氫能燃燒產(chǎn)物是水，因其環(huán)境友好性被譽(yù)為“終極能源”。氫的制取、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、應(yīng)用技術(shù)已成業(yè)界焦點(diǎn)。但目前氫氣主要作為工業(yè)原料使用，而非主要能源來源。
近日，中國氫能聯(lián)盟提出的《低碳?xì)?、清潔氫與可再生能源氫的標(biāo)準(zhǔn)與評價(jià)》正式發(fā)布實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)對標(biāo)歐洲依托天然氣制氫工藝為基礎(chǔ)推行的綠色氫認(rèn)證項(xiàng)目，建立了低碳?xì)洹⑶鍧崥浜涂稍偕鷼涞牧炕瘶?biāo)準(zhǔn)及評價(jià)體系，引導(dǎo)高碳排放制氫工藝向綠色制氫工藝轉(zhuǎn)變。
通過標(biāo)準(zhǔn)形式對氫的碳排放進(jìn)行量化，這在全球尚屬首次。據(jù)了解，歐盟也將于2021年發(fā)布?xì)W洲綠氫標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)接續(xù)制定，將對氫能發(fā)展有何影響?不同標(biāo)準(zhǔn)又該如何相融?
變政策驅(qū)動(dòng)為市場買單
氫能有近百年應(yīng)用歷史，各國一直大力倡導(dǎo)。僅在2020年，多國就宣布重金投資氫能產(chǎn)業(yè)——歐盟發(fā)布《歐盟氫能源戰(zhàn)略》;法國、德國、西班牙等國紛紛發(fā)布國家級氫能路線圖;英國提出將投資2.4億英鎊用于制氫設(shè)施建設(shè);日本、韓國加快氫能布局規(guī)劃。
但多年來，氫氣大多作為工業(yè)原料，比如特種鋼冶煉保護(hù)氣等，一直未能創(chuàng)造出煤、石油、天然氣那樣的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。業(yè)界普遍認(rèn)為，這與氫能居高不下的制備、儲(chǔ)運(yùn)成本不無關(guān)系。
“制造端和運(yùn)營端的成本是影響氫能大范圍應(yīng)用的關(guān)鍵。”中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員李曉錦對《中國科學(xué)報(bào)》說，利用可再生能源制取氫，若按工業(yè)用電價(jià)格來算，成本較高。生產(chǎn)1公斤氫用電成本超過35元，只有降低到十幾塊才能在市場上具有競爭力。
他還強(qiáng)調(diào)，以往氫燃料電池車示范運(yùn)營主要靠政策驅(qū)動(dòng)，這在氫能商業(yè)化導(dǎo)入期很有必要，但要讓市場買單還需要大幅度降低制氫成本，否則氫能難以大規(guī)模商業(yè)化推廣。
上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心副教授翁國明表示，氣態(tài)儲(chǔ)氫密度低，且需要特殊容器;液態(tài)儲(chǔ)氫液化能耗高，易蒸發(fā)損失，僅適用于航空領(lǐng)域等特殊場景;固態(tài)儲(chǔ)氫主要是將氫以化合物的形式存儲(chǔ)，儲(chǔ)氫密度較大、安全性高、儲(chǔ)運(yùn)方便，但析氫動(dòng)力學(xué)性能仍需優(yōu)化?？傮w來看，制氫成本、儲(chǔ)運(yùn)氫技術(shù)成熟度、市場需求、社會(huì)接受度等因素，決定了使用端對氫能的迫切性較弱，氫能發(fā)展還需要契機(jī)。
2月1日，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《碳排放權(quán)交易管理辦法(試行)》正式施行，對全國碳排放權(quán)交易及相關(guān)活動(dòng)進(jìn)行了規(guī)定，包括碳排放配額分配和清繳，碳排放權(quán)登記、交易、結(jié)算，溫室氣體排放報(bào)告與核查等。
“氫進(jìn)萬家”迫在眉睫。目前，氫能主要源于化石能源生產(chǎn)副產(chǎn)品。“為了盡快實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，應(yīng)該在現(xiàn)有化工和能源體系下，充分利用副產(chǎn)氫，吃干榨凈、降本增效。”李曉錦強(qiáng)調(diào)。
國際氫能協(xié)會(huì)副主席毛宗強(qiáng)認(rèn)為，氫能替代高碳排放能源還需要時(shí)間，“氫進(jìn)萬家”要求氫能本身變得更強(qiáng)大、價(jià)格更有競爭力、服務(wù)更便利、加氫站更普及，這些轉(zhuǎn)變都需要時(shí)間。
難在標(biāo)準(zhǔn)制定
事實(shí)上，化石能源制氫、電解水制氫、工業(yè)副產(chǎn)制氫等不同工藝生產(chǎn)的氫能碳排放量不同。因此，氫能有“綠氫”“藍(lán)氫”“灰氫”之分。引導(dǎo)氫能綠色生產(chǎn)，需確定不同工藝碳排放標(biāo)準(zhǔn)。翁國明表示，“灰藍(lán)綠”的劃分主要取決于制備工藝、過程中是否使用了可再生資源及碳排放量大小。
