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驯服氢能不简单

2024年05月27日 08:53
来源: 上观新闻
编辑:东方财富网

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  “如果1990年代是风能的十年,2000年代是太阳能的十年,2010年代是电池的十年,那么在2020年代我们将迎来能源转型的下一个前沿:氢能。”日前,国际货币基金组织发表文章,这样总结全球能源的过去和未来。

  氢看起来真是太完美了:电解水就可以制备,几乎取之不尽;与氧反应就能产生电能,只生成水,没有任何碳排放。氢能获得的赞誉之词几乎是顶级的:终极能源、终极方案、零碳能源、未来燃料……仅仅在几年前它还少有人问津,突然间成了明日之星。包括中国在内,全世界已有40多个国家制定了氢能战略。

  且慢!这只是氢能的美好一面。氢能还有另一面,让人想说爱它不容易。《经济学人》杂志在一篇文章中问道:“氢: 救星还是幻想?”上海氢器时代科技有限公司总工程师吴亮说:“氢能在大规模应用到来前,还要解决许多问题。”

  最直观的是贵,同样发一度电,用氢能要比用化石能源的价格高两三倍。其次,技术还不完全成熟,在氢气制备、存储、运输、使用等各个环节,几乎都有需要突破的技术难点。比如,至今还没有找到一种既安全又经济的方法运输这种易爆炸、低密度的气体。既贵又不成熟,就带来另一个难题,谁去用、用在哪?

  就像一匹千里良驹,驯服它是个难题。在上海,有一大群这样的人,他们和全球同行一起,艰难地探索着这种未来的、终极的能源。

便宜点,再便宜点

  在上海毗邻江苏太仓的上海电气氢能实验室里,一位科研人员在保险箱上摁了一长串密码,打开保险箱,从里边捧出一块形似小饭碗的黄色金属。

  这块金属正是黄金,业内称为金靶。小小保险柜里,除了金靶,还存放着铂、铱等其他贵金属靶材。可以说这里是整个实验室最贵重的地方。

  这个藏着各种贵金属的保险柜其实也藏着氢能行业最大的困境:成本。上海市节能减排中心副总经理齐康认为,氢能的中长期确定性是无疑的,但当前来看,还有几个核心瓶颈,第一个瓶颈就是价格高。

  在当前的技术路径下,不管是PEM(质子交换膜)电解水制氢,还是氢燃料电池,都需要用到贵金属材料,其中金、铂每克数百元,铱每克高达千元。燃料电池价格高,使用燃料电池的氢能汽车价格相应也高,比如丰田氢能源汽车Mirai,国内售价高达74.8万元起。

  上海电气在氢能技术攻关方面的一大任务是降载(即减少贵金属使用量),从而降低氢能装备成本。上海电气的氢能团队从多条路径尝试降载,包括把含有贵金属的浆料更均匀地喷涂在交换膜表面。目前,这个团队已经把燃料电池中的贵金属载量在市场水平基础上降低了约30%。

  业界感慨氢能的账算不过来,除了装备价格高以外,还有一个重要因素:制氢成本高。氢气按环境友好程度分为灰氢、蓝氢、绿氢。其中,绿氢由可再生资源电解水制成,全过程无含碳化合物排出,符合绿色理念,是未来能源的发展方向。但现实问题是,如果单从价格看,绿氢显著高于灰氢、蓝氢,缺乏经济性。

  绿氢成本中70%是电费。要降低绿氢价格,节电是关键。“生产1标准立方氢气,国内正常水平耗4.5度电。每降低0.1度都不容易。我们新推出的制氢设备一次性把电耗水平拉到了4.0度以下,降低了0.5度。这在行业内引起了比较大的反响。”吴亮说。

  在加盟氢器时代前,吴亮曾在英国读书、工作了十多年,也曾在大学里研发电解水技术。回到国内,最大的感触就是节奏太快了,他说:“国内氢能产业瞬间进入了红海,各路厂商直接进入拼刺刀阶段。”这两年,几乎每天都有关于氢能的新消息传出。

  吴亮说:“在国内一年相当于干了国外五年的活儿。”他预计,以这样的速度迭代下去,几年后,氢能的价格瓶颈就可能突破。

吴亮介绍电解水制氢装备。

应用场景在哪里?

