未来能源的主角会是“氢”吗?
2019-05-31来源:新华网
        最近,青年汽车集团研制的“水氢发动机”火了,一时间,氢能再次走进大家的视野。

       人类的发展正在消耗着大量以煤炭、石油、天然气为主的不可再生化石能源,导致二氧化碳排放量激增,全球环境污染和温室效应日趋严重。寻找新的清洁能源迫在眉睫,以原子能、风能、水能、太阳能、氢能等为主的绿色能源逐渐进入人们的视野。氢是宇宙中最常见的元素,地球表面72%都覆盖着水,水是由氢与氧组成,氢可以通过化石能源或电解水制取,是可再生能源。氢气是密度最小的气体,并且极易燃烧,液态氢可以做火箭燃料。而逐渐成熟的氢燃料电池更是氢能利用的明星产品。

       总之,氢能是低碳,甚至“零”碳排放,是未来人类最理想的替代能源之一,近年来备受关注。我国2019年《政府工作报告》提出,“推动充电、加氢等设施建设。”。这是氢作为能源首次写入我国《政府工作报告》,对氢能在国内的推广和应用具有里程碑式的意义。我国拥有庞大的制氢产能和应用需求,发展氢能将对我国的能源安全和环境保护产生哪些深远的影响?未来“氢能社会”是怎样的一幅全新景象?氢能将如何改变我们的生活?



       能源结构的转换和优化有两条路径:第一个就是不可再生的化石能源一定要被可再生的绿色能源来替代;第二就是一个高碳向低碳过程的过渡。氢无疑是最好的一个元素,氢无毒、清洁、燃值高。古代人用木材来做能源,如果氢要和木材比的话,它的能量密度是木材的1000倍。后来人类又用煤来做能源,氢是煤能量密度的6.8倍。现在我们又用油和气,氢是汽油的能量密度的3.3倍,是天然气的3.4倍。所以氢的能量密度是最大的,最符合我们要选择的一种清洁能源。

       氢燃料电池有哪些颠覆式应用?

       目前氢能或氢能的利用,特别是氢能在燃料电池汽车上的应用已经非常热。经过一个小高潮期,氢燃料电池就是一个供电移动式的发电机,而且没有热循环,它可以把工作效率提到90%,发电效率是非常高的。

       氢怎么变成电?氢燃料电池恰恰它跟锅炉、跟加热没关系,氢的发电机理没有借助热循环,就是氢在含铂的催化剂下放出两个电子,这两个电子就流走了,就形成了电流。氢燃料电池在交通领域里应用的突破,我们应该感谢这些汽车工作者,是他们锲而不舍,在完成氢在汽车中的应用过程中,做了大量的工作,最后使它工程化、商业化。

       现在日本的丰田已经向全世界供应了数千辆的乘用车和商用车,已经在正式运营。像奔驰、宝马、丰田、本田全世界的著名企业们都联合成立了一个氢能委员会,他们认为二十一世纪人类必须要进入氢时代,所以2050年左右要防止地球温度上升两度,必须要在能源结构中氢的比例要占到18%以上,这样可以减少每年60亿吨的二氧化碳的排放,而且氢本身供氢系统氢燃料电池的应用,是一个大的产业链,可以形成一个很大的产业领域,他们估计是2.5万亿美元,到2050年可以形成这么大的一个氢产业,还有三千万人可以就业。

       氢除了在汽车上应用以外,在深海潜水,在无人机中,只要是移动器件需要动力的地方,氢燃料电池都可以用上去。高铁大家都很熟悉,非常便利,但是它的致命弱点在电上。遇到什么自然灾害一旦断电,如果这列火车停在沙漠上没有储备的能源,人就可能在那儿被晒死了。氢燃料电池就可以在列车上用,所以中车集团说要加入氢联盟,要开发氢的利用。

       我们5g时代所有的基站,它的能源体系、供电系统也可以用氢能。还有就是在生活中分布式发电,实际上每家每户可以放一个氢的燃料电池,可以把家庭里面加热冷却,所有的家用电器,包括汽车都可以解决。一个氢气管道进入家庭就可以供给所有需要的能源,而且非常方便。甚至当外面没电的时候,它还可以成为一个发电供电的来源,可以平衡整个电网。原来我们电网就是有波峰波谷,有了这个分布式的发电,实际上可以做一个很好的动态的协调、调整,来提高我们的发电效率和网络的运行质量。

       氢能源做的燃料电池和锂动力电池比较,如果锂动力电池作为主动力电源,在重载航空航天或者是大型的移动器件上,它的续航里程不够,它的能量密度也没有氢燃料电池高,这个方面应用的优势不如氢燃料电池。因为氢是汽油的能量密度的三倍以上,所以以后的航空航天等大功率的运输工具用氢燃料电池是非常适合的。



       氢能是雾霾终结者吗?

