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绿色氢能是无碳经济的关键之钥?

2020-12-08 10:20:08

来源:知钢

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何为“氢能”?

氢是原子序数为1的化学元素,其通常的单质形态是氢气,常温常压下为气态,超低温高压下为液态。氢能燃烧时只产生水,具有清洁高效、可储能、可运输、应用场景丰富等特点,被视为“人类的终极能源”。 

氢能具有以下特点:

(1)来源多样、清洁、环保、高效的二次能源。

(2)理想的能源互联媒介。

(3)可大规模应用的储能介质。

(4)丰富的应用场景。


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可以液态储存的绿色氢气


使用可再生能源从水中电解生产的绿色氢气正在全球范围内兴起。它的支持者说,这种燃料可能在长途运输,航空和重型制造业等难以电气化的经济部门的脱碳中发挥重要作用。

沙特阿拉伯正在红海沙漠上建造一座未来主义的城市,名为Neom。这座耗资5000亿美元、拥有飞行出租车和机器人家政服务的城市正在从头开始建造,并将成为100万人口的家园。沙特人正在大力开发一种叫做“绿色氢”的无碳燃料,这是一种使用可再生电能把水中的氧分子和氢分子电解分离而获得的新型能源。

绿色氢能并不是只有沙特人相信这将是能源未来的下一件大事。尽管在美国,这种燃料几乎没有受到关注,但在全世界范围内,绿色氢能的开发正在如火如荼进行中,许多公司、投资者、政府、环保主义者相信,这是可以帮助终结化石燃料统治和减缓全球变暖轨迹的一种能源。

“这是非常有希望的,”自然资源保护委员会(Natural Resources Defense Council)的能源分析师雷切尔?法赫里(Rachel Fakhry)说。

像法赫里(Fakhry)这样的专家表示,尽管风能和太阳能可以为家庭和电动汽车提供电力,但绿色氢能可能是能源密集型行业(如水泥和钢铁业),以及部分难以实现电气化的交通运输行业的理想能源。法赫里在一次采访中说:“最后15%的经济领域很难清洁起来,例如航空,航运,制造业,长途货运。绿色氢能则能做到这一点。”

德国已将其清洁能源激励资金的最大份额分配给绿色氢。

欧洲的能源产品价格高昂,并且严重依赖于俄罗斯的天然气,欧洲正在通过为电解工厂和其他制氢基础设施的建设提供资金,来拥抱绿色氢能。德国已将其清洁能源刺激资金的最大份额分配给绿色氢能。欧盟委员会在今年七月份的一份战略文件中写道:“对于一个想要完全脱碳的经济体来说,这是缺失的部分。”

Liebreich写道:“氢的获取不是自然现象,因此需要外部能量来实施氢气分离。氢气存储需要压缩,压力高达700个大气压,制冷至﹣253℃……每单位体积氢气的能量仅为天然气的四分之一……氢会使金属脆化;氢可以从最小的泄露点处逃逸,是的,它确实具有爆炸性。”

尽管存在这些问题,Liebreich写道,绿色氢能仍然“对技术优化主义者的想象力保持着恶习般的控制力。”


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绿氢是使用可再生能源生产的


绿色是氢能领域的新生事物,因为它是用可再生能源制造的,所以不含二氧化碳。此外,使用可再生能源来生产燃料,可以帮助解决困扰风能和太阳能的不连续性问题,因此,它本质上是一种高效的储存方式。当对可再生能源的需求较低时,例如在春季和秋季,多余的电力可以用于电解生产氢气和氧气。然后氢气可以被储存或通过管道输送到目的地。

这些优势促使人们对全球性绿色氢能的兴趣日益浓厚。拥有世界上最便宜的风能和太阳能的中东,正努力成为绿色氢能的主要参与者。

在日本福岛附近,当今世界上最大的绿色氢能工厂,福岛氢能研究工场(FH2R)刚刚开业。FH2R的绿色氢能设施每小时可产生多达1200标准立方米(Nm3)的氢气,它将为车辆和固定地点的燃料电池供电。

澳大利亚的一个能源财团刚刚宣布计划在皮尔巴拉建设一个名为“亚洲可再生能源中心”的项目,该工厂将产生绿色氢气,并将其输送到新加坡。


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福岛氢能研究场(FH2R)
     

随着欧洲加强其脱碳力度,它也在氢能上押下了重注。欧盟刚刚起草了一项大规模推广绿色氢能的战略,尽管该战略尚未被正式采用。欧盟委员会写道:“快速大规模使用清洁氢气燃料是欧盟实现其气候雄心的关键。”

绿色氢能的能量密度是目前在用航空燃料的三倍,这使它成为一种有望用于飞机的零排放技术。但欧洲飞机制造商空中客车(Airbus)最近发表声明称,还需要克服一些重大问题,包括在飞机上安全储存氢气、机场缺乏氢气基础设施,以及氢气成本。

专家说,解决这些问题需要新技术。尽管如此,空客公司依然相信绿色氢能将在航空运输的脱碳中发挥重要作用。


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空中客车公司负责零排放飞机业务的副总裁Glen Llewellyn说:“具有成本竞争力的绿色氢气和跨行业合作将是实现零排放飞行的必要条件。”他说,氢动力飞机可能会在2035年实现飞行。

在能源价格较低的美国,绿色氢气的价格大约是天然气的三倍,不过这个价格并没有把化石燃料对环境造成的破坏考虑在内。然而,绿色氢气的价格正在下降。10年后,绿色氢气在美国的成本预计将与天然气相当。

近年来,国内氢能产业呈加速发