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發(fā)布時間:2021-09-13作者:科谷摘編
全球清潔能源制氫、氫的能源化利用仍處于起步。國際能源署數(shù)據(jù)顯示,可再生能源制氫80萬噸,不到氫總量的1%。發(fā)展綠氫制氫產(chǎn)業(yè),電解水制氫將是繼氫燃料電池發(fā)電之后又一個最應(yīng)重視的發(fā)展領(lǐng)域。在可見的未來,電解水制氫會是主流。根據(jù)電化學(xué)原理,電解水制氫是氫燃料電池的逆過程,氫能燃料電池技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化為電解水制氫系統(tǒng)發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。而電解水制氫系統(tǒng)將是一個比燃料電池系統(tǒng)更大的高科技產(chǎn)業(yè)。經(jīng)過近20年的努力,清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)氫燃料電池動力系統(tǒng)全套技術(shù)商業(yè)化,培育出國內(nèi)氫能燃料電池領(lǐng)域科創(chuàng)板第一股——北京億華通?,F(xiàn)在,面向近中遠(yuǎn)期應(yīng)用,清華大學(xué)已開展三種電解水制氫技術(shù)的研發(fā),即堿性電解(ACE)、質(zhì)子交換膜電解(PEMEC)、固體氧化物電解(SOEC)。從三種電解技術(shù)比較來看,SOEC最優(yōu),PEMEC和ACE次之。近期可以大規(guī)模應(yīng)用的還是ACE,其技術(shù)升級性能優(yōu)化的潛力還非常大。而且中國在堿性電解制氫領(lǐng)域具有產(chǎn)業(yè)鏈和成本優(yōu)勢,可以為全球提供低成本制氫系統(tǒng)。
氫能是實(shí)現(xiàn)全球碳中和的戰(zhàn)略性能源載體。但是綠色氫能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性還不能完全滿足市場需求。據(jù)國際可再生能源署(IRENA)對制氫成本的預(yù)測,雖然總體上看綠氫成本與化石能源制氫成本平衡還需要較長時間,但2025年前,部分低成本光伏、風(fēng)電制氫可以達(dá)到化石能源制氫+CCS的成本。所以現(xiàn)在使用內(nèi)蒙古、新疆等地區(qū)的低成本光伏和風(fēng)電制氫具有經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)清華大學(xué)在張家口的氫能全鏈條商業(yè)示范(從風(fēng)電制氫到燃料電池城市客車運(yùn)行)表明,當(dāng)可再生能源(風(fēng)電)發(fā)電成本在0.2~0.15元/千瓦時,其能源利用全鏈條技術(shù)經(jīng)濟(jì)性將凸顯。氫能儲運(yùn)技術(shù)及成本方面,特高壓輸電線路是我國綠氫長途儲運(yùn)的優(yōu)勢通道之一,綠氫的輸送通道和特高壓輸送通道重合,可在谷段利用特高壓通道長途輸電,當(dāng)?shù)剌敋?。另外一個是液氨。液氨儲氫密度高,是重點(diǎn)推薦的一種氫的載體,因?yàn)橐喊焙苋菀追纸獬鰵洌曳纸獾哪芎暮艿?,液氨的質(zhì)量儲氫密度和體積儲氫密度都很高,從質(zhì)量儲氫密度來看,70兆帕高壓瓶儲氫密度約為5%,而液氨100千克可以儲17.8千克氫。體積儲氫密度一立方米120千克氫,從體積上來看液氨比液氫高一倍的氫含量,同時,化肥的主要成分是氨,液氨在中國產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)好,技術(shù)非常成熟,運(yùn)輸同液化石油氣(LPG)一樣。通過對液化氫、甲基環(huán)己烷(MCH)、液化氨等三種液化氫能載體對比,總體看液氨能效最高,使用經(jīng)驗(yàn)最成熟,基礎(chǔ)設(shè)施最完善,綜合成本最低。氫能載體液化氨可以進(jìn)行全產(chǎn)業(yè)鏈和技術(shù)鏈的應(yīng)用。工業(yè)催化合成氨,現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟,而且工業(yè)催化合成氨的效率比較高。從長期看,除了工業(yè)催化,未來還有電催化合成氨。另一方面,氨可以直接用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電,也可以和煤電廠的燃燒鍋爐進(jìn)行混燒,日本認(rèn)為這是成本最低的一種做法,現(xiàn)在正在推廣20%和30%的混燒。
據(jù)IEA今年5月份發(fā)布的報告,到2050年將會有5億噸氫和氫的載體(氨和氫合成燃料)應(yīng)用于汽車、船舶、遠(yuǎn)洋、化工、鋼鐵、建筑、發(fā)電、儲能等各個行業(yè)。面向碳中和,氫能載體發(fā)展前景非常廣闊。