       雾霾问题,我觉得是当前一个很重要的问题。

       现有柴油车在所有的汽车的保有量里面只占9.4%,但是在雾霾这个问题上,柴油车的贡献率很大。我们说整个雾霾问题是由于汽车的尾气排放造成的,它的贡献率一般在29%到45%,三分之一左右是它造成的。这三分之一中,柴油车大概占了70%,绝大部分的微粒都是柴油车排放的,它对pm2.5的贡献是很大的,这个问题必须要解决,所以它是造成雾霾的一个主要原因。特别是中国的港口柴油车非常集中,唐山地区的物流量非常大,是一个重化工区,一个城市有一亿吨钢以上的产能,超过好几个国家的总和 。一吨钢大概造成了物流量是五吨到六吨左右,那么它最方便的是什么?用重型卡车来运输从港口到钢厂,唐山大概200多万辆车里面,有将近20万辆的柴油车,排放量很大,污染很严重。所以我们觉得在这个地方,要实行柴改氢将会有效地减轻京津冀一带雾霾形成的压力。

       从氢燃料电池本身的特点来看,它适合于重载远距离续航,所以在港口来回跑六百到一千公里没有问题,重载也没有问题。

       柴油车比较密集的港口容易布局加氢站,而且我国国内港口在物流集散地上,都是重化工地区,工业副产氢也是很丰富的。港口也离海边很近,海上的运输、以后的氢燃料的来源也很容易。所以我觉得这样的话,它是可以在港口先解决这个氢,以环境来驱动氢能和氢燃料发展。所以“柴改氢”,它这种说法只是代表了我们一种技术路线的方向。每一个钢厂都有它的汽车管理队,比如河北钢铁它有两万多辆汽车统一加氢,加氢站的布局非常容易,要沿着乘用车的路去布局,先从港口的柴油车启动,这是非常有现实意义的。

       大量地、密集地使用氢,加氢站的建设规模就可以大。现在我们搞两百公斤,每天300公斤、500公斤的加氢站效率很低。因为加多了没用,搞一吨、两吨的没有那么多车来加,它很分散。但是在港口不一样,我的加氢站每天可以到三吨,可以到五吨,加氢站的效率就很高,可以降低加氢站的成本,而增加加氢站的工作效率。

       氢燃料车重卡用氢的成本每公斤达到40块钱左右,和柴油车的成本相当,能够进行商业化运行,而不是一直赔钱赔下去,国家补贴下去。氢燃料电池汽车,氢的成本每公斤65—70块钱,国家还得每公斤补20块钱才能够运行,不能这样老补贴下去。制氢、运到加氢站的目标成本大概在每公斤22块钱左右,是可以接受的,所以说为什么“柴改氢”要在港口上的重卡上先进行,我觉得意义就在这个地方。

       唐山到2019年12月31号从港口到钢厂公路要改成铁路,但是,光是公路改铁路解决不了最终问题,最好辅助以“柴改氢”,就是柴油车用氢燃料汽车来代替它。如果这样走通了的话,实际上我们在港口城市都可以示范。如果现在我们在京津冀地区先建立氢能的利用体系,那2030年不到,就可以在很短的时间之内把京津冀的雾霾问题部分解决掉,或者是根本解决掉,一些粉尘问题可以解决,二氧化碳温室气体可以大量减少。

       截至2018年底,全球正在运营的加氢站超过了400座,全球燃料电池乘用车销售累计近6000辆。世界主要发达国家都把氢能源的发展利用放到国家能源安全的战略高度。2017年至今,我国在氢能和燃料电池领域的计划投资约2000亿元,全国各地已规划建设加氢站约60座。生产氢燃料电池汽车约200多辆。据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》预测,到2030年,氢能产业产值将突破1万亿元;加氢站数量达到1000座,燃料电池车辆保有量达到200万辆。我们同世界发达国家在氢能源的开发利用上还有一定的差距。我国氢能源产业发展有着怎样的布局?又面临哪些挑战呢?
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