氫能被視作能源轉型的下一個前沿但待突破的不光是科技、價格、應用場景

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制氫、儲氫、發電、供電,形成一個閉環。未來就可能成為規模化的產業。資料圖片.jpeg

制氫、儲氫、發電、供電,形成一個閉環。未來就可能成為規模化的產業。資料圖片

  記者宰飛

  “如果1990年代是風能的十年,2000年代是太陽能的十年,2010年代是電池的十年,那麼在2020年代我們將迎來能源轉型的下一個前沿:氫能。”日前,國際貨幣基金組織這樣總結全球能源的過去和未來。

  氫看起來真是太完美了:電解水就可以製備,幾乎取之不盡;與氧反應就能產生電能,只生成水,沒有任何碳排放。氫能獲得的讚譽之詞幾乎是頂級的:終極能源、終極方案、零碳能源、未來燃料……僅僅在幾年前它還少有人問津,突然間成了明日之星。包括中國在內,全世界已有40多個國家製定了氫能戰畧。

  但氫能還有另一面,讓人想說愛它不容易。《經濟學人》雜誌在一篇文章中問道:“氫:救星還是幻想?”上海氫器時代科技有限公司總工程師吳亮說:“氫能在大規模應用到來前,還要解决許多問題。”

  最直觀的是貴,同樣發一度電,用氫能要比用化石能源的價格高兩三倍。其次,科技還不完全成熟,在氫氣製備、存儲、運輸、使用等各個環節,幾乎都有需要突破的科技難點。比如,至今還沒有找到一種既安全又經濟的方法運輸這種易爆炸、低密度的氣體。既貴又不成熟,就帶來另一個難題,誰去用、用在哪?

  氫能就像一匹千里良駒,馴服它是個難題。在上海,有一大群這樣的人,他們和全球同行一起,艱難地探索著這種未來的、終極的能源。

  便宜點,再便宜點

  在毗鄰江蘇太倉的上海電氣氫能實驗室裏,一比特科研人員在保險箱上摁了一長串密碼,打開保險箱,從裡邊捧出一塊形似小飯碗的黃色金屬。

  這塊金屬正是黃金,業內稱為金靶。小小保險櫃裏,除了金靶,還存放著鉑、銥等其他貴金屬靶材。可以說這裡是整個實驗室最貴重的地方。

  這個藏著各種貴金屬的保險櫃其實也藏著氫能行業最大的困境:成本。上海市節能減排中心副總經理齊康認為,氫能的中長期確定性是無疑的,但當前來看,還有幾個覈心瓶頸,第一個瓶頸就是價格高。

  在當前的科技路徑下,不管是PEM(質子交換膜)電解水制氫,還是氫燃料電池,都需要用到貴金屬資料,其中金、鉑每克數百元,銥每克高達千元。燃料電池價格高,使用燃料電池的氫能汽車價格相應也高,比如豐田推出的氫能源汽車Mirai,國內售價高達74.8萬元起。

  上海電氣在氫能技術攻關方面的一大任務是降載(即减少貴金屬使用量),從而降低氫能裝備成本。上海電氣的氫能團隊從多條路徑嘗試降載,包括把含有貴金屬的漿料更均勻地噴塗在交換膜表面。現時,這個團隊已經把燃料電池中的貴金屬載量在市場水准基礎上降低了約30%。

  業界感慨氫能的賬算不過來,除了裝備價格高以外,還有一個重要因素:制氫成本高。氫氣按環境友好程度分為灰氫、藍氫、綠氫。其中,綠氫由可再生資源電解水製成,全過程無含碳化合物排出,符合綠色理念,是未來能源的發展方向。但現實問題是,如果單從價格看,綠氫顯著高於灰氫、藍氫,缺乏經濟性。

  綠氫成本中70%是電費。要降低綠氫價格,節電是關鍵。“生產1標準立方氫氣,國內正常水准耗4.5度電。每降低0.1度都不容易。我們新推出的制氫設備一次性把電耗水准拉到了4.0度以下,降低了0.5度。這在行業內引起了比較大的反響。”吳亮說。

  在加盟氫器時代前,吳亮曾在英國學習、工作了十多年,也曾在大學裏研發電解水科技。回到國內,最大的感觸就是節奏太快了,他說:“國內氫能產業瞬間進入了紅海,各路廠商直接進入拼刺刀階段。”這兩年,幾乎每天都有關於氫能的新消息傳出。

  吳亮說:“在國內一年相當於幹了國外五年的活兒。”他預計,以這樣的速度反覆運算下去,幾年後,氫能的價格瓶頸就可能突破。

  應用場景在哪裡?

