氫在世界范圍內(nèi)日益受到重視,全球主要經(jīng)濟體和企業(yè)一直在關(guān)注新興的綠氫行業(yè)崛起。越來越多的國家已將氫能視為在能源轉(zhuǎn)型中的重要一環(huán)。
氫能還被國際能源署描述為“多功能能源載體”,具有廣泛的應(yīng)用范圍,可部署在廣泛的行業(yè)中。
目前,全球約有40個國家制定了氫能戰(zhàn)略。根據(jù)高盛預(yù)測,低碳氫在 2050 年的全球市場份額將至少達到 10 萬億歐元。
氫能作為清潔無副產(chǎn)物的能源,的確可以為能源系統(tǒng)做出貢獻,包括提高能源安全和能源利用的多樣性。在COP27氣候變化峰會的圓桌討論中,德國總理奧拉夫·朔爾茨將綠氫描述為“碳中和世界最重要的技術(shù)之一”。朔爾茨當(dāng)時說:“綠色氫是我們經(jīng)濟脫碳的關(guān)鍵,尤其是對鋼鐵生產(chǎn)、化工、重型航運和航空等難以電氣化的行業(yè)。”
但是,綠氫或低碳氫,因為生產(chǎn)成本高企,加上儲存和運輸存在瓶頸。氫能的生產(chǎn)和使用一直受到限制。這也是氫能在碳中和目標(biāo)中,其作用最具爭議的地方。
近日,英國下議院科學(xué)和技術(shù)委員會發(fā)表了一份《氫能實現(xiàn)凈零目標(biāo)的作用》(The role of hydrogen in achieving Net Zero)的報告,認為氫在英國向凈零經(jīng)濟轉(zhuǎn)變中可能發(fā)揮一定作用,但其作用可能僅限于某些行業(yè)。
技術(shù)委員會通過在英國調(diào)查相關(guān)專家和從業(yè)者、政府官員、科學(xué)家等,來了解關(guān)于低碳氫技術(shù)發(fā)展的計劃及其當(dāng)前進展的適用性,政府如何更好地應(yīng)對氫能使用和挑戰(zhàn)。
該報告得出結(jié)論,盡管氫具有“幾個吸引人的特征,但我們大多數(shù)證據(jù)都很清楚,就目前的技術(shù)而言,它并不是能源轉(zhuǎn)型的靈丹妙藥”。
為何氫能不是碳中和進程中的靈丹妙藥?
根據(jù)《氫能實現(xiàn)凈零目標(biāo)的作用》報告,至少到目前,氫能的制取成本、應(yīng)用場景、轉(zhuǎn)換效率、技術(shù)突破方面,還存在很多短板。具體表現(xiàn)在以下幾方面:
1、氫成本不容忽視
采用低碳氫技術(shù)至少在最初可能會消耗大量額外成本。
委員會主席格雷格·克拉克(Greg Clark)表示,“將我們的能源輸配網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為使用氫的網(wǎng)絡(luò),存在重大基礎(chǔ)設(shè)施挑戰(zhàn),以及何時能夠以經(jīng)濟成本大規(guī)模生產(chǎn)低碳氫的不確定性。”
未來將轉(zhuǎn)向氫使用的行業(yè)可能需要開發(fā)或改造其分配、加氫、供應(yīng)等一系列基礎(chǔ)設(shè)施。如,塔塔歐洲鋼鐵公司表示:“氫基煉鋼不能改造到現(xiàn)有的?產(chǎn)路線上”。同樣,英國玻璃和玻璃期貨有限公司也認為:在玻璃制造中使用氫?“可能需要對熔爐進?全面改造。
除了最終使?的基礎(chǔ)設(shè)施外,還有與氫?運輸和儲存相關(guān)的成本。特別是如果最終用途是氫?供給全國范圍內(nèi)車輛的燃料,比如重型貨物運輸行業(yè),需要額外關(guān)注氫氣運輸儲存成本。
劍橋?學(xué)機械?程教授 Cebon 教授警告說,由于灰?氫?藍氫或綠氫“便宜得多”,因此在采?氫基礎(chǔ)設(shè)施后可能會引發(fā)使用灰氫的危險,“這將??增加碳排放量”,即使最終用途上取代了天然?的使用。
英國合資企業(yè)Acorn Hydrogen經(jīng)理Tim Dumeni說:“短期內(nèi)藍?氫是肯定的,但是?期會是綠?氫勝出。”
2、氫能使用場景有限
