碳中和愿景下氫能應用的競爭優勢

 　　據天然氣世界(Natural Gas World)5月5日消息，挪威可再生能源公司Nel的一個部門表示，該公司收到一份購買2兆瓦電解槽的訂單，該電解槽將支持瑞士的綠色氫基礎設施。Nel銷售與市場營銷區域副總裁雷蒙德·施密德表示：“這是開發商業綠色氫基礎設施所取得的新里程碑，這清晰地表明，重型車輛用氫如今已成為現實。”


在全球邁向碳中和進程中，氫能將發揮重要作用。國際智庫能源轉型委員會在4月27日發表的一份報告中說，全球經濟2050年前要實現溫室氣體凈零排放，每年需要消耗5億到8億噸的清潔氫，這是目前市場規模的5到7倍。


氫可以作為原料和燃料，還可以作為儲能介質，在工業、交通、建筑等眾多領域應用前景廣闊，尤其是在儲能、高耗能工業、以及重型車輛、航運、航空航天燃料等領域有著其他能源無可比擬的優勢，對實現碳中和至關重要。


首先，氫氣是一種極好的能量存儲介質。風電、水電、光伏等可再生能源雖然零排放，但存在隨機性、波動性問題，棄電現象難以避免，造成能源浪費。國家能源局數據顯示，2020年，全國主要流域棄水電量約301億千瓦時，全國棄風電量約166億千瓦時，全國棄光電量52.6億千瓦時。如此巨大的棄電量，如若制備成綠氫儲存，為氫能體系供能，對于節能減排具有非常大的意義。


雷斯塔能源發布報告稱，目前1兆瓦以上的綠色制氫裝機超過60吉瓦，其中87%是吉瓦級項目，這意味著商業化大規模可再生能源制氫正在加速普及。與此同時，可再生能源制氫也在逐步下降。彭博新能源財經預測，到2030年，綠氫的成本預計將低于藍氫;到2050年，它的成本甚至將低于“更臟”的灰氫。


其次，氫能在鋼鐵、冶金、水泥等高耗能工業減排上有著巨大的發展機遇。這些工業既是碳排放大戶(占全球工業碳排放的45%)，又是深度減碳的難點。可再生能源電氣化手段只能降低高耗能產業中低位熱能那部分碳排放，而這部分只占20%左右。80%的碳排放因原料和高位熱能而產生，電氣化目前還是無能為力。


傳統的碳冶金中碳、氮、硫氧化物排放本質上不可避免，仍然較高，而氫冶金有望實現零排放。為進一步解決鋼鐵行業碳排放問題，世界各國鋼鐵企業紛紛開展氫冶金研究。日本2008年啟動了150億日元COURSE50氫冶金項目，德國、瑞典等國隨后紛紛跟進。國內氫冶金強力跟進，蓄勢待發。4月底，內蒙古賽思普公司投資10.9億元的國內首條氫基熔融還原高純生鐵生產線正式建成。氫冶金或成為鋼鐵行業發展新趨勢，助力碳中和目標達成。


最后，氫作為燃料在長距離運輸的重卡、航運、航空航天等領域有很大競爭優勢。與鋰電池相比，氫燃料電池有能量密度高、續航里程長、負載能力強和加氫快等優勢，更適合長距離、重載荷運輸領域的重型卡車。與氫能乘用車相比，氫能在卡車領域已實現彎道超車。此外，重卡是交通領域排放大戶，氫動力是重卡實現減排的重要且有前景的方法。


在布局上，去年一季度，美國燃料電池重卡技術路線圖重磅出世，緊接著歐洲發布燃料電池重卡聯合聲明。近年，日本、韓國的汽車企業在開發氫燃料重卡上舉措頻頻。而早在2017年7月，中國重汽就推出了國內首臺重卡產品——氫燃料港口牽引車。氫動力重卡或將成為氫能應用經濟性和產業化的重要突破口。中國工程院院士干勇表示，在國內的主要港口大量密集地使用氫能重卡，加氫站的建設規模就可以擴大，成本也會在規模效應下得以降低。


在航運領域，世界銀行發布的最新報告顯示，氨和氫是零碳船用燃料，最有可能成為航運業未來脫碳的主要貢獻者。這是分析一系列不同的零碳候選燃料(包括生物燃料、氫、氨和合成碳基燃料)各自有利特性后綜合得出的結論。殼牌同樣指出，氫燃料電池作為零排放技術，最有可能幫助航運業在2050年前實現凈零排放。殼牌4月21日表示，正在與合作伙伴進行可行性研究，以試驗在新加坡的船舶上使用氫燃料電池。


氫氣是自然界中最輕的氣體，而且能量密度是汽油的3倍。這一特點使氫氣特別適合應用在航空航天領域。早在20世紀40年代，氫氣就已經應用于火箭發動機的液體推進劑。目前，一種被稱為“固態氫”的新材料已經被開發出來。此外，氫燃料有望在航空脫碳戰略中發揮關鍵作用。早在2008年，美國波音公司就已成功完成全球首次氫動力飛機的試飛。全球首架商業規模的氫動力飛機去年在英國試飛，空客公司也在布局氫混合動力飛機。


總體來看，氫能尚處在發展初級階段，技術尚不成熟，成本也比較高。但是由于存在上述諸多競爭優勢，氫能在碳中和愿景下顯示出廣闊的應用前景，并將保持快速發展的勢頭。隨著氫能及燃料電池技術進步和規模產業化，氫能成本將迅速下降，應用也將更加廣泛。 中國石油報 　 作者： 李小松