  在账面能打平之前怎么办?产业链里几千家企业要活下去。

  很多专家指出,相比光伏、风电、锂电等其他新能源技术,氢能还没有找到“杀手级应用”。

  那就去创造应用需求!嘉定氢能港总经理邱鹏就是这样一位创造需求的人。在这个产业园里,聚集了七八十家氢能企业。用邱鹏的话说,他就像一个足球教练,把这些链上企业组合起来,拉个队,去打比赛。而“打比赛”则是比喻到全国各地去找氢能项目落地场景。没有现成场景的,就创造新场景。

  这几年,全世界都看好氢能,我国也出台了《氢能产业发展中长期规划(2021—2035)》,全国28个省区市制定了地方规划。在嘉定安亭镇,氢能港的展厅就是一个缩影。“我这里成了一个打卡点,全国各地、各委办局来看展览的人多得接待不过来,有时候一天要安排好几场。”邱鹏说。

嘉定氢能港展厅。

  但另一方面,放眼全国,商业化运行的氢能项目寥寥无几,各地新建的几乎都是示范项目。氢能的商业路径怎么走,谁也没有成熟经验。所以,热闹归热闹,真干却是另外一回事。做了那么多接待、讲解之后,邱鹏给来访者总结出三个“动”:“看着感动,听着激动,回去一动不动。”

  也难怪很多听众“回去一动不动”。理论上,氢气前景广阔:作为燃料用于氢能汽车,作为原料用于化工,作为储能用于固定式发电……国际能源署预测,2025年氢能在全球能源总需求中的占比将达13%。可当下呢?只占0.1%——意味着氢能几乎可以忽略。

  回望能源利用史,很多人难免为之彷徨。人类从前也探索过氢能利用,而且不止一次。通用汽车公司在20世纪60年代制造了第一辆氢动力汽车。再往前十年,在冷战初期,美国空军为开发氢燃料飞机,秘密建造了世界上最大的液化氢工厂。每一次,氢气都遭遇了成本和技术问题,导致这种气体难以作为一种燃料得到商业化。

  但如今氢能产业界几乎有个共识:这次真的会不同。邱鹏也是其中的一员。他认为,在氢能大规模商用之前,有必要让人们直观地看到产业链条怎么转起来,从而打消他们的顾虑。

  邱鹏计划今年在嘉定氢能港建设一个试点项目,从屋顶光伏开始,通过制氢、储氢、发电,最后为园区供电,形成一个闭环。他说:“别看麻雀虽小,但我们会把最先进的技术耦合在一起,构建一个能跑得通的系统。”

  “等全链条跑通以后,大量玩家就会进入。未来就可能成为规模化的产业。”齐康说。

不光是钱的问题

  待突破的不光是技术、价格、应用场景,还有标准体系。

  5月的一个清晨,上海电气氢能团队的研究人员聚在一起,探讨如何推进一个国家级氢能课题。其中一个难题是个课题里的储氢技术应当遵循什么标准。

  去年底,我国发布了《氢能产业标准体系建设指南(2023版)》,提出到2025年,支撑氢能制、储、输、用全链条发展的标准体系基本建立,制修订30项以上氢能国家标准和行业标准等发展目标。但在2025年之前,现有的项目却难以找到标准。

  眼前的课题就遇到了这个难题。会上,一位青年研究人员灵机一动,问:“我们是不是可以参照加氢站的标准?”

  大家都觉得有些道理。这也是没办法的办法。和这个团队一样,在国内氢能产业标准待定的背景下,业界不得不参照国外的、历史上的、相邻行业的标准,边做边摸索。

  眼下建设的所有项目几乎都是首创,几乎都在为机制探路。在上海浦东的上海白龙港污水处理厂,一个氢能中试项目3月27日开始试运行。这个项目利用电解水和沼气制氢,后续衔接储氢技术装备、氢燃料电池、用氢场景,在全球范围内首次实现污水厂“绿氢制备—固态储氢—热电联供”的全链条示范。

  这个氢能项目建在露天,但四周拉起了警戒线,禁止参观人员进入。因为氢气爆炸范围广,属危化品,管理极为严格。据相关负责人介绍,项目仅安全评估就用了3个月。

  这也是在氢能行业最常听到的抱怨:过于严格的安全规范限制了产业发展。但邱鹏认为,问题要辩证地看:每个部门职责不同,立场自然不同。有的部门(比如经济口)管进攻,希望规则放松一些;有的部门(比如应急管理)管防守,必须把住底线。

  “你说是谁的问题吗?好像都不是。谁都对,但是最后加在一起就谁都不对。” 邱鹏说,“好在,近年来,政策都在往对的方向走。在国家大力发展氢能的大背景下,这些问题都会逐渐化解。”

  邱鹏说:“就好像我们头顶的天窗,马上就要打开了,曙光很快会洒进来。”

(文章来源:上观新闻)

(原标题:驯服氢能不简单)

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