氫，是將天然氣通過(guò)蒸汽甲烷重整或自熱蒸汽重整制成。雖然天然氣也屬于化石燃料，在生產(chǎn)藍(lán)氫時(shí)也會(huì)產(chǎn)生溫室氣體，但由于使用了碳捕捉、利用與儲(chǔ)存(CCUS)等技術(shù)，溫室氣體被捕獲，減輕了對(duì)地球環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)了低排放生產(chǎn)。
綠氫，是通過(guò)使用再生能源(例如太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能等)制造的氫氣，例如通過(guò)可再生能源發(fā)電進(jìn)行電解水制氫，在生產(chǎn)綠氫的過(guò)程中，完全沒(méi)有碳排放。綠氫是氫能利用的理想形態(tài)，是我們未來(lái)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。氫能產(chǎn)業(yè)鏈目前存在的挑戰(zhàn)包括，綠氫生產(chǎn)成本較高;儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)存在較多的短板;綠氫在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，需要工藝流程、整體的工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)化與創(chuàng)新。
作為新能源，氫能具有以下特點(diǎn)：
1、氫的化學(xué)能高，1g氫可以放出1.4×105J的熱量，約為1g汽油產(chǎn)生熱量的3倍。
2、氫氣在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，除釋放出巨大的能量外，不產(chǎn)生污染物，不會(huì)造成環(huán)境污染，因而被稱為“清潔燃料”。
3、氫的來(lái)源非常廣泛。
4、氫的用途極為廣泛。
中國(guó)對(duì)氫能的研究與發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)60年代初，中國(guó)科學(xué)家為發(fā)展本國(guó)的航天事業(yè)，對(duì)作為火箭燃料的液氫的生產(chǎn)、H2/O2燃料電池的研制與開(kāi)發(fā)進(jìn)行了大量而有效的工作。將氫作為能源載體和新的能源系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，則是從20世紀(jì)70年代開(kāi)始的。為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)氫能，推動(dòng)氫能利用的發(fā)展，氫能技術(shù)已被列入《科技發(fā)展“十五”計(jì)劃和2015年遠(yuǎn)景規(guī)劃(能源領(lǐng)域)》。
自2019年兩會(huì)期間氫能及燃料電池被寫(xiě)入政府工作報(bào)告、2021年氫能被正式寫(xiě)入“十四五”規(guī)劃開(kāi)始，氫能產(chǎn)業(yè)正在國(guó)內(nèi)迅速發(fā)展。根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟的預(yù)計(jì)，2020年至2025年間，中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達(dá)1萬(wàn)億元，2026年至2035年產(chǎn)值達(dá)到5萬(wàn)億元。尤其是在今年的兩會(huì)上，氫能依然是能源界代表委員的關(guān)注熱點(diǎn)之一，氫能頂層設(shè)計(jì)、氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向、燃料電池車發(fā)展趨勢(shì)等方面成為熱議話題。
在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的不同階段，氫能是在各種節(jié)能化技術(shù)里的決定項(xiàng)之一，特別在中后期其戰(zhàn)略意義非常重大。從技術(shù)層面來(lái)講，綠氫在發(fā)展后期具有較大優(yōu)勢(shì)，是合理優(yōu)化我國(guó)能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型成本的方案之一。
“氫”風(fēng)徐來(lái)：加快“綠氫”能源發(fā)展腳步
國(guó)家在規(guī)劃中將氫能納入到重要的工業(yè)脫碳路徑、列入工業(yè)降碳重大示范工程和作為替代能源提升清潔能源消費(fèi)比重。工信部印發(fā)的《“十四五”工業(yè)綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出推進(jìn)綠氫煉化等技術(shù)的推廣應(yīng)用。
“綠色氫”不來(lái)自任何類型的化石燃料，它是通過(guò)可再生資源獲得的。據(jù)能源市場(chǎng)分析師表示，由風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電制成的“綠色氫”可能成為比預(yù)期發(fā)展更快的且更為廉價(jià)的轉(zhuǎn)型能源。
目前比較成熟的制氫技術(shù)主要是水電解制氫，主要有三種：堿性水電解制氫、質(zhì)子交換膜水電解制氫和固體氧化物水電解技術(shù)。固體氧化物電解技術(shù)因其工作溫度過(guò)高，限制了電解材料的選擇、密封和運(yùn)行控制，為此始終無(wú)法得到應(yīng)用和推廣。堿性電解水是目前應(yīng)用較為普遍的電解水制氫方法，但存在污染，效率低等問(wèn)題。
質(zhì)子交換膜水電解制氫又叫PEM純水電解制氫，PEM水電解槽能在高電流密度下工作，體積小，效率高，生成的氫氣純度可高達(dá)99.999%，生產(chǎn)1m3氫氣的實(shí)際耗純水量約為845~880g，具有占地面積小、制氫能耗低、靈活性高，與波動(dòng)性和隨機(jī)性較大的風(fēng)電和光伏具有良好的匹配性等特點(diǎn)，被認(rèn)為是非常清潔環(huán)保的“綠氫”。
“綠氫”的制造采用高頻磁場(chǎng)技術(shù)，能夠?qū)⑺械碾x子與水分離，降低水中離子的含量，達(dá)到凈化水質(zhì)及降低水中離子的目的。該系統(tǒng)是萊特萊德針對(duì)常規(guī)反滲透系統(tǒng)進(jìn)行的技術(shù)升級(jí)，能夠高效、穩(wěn)定、安全的生產(chǎn)純水，保障電解槽的純水供應(yīng)，并與PEM純水電解制氫系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)操作，聯(lián)合控制，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)制水、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程上傳。此系統(tǒng)與PEM純水電解制氫強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，塑造“綠色”氫的未來(lái)，實(shí)現(xiàn)氫能源利用。
“綠氫”在技術(shù)可行性上，無(wú)論生產(chǎn)端還是應(yīng)用端均已在可行性研究上有所突破或運(yùn)用。在經(jīng)濟(jì)可行性上，未來(lái)隨著技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)規(guī)?；?，有望成本端大幅降低。如今，在我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的背景下，目光都已聚焦到“未來(lái)可期”的氫能，綠色制氫技術(shù)在氫能發(fā)展中被寄予了厚望。
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