2020年12月30日，國家能源局印發(fā)《關(guān)于加快能源領(lǐng)域新型標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的指導(dǎo)意見》，其中提出在智慧能源、能源互聯(lián)網(wǎng)、風(fēng)電、太陽能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能、儲(chǔ)能、氫能等新興領(lǐng)域，率先推進(jìn)新型標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，發(fā)揮示范帶動(dòng)作用。
從事氫能標(biāo)準(zhǔn)研究多年的毛宗強(qiáng)對記者表示，從技術(shù)角度看，制定氫能碳排放標(biāo)準(zhǔn)并不難，難在國家氫能標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)(SAC/TC309)每年被允許制定的國家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量有限。此外，由于氫氣能源化應(yīng)用是新事物，急需的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量較多，各類標(biāo)準(zhǔn)也需要排隊(duì)，因此歷時(shí)較長。
翁國明也表示，標(biāo)準(zhǔn)制定要考慮國情，“尺子”太高不適合落地推廣，“尺子”太低對節(jié)能減排作用有限，同時(shí)也要考慮與國際標(biāo)準(zhǔn)對接等問題。
“標(biāo)準(zhǔn)先行，創(chuàng)造國際對話平臺(tái)，有利于行業(yè)內(nèi)盡早達(dá)成共識(shí)。大家都說一樣的‘語言’，也有利于打通氫市場和碳市場，促進(jìn)氫能貿(mào)易國際化。”翁國明說。
以技術(shù)促活力
日前，我國發(fā)布《新時(shí)代的中國能源發(fā)展》白皮書，提出加速發(fā)展綠氫制取、儲(chǔ)運(yùn)和應(yīng)用等氫能產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)裝備，促進(jìn)氫能燃料電池技術(shù)鏈、氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。支持能源各環(huán)節(jié)、各場景儲(chǔ)能應(yīng)用，著力推進(jìn)儲(chǔ)能與可再生能源互補(bǔ)發(fā)展。
李曉錦認(rèn)為，要辨證看待“終極能源”說法。在一些面積小的國家，有可能只推行一兩種能源，但我國幅員遼闊，各地能源稟賦不同。比如，成渝地區(qū)水電資源豐富，可以采用廉價(jià)的水電資源發(fā)展綠氫產(chǎn)業(yè)。“多能互補(bǔ)的能源體系更適合中國。”
跟其他新能源電池相比，氫燃料電池不懼怕低溫，在冬季也能正常充電、啟動(dòng)，安全性高。但現(xiàn)有制氫技術(shù)并不完美，沒有哪項(xiàng)技術(shù)能夠滿足各種需要。利用傳統(tǒng)化石能源制取氫并非坦途，如煤制取氫，碳排放量較高，需要采用CCUS(碳捕獲、利用與封存)技術(shù)才能降低碳排放，這必然增加制氫成本。
“氫燃料電池只是氫能應(yīng)用的一種設(shè)備，未來氫能有多種多樣的設(shè)備與技術(shù)。歐洲就有將氫注入天然氣管道網(wǎng)絡(luò)的示范應(yīng)用。”毛宗強(qiáng)說，“未來，氫能使用場景將越來越豐富，能源網(wǎng)絡(luò)輸電也能輸氫，提高能源使用效率。”
他強(qiáng)調(diào)，要實(shí)現(xiàn)氫能的廣泛應(yīng)用，技術(shù)研發(fā)不能停。比如，甲烷熱裂解制固體碳材料和氫氣是一種天然氣制氫且不排放二氧化碳的好方法，但甲烷分子非常穩(wěn)定，目前國際上還沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。同時(shí)，氫能生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜過程，需要統(tǒng)籌制定國家標(biāo)準(zhǔn)。
“現(xiàn)階段仍需不斷推動(dòng)氫能可持續(xù)性綠色發(fā)展模式，多創(chuàng)新、多嘗試，即使失敗的數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)也將對氫能普及應(yīng)用產(chǎn)生積極作用。”翁國明提出，所有制氫工藝都應(yīng)該用低碳要求自己，兼顧尾氣低碳處理，化廢為寶。長遠(yuǎn)看，有望實(shí)現(xiàn)綠氫對灰氫全替代。
毛宗強(qiáng)也表示，技術(shù)加持，不斷優(yōu)化，才能保持標(biāo)準(zhǔn)的生命力。（中國科學(xué)報(bào)）
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