報告表示,隨著英國尋求向凈零經(jīng)濟轉(zhuǎn)型,氫可能會在各個行業(yè)發(fā)揮特定但有限的作用,但在某些領(lǐng)域不可行、不實用或不經(jīng)濟的情況下助力脫碳。
它可能最適合以下應(yīng)用:
難以通電的場景,如運輸某些環(huán)節(jié);
不需要建立廣泛的加氫網(wǎng)絡(luò)的用途,如在固定數(shù)量的停車場運營的本地巴士服務(wù);
鄰近或接近氫生產(chǎn)場所(如工業(yè)集群)的用戶。
此外,氫氣還具有重要的潛在用途:
儲能方式;
鋼鐵、玻璃和礦物生產(chǎn)等能源密集型行業(yè)的能源。
事實上,目前灰氫已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)并且在工業(yè)中應(yīng)用,主要用于煉油和化學(xué)工業(yè),如氨的生產(chǎn)和化肥。專家表示,在這些領(lǐng)域使用低碳氫作為替代十分必要,尤其是在工業(yè)集群中使用藍氫與CCUS結(jié)合,將把藍氫引入低碳化、規(guī)?;?/p>
但在一些領(lǐng)域,例如,如果氫要完全取代家用供暖系統(tǒng)中的天然氣,那么可能需要一項大規(guī)模且成本高昂的更換鍋爐、儀表和管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的計劃??磥恚磥須涞氖褂煤芸赡苁怯邢薜?,而不是普遍的。
并且,電氣化的供暖(比如熱泵)和供熱網(wǎng)絡(luò)就可以提供具有競爭力的低碳解決方案。這在家庭供暖、儲能和公路運輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域?qū)浼夹g(shù)應(yīng)廣泛推廣的程度造成了不確定性。
3、低碳氫技術(shù)創(chuàng)新仍然重要
雖然氫所需的?部分技術(shù)已經(jīng)存在,可以通過充分的政策激勵措施擴?規(guī)模,但低碳氫技術(shù)的創(chuàng)新仍然很重要。
到2040年,對低碳氫能的需求可能會超過目前對灰氫的需求。
低碳氫氣能發(fā)揮多大潛力,在很大程度上取決于其關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。低碳氫氣的使用可以來自電解(使用可再生或核能發(fā)電)或來自化石燃料與碳捕集、利用及封存(CCUS)。
低碳氫技術(shù)創(chuàng)新既包括進?步開發(fā)已經(jīng)證明可行的制氫技術(shù),也包括進?步開發(fā)不太知名的項目并將其推向市場。英國UKRI 這樣的資助機構(gòu)已經(jīng)確定了對此類研究的需求,并在他們的資助計劃中反映這?點。
報告表示,為了減少英國的溫室氣體排放,氫氣的生產(chǎn)需要在CCUS部署或可再生能源制氫能力的發(fā)展方面取得重大進展。但這些時間是不確定的,因此指望氫能在中短期內(nèi)為減少英國溫室氣體排放做出巨大貢獻是不明智的。
4、不急于完全轉(zhuǎn)向綠氫
政府不應(yīng)在短期內(nèi)僅依賴藍氫或綠氫。
雖然在某些應(yīng)用中,與其他的低碳技術(shù)相比,氫能的效率較低,但我們不能否認部署氫能在能源系統(tǒng)中帶來一定的好處。國家在實施氫戰(zhàn)略考慮的是更廣泛的利益,例如能源系統(tǒng)彈性和國家能源安全,以及作為燃料的價格競爭力。
?些分析師也認為,隨著時間的推移,綠氫可能將變得?藍氫更便宜。但從中長期來看,藍氫能多大程度在凈零經(jīng)濟中發(fā)揮作用是不確定的,即使因為一些工業(yè)用戶已經(jīng)擁有必要的基礎(chǔ)設(shè)施,藍氫可能比綠氫更便宜并更快地在某些工業(yè)環(huán)境中部署。
報告指出,英國政府是否選擇繼續(xù)使用藍氫應(yīng)取決于其對氫氣生產(chǎn)中可以捕獲多少二氧化碳的期望:到2030年二氧化碳的標(biāo)準(zhǔn)捕獲率是否能達到95%,并在2050年之前遠遠超過99%。
我國是否還發(fā)展氫戰(zhàn)略?