  在帳面能打平之前怎麼辦?產業鏈裏幾千家企業要活下去。

  很多專家指出,相比光伏、風電、鋰電等其他新能源科技,氫能還沒有找到“殺手級應用”。

  那就去創造應用需求!嘉定氫能港總經理邱鵬就是這樣一比特創造需求的人。在這個產業園裏,聚集了七八十家氫能企業。用邱鵬的話說,他就像一個足球教練,把這些鏈上企業組合起來,拉個隊,到全國各地去找氫能項目落地場景“打比賽”。沒有現成場景的,就創造新場景。

  這幾年,全世界都看好氫能,我國也出臺了《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035)》,全國28個省區市製定了地方規劃。在嘉定安亭鎮,氫能港的展廳就是一個縮影。“我這裡成了一個打卡點,全國各地、各委辦局來看展覽的人多得接待不過來,有時候一天要安排好幾場。”邱鵬說。

  但另一方面,放眼全國,商業化運行的氫能項目寥寥無幾,各地新建的幾乎都是示範專案。氫能的商業路徑怎麼走,誰也沒有成熟經驗。所以,熱鬧歸熱鬧,真幹卻是另外一回事。做了那麼多接待、講解之後,邱鵬給來訪者總結出三個“動”:“看著感動,聽著激動,回去一動不動。”

  也難怪很多聽眾“回去一動不動”。理論上,氫氣前景廣闊:作為燃料用於氫能汽車,作為原料用於化工,作為儲能用於固定式發電……國際能源署預測,2025年氫能在全球能源總需求中的占比將達13%。可當下呢?只占0.1%——意味著氫能幾乎可以忽略。

  回望能源利用史,很多人難免為之彷徨。人類從前也探索過氫能利用,而且不止一次。通用汽車公司在20世紀60年代製造了第一輛氫動力汽車。再往前十年,在冷戰初期,美國空軍為開發氫燃料飛機,秘密建造了世界上最大的液化氫工廠。每一次,氫氣都遭遇了成本和科技問題,導致這種氣體難以作為一種燃料得到商業化。

  但如今氫能產業界幾乎有個共識:這次真的會不同。邱鵬也是其中的一員。他認為,在氫能大規模商用之前,有必要讓人們直觀地看到產業鏈條怎麼轉起來,從而打消他們的顧慮。

  邱鵬計畫今年在嘉定氫能港建設一個試點項目,從屋頂光伏開始,通過制氫、儲氫、發電,最後為園區供電,形成一個閉環。他說:“別看麻雀雖小,但我們會把最先進的科技耦合在一起,構建一個能跑得通的系統。”

  “等全鏈條跑通以後,大量玩家就會進入。未來就可能成為規模化的產業。”齊康說。

  不光是錢的問題

  待突破的不光是科技、價格、應用場景,還有標準體系。

  5月的一個清晨,上海電氣氫能團隊的研究人員聚在一起,探討如何推進一個國家級氫能課題。其中一個難題是課題裏的儲氫科技應當遵循什麼標準。

  去年底,我國發佈了《氫能產業標准體系建設指南(2023版)》,提出到2025年,支撐氫能制、儲、輸、用全鏈條發展的標準體系基本建立,制修訂30項以上氫能國家標準和行業標準等發展目標。但在2025年之前,現有的項目卻難以找到標準。

  眼前的課題就遇到了這個難題。會上,一比特青年研究人員靈機一動,問:“我們是不是可以參照加氫站的標準?”

  大家都覺得有些道理。這也是沒辦法的辦法。和這個團隊一樣,在國內氫能產業標準待定的背景下,業界不得不參照國外的、歷史上的、相鄰行業的標準,邊做邊摸索。

  眼下建設的所有項目幾乎都是首創,幾乎都在為機制探路。上海白龍港汙水處理廠的氫能中試項目3月27日開始試運行。這個項目利用電解水和沼氣制氫,後續銜接儲氫科技裝備、氫燃料電池、用氫場景,在全球範圍內首次實現污水廠“綠氫製備—固態儲氫—熱電聯供”的全鏈條示範。

  這個氫能項目建在露天,但四周拉起了警戒線,禁止參觀人員進入。因為氫氣爆炸範圍廣,屬危化品,管理極為嚴格。據相關負責人介紹,項目僅安全評估就用了3個月。

  這也是在氫能行業最常聽到的抱怨:過於嚴格的安全規範限制了產業發展。但邱鵬認為,問題要辯證地看:每個部門職責不同,立場自然不同。有的部門希望規則放鬆一些,有的部門則堅持認為必須把住底線。

  “你說是誰的問題嗎?好像都不是。誰都對,但是最後加在一起就誰都不對。”邱鵬說,“好在,近年來,政策都在往對的方向走。在國家大力發展氫能的大背景下,這些問題都會逐漸化解。”

  邱鵬說:“就好像我們頭頂的天窗,馬上就要打開了,曙光很快會灑進來。”

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