绿氢：纯正的零碳新能源

 

 

北京冬奥会已落下帷幕，本届冬奥会除了是一场冰雪盛宴外，还是一场氢能盛会。

 

与东京奥运会只是部分火炬使用氢燃料相比，北京冬奥会将火炬燃料全部替换为氢能，同时，北京冬奥会投入的氢燃料车辆数约为东京奥运会的两倍。2月4日晚，在北京2022年冬奥会张家口赛区，由中国石油自主研发的绿氢还点燃了太子城火炬台。这是本届冬奥会唯一一个由绿氢点燃的火炬台，更是冬奥近百年历史上首支以绿氢作为燃料的火炬。绿氢，也因此走入了大众视野。

 

 

什么是绿氢？

 

所谓绿氢，是指利用可再生能源分解水得到的氢气，其燃烧时只产生水，从源头上实现了二氧化碳零排放，是纯正的绿色新能源，在全球能源转型中扮演着重要角色。

 

专家解释，虽然氢能是清洁的可再生能源，在释放能量的过程中没有碳排放，但目前生产氢能的过程却并不是百分之百“零碳”。

 

氢元素在地球上主要以化合物的形式存在于水和化石燃料中，而氢能作为一种二次能源，需要通过制氢技术进行提取。目前，现有制氢技术大多依赖化石能源，无法避免碳排放。而根据氢能生产来源和生产过程中的排放情况，人们又将氢能分别冠以灰氢、蓝氢、绿氢之称。

 

灰氢，是通过化石燃料燃烧产生的氢气，在生产过程中会有二氧化碳等的排放。目前，市面上绝大多数氢气是灰氢，约占当今全球氢气产量的95％。

 

蓝氢，可以由煤或天然气等化石燃料制得，在蓝氢的制备过程中可以将二氧化碳副产品捕获、利用和封存（CCUS），从而实现碳中和。虽然天然气也属于化石燃料，在生产蓝氢时也会产生温室气体，但由于使用了CCUS等先进技术，温室气体被捕获，减轻了对地球环境的影响，实现了低排放生产。

 

“绿氢是发展氢能的初衷。”国际氢能学会副主席、清华大学教授毛曾强曾强调，发展氢能就是为了能源的“去碳化”，只有通过无碳能源生产“绿色的氢”，才能实现这一目标。

 

由此可见，尽管所有“颜色”的氢都将在未来发挥作用，但归根结底，绿氢是最具可持续性且真正无碳的，因此它也正成为全球氢能发展的焦点。

 

数据显示，截至2020年底，全球已有约70个在建的绿氢项目，其中吉瓦（GW）级项目已超过20个。去年，欧洲还提出了2024年建成6GW、2030年建成近40GW电解绿氢产能的发展目标。

 

国际投资银行高盛全球投资研究部门最近发布的报告《清洁氢革命》则认为，清洁氢是全球实现净零排放路径的关键和各国能源结构的关键支柱，依靠清洁氢路径可以减少全球温室气体排放量的15%（二氧化碳排放量的20%）。报告称，全球范围内超过30个国家推出氢战略和路线图，承诺到2030年时，清洁氢的装机容量比2020年增加400倍以上，并保障绿氢的年均增长速度提高50倍。

 

 

在绿氢火炬之前，我国绿氢开发就已初露端倪。

 

2020年1月，全球第一个规模化太阳燃料合成示范项目于兰州新区试车成功。该项目的关键技术之一就是中国科学院院士、中国科学技术大学化学与材料科学学院院长李灿团队开发的高效、低成本、长寿命规模化电催化分解水制氢技术。当年10月，全球首套“液态阳光加氢站”一体化装置示范成功。2021年底，中国第一个万吨级光伏绿氢示范工程在新疆库车正式启动。

 

2020年12月21日，我国发布了《新时代的中国能源发展》白皮书，提出加速发展绿氢制、储、用等氢能产业链技术装备，促进氢能燃料电池技术链、氢燃料电池汽车产业链发展，支持能源各环节多场景储能应用，着力推进储能与可再生能源互补发展。

 

中国科学院院士、中国石油深圳新能源研究院院长邹才能介绍，早在2012年，中国石油勘探开发研究院（以下简称中石油勘探院）就率先组建了纳米技术研发团队，“这支团队在金旭博士的带领下，超前开展了能源新材料与技术的攻关研发。2017年，他们开始聚焦电解水与光解水两条技术路线，经过5年的研发和储备，已经初步具备产业化基础。”2020年，该单位又重新组建了一支20余人的氢能技术研发团队，专业从事绿氢的制备、高效储运和特色场景应用等技术攻关。

 

根据预测，要实现2030年碳达峰目标，我国氢气的年需求量将达到3715万吨；在2060年实现碳中和，氢气的年需求量将达到1.3亿吨，其中可再生能源制氢（绿氢）规模有望达到1亿吨。

 

中石油勘探院新能源中心有关负责人表示，中石油勘探院将继续加强绿氢基础研究支撑力度，做好电解水制氢、光解水制氢、固体储氢和固体氧化物燃料电池等基础技术重点、难点攻关，引导推动绿氢业务有序发展；制定绿氢项目发展规划，继续开展光电催化剂、电解槽体、固体金属储氢等产品开发，提高光电催化、转化效率，降低设备造价成本；形成系列标准规范，促进绿氢规模化发展。

 

“我们争取尽快在油田设立光伏电解水制氢工业化示范项目，加强在氢能全产业链的布局规划，将自主研发的技术与实际相结合，探索‘产、学、研’模式，开展示范应用，形成中国石油自主知识产权的完整氢能技术体系。”上述负责人说。

 

 

对中石油勘探院而言，点燃北京冬奥会唯一绿氢火炬只是开始，同样，中国的绿氢产业发展也尚处于起步阶段。

 

清华大学核能与新能源技术研究院氢燃料电池实验室主任王诚此前在接受媒体采访时指出，为进一步促进绿氢的发展和应用，应在改善相关技术、制定标准和政策等方面发力。

 

这亦是业内专家的共识。

 

在技术方面，王诚认为，应推进碱性电解槽规模化制氢示范应用，进一步提升其实用性，研发SPE/SOEC等新型电解水制氢技术，攻关电解水制氢系统柔性耦合间歇、波动可再生能源的工程技术难题，并大力开发光催化分解制氢、热化学法制氢、生物制氢、核能制氢等制氢新技术。

 

而想要真正实现规模化、商业化发展，高成本依旧是当前电解水制氢技术发展面临的主要挑战。据了解，电解水制氢的成本比煤、天然气使用的蒸汽重整制氢和工业副产气纯化制氢高出2—3倍。

 

因此，为了推动可再生能源制氢的发展，我国仍需要探索出一条切实可行的降本之路，目前广东、四川等地已出台相关政策，对可再生能源制氢项目予以优惠电价政策支持。

 

在标准方面，去年初，中国氢能联盟提出的《低碳氢、清洁氢与可再生能源氢的标准与评价》正式发布实施，该标准对标欧洲依托天然气制氢工艺为基础推行的绿色氢认证项目，建立了低碳氢、清洁氢和可再生氢的量化标准及评价体系，引导高碳排放制氢工艺向绿色制氢工艺转变。