未来,氢能源将超过石油和天然气成为21世纪的“终极能源”
氢能被称为21世纪的“终极能源”。我国氢能资源丰富,氢能产业是万亿级大产业,然而中国在这一领域才刚刚起步,氢燃料电池技术与世界先进水平相比,也有一定差距。
氢能是和平能源,其最大优点是来源广泛,只要有水就能制氢,制氢方法也很多,任何地方都可以制氢,可以从根本上解决能源安全问题。氢能的其他优势还有:零污染、零排放、无次生污染;是可再生能源桥梁,可将不稳定的可再生能源变成稳定能源,利用弃水、弃风、弃光、弃核发展电解水制氢是我国制氢一大特色;可适应中、大规模储能;用途全能,可发电、供热、用作交通燃料;是重要的工业原料,可用于临床医疗用品;能量密度大,是汽油的3倍;安全性高,无次生事故;
近年来,国家一系列政策规划都将氢能发展与燃料电池技术创新提升到国家战略高度。地方政府和企业积极探索氢能产业发展,初步形成包括制备、储运、应用等环节的完整产业链,形成了以北上广为中心的京津冀、长三角、珠三角等主要氢能产业集群,并逐渐辐射到周边地区。例如,河北张家口以服务2022年冬奥会为契机,正打造我国北方氢能产业示范基地。
目前制约氢能燃料电池行业发展的主要障碍有四个
一是成本障碍。高成本是制约燃料电池产业化的关键因素。燃料电池成本中占比最高的是燃料电池组,其次是氢燃料罐和电池配件。如果未来要实现燃料电池商业化,并与内燃机、锂离子电池汽车进行竞争,降低燃料电池的铂催化剂、电解质膜和双极板三个关键部件的成本势在必行。此外,其他燃料电池配件价格也是燃料电池成本居高不下的因素。
二是氢的来源。传统工业制氢的方法以化石原料制氢、或者采用电解水制氢。分散小规模制约氢能应用。从成本角度来看,在燃料电池推广初期,应以分散式制氢为主,可进一步控制成本,且使用便利。但随着未来燃料电池规模化发展,对大规模制氢需求、集中制氢的成本和环保优势将会进一步突出。
三是氢基础设施。燃料电池汽车的推广,其中最主要的制约因素是缺乏加氢站等配套设施,带来加氢困难,加氢站高昂的建设成本和燃料电池汽车数量不多也使得建设加氢站的驱动力不足,虽然加氢站建设已列入氢能应用规划中,但还远远不足以满足燃料电池产业化推广的要求。
四是氢储运与安全。通常氢气以三种形态存储和运输:高压气态、液态和氢化物状态。短期内,高压罐储氢仍是主要氢气储存运输手段。但从长期来看,更需要具备高储氢容量、高安全性、吸/放氢速率快、长寿命和低成本的储氢材料。但轻质储氢材料、有机液态储氢材料等低压或常压储氢材料技术水平制约着新型储运技术的发展,成为氢能推广应用的瓶颈。
当前,我国正面临能源革命和产业结构调整的艰巨任务。发展氢能可以部分替代传统化石能源,既是我国能源安全战略的重要组成部分,也是优化能源消费结构的重要途径。此外,发展氢能产业能够有效带动新材料、新能源汽车以及氢储存与运输等高端装备制造业快速发展,鼓励自主创新,实现关键技术突破,对于我国加快产业结构调整、实现高质量发展具有重要意义。
国际天然气联盟战略委员会主席Ulco Vermeulen同样青睐氢能。他说,氢能的运输成本和储存成本都远比电能便宜,目前英国在北海正建设风电制氢项目。他预计,全球范围内,10年后天然气的份额将超过石油,2040年氢能将超过天然气。
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