中國工程院院士、中國工程院原副院長干勇表示,保守估計,2050年氫在我國終端能源體系占比約10%,2060年占比將達約15%,成為我國能源戰(zhàn)略的重要組成部分,氫能將納入我國終端能源體系,與電力協(xié)同互補,共同成為我國終端能源體系的消費主體,帶動形成十萬億級的新興產(chǎn)業(yè)。
在中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院化學(xué)所研究員、發(fā)展中國家科學(xué)院院士韓布興看來,科學(xué)技術(shù)的重大進步是實現(xiàn)碳中和的重要保障。“碳中和涉及多學(xué)科領(lǐng)域,最核心的科學(xué)問題是物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)換。”他強調(diào),氫為物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)換提供了有效的解決方案,用可再生能源制氫及其有效應(yīng)用是利用可再生能源的重要途徑。
氫能產(chǎn)業(yè)的巨大機遇,得益于其在應(yīng)對氣候變化和推動能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型中的優(yōu)勢。氫能將在未來能源生產(chǎn)和消費中扮演重要角色。正如報告中指出,俄烏沖突導(dǎo)致消費者的能源價格急劇上漲,包括英國在內(nèi)的世界各國政府重新考慮其能源結(jié)構(gòu)。不斷上漲的賬單使個人和家庭承受了巨大的壓力。
圖說:天然氣、電力價格急劇上漲
來源:[1]
在這種情形下,大力發(fā)展氫能推動能源動力轉(zhuǎn)型和保障能源供應(yīng)安全,同時助于推動傳統(tǒng)能源向低碳清潔能源轉(zhuǎn)型。
我國是世界上最大的制氫國,可再生能源裝機量全球第一,在清潔低碳的氫能供給上具有巨大潛力。今年3月發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》明確了氫能和氫能產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略定位:氫能是未來國家能源體系的重要組成部分、用能終端實現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體,氫能產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展方向。
綠氫前景廣闊,但是目前存在一些現(xiàn)實經(jīng)濟性問題,主要是成本問題。中國石化經(jīng)濟技術(shù)研究院副院長羅大清認為, “從短期來講,必須要盡快突破資源、效率和規(guī)模三大瓶頸,從長遠來講必須要實現(xiàn)內(nèi)生動力,綠氫才能扛好低碳轉(zhuǎn)型的使命。”為推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展,他建議,加大產(chǎn)業(yè)政策支持,加大綠氫技術(shù)攻關(guān)升級,統(tǒng)籌園區(qū)推動融合發(fā)展,統(tǒng)籌基礎(chǔ)設(shè)施推進協(xié)同建設(shè)。
參考資料:
[1]https://publications.parliament.uk/pa/cm5803/cmselect/cmsctech/99/report.html
[2]https://mp.weixin.qq.com/s/5jZcKo5hD42qoiBeQY_RPg
[3]https://hydrogencouncil.com/zh/hydrogen-is-a-critical-solution-to-climate-change/
[4]https://www.worldenergy.org/assets/downloads/Chinese_Regional_Insights_into_Low-Carbon_Hydrogen_Scale_Up_WE_Insights.pdf
[5]https://news.bjx.com.cn/html/20221226/1278654.shtml
[6]http://www.nea.gov.cn/2022-09/23/c_1310665287.htm
[7]http://www.gov.cn/zhengce/2022-03/24/content_5680958.htm
[8]http://www.xinhuanet.com/energy/20220722/f71db43ca7674c7fa79881feede31f3c/c.html
責(zé)任編輯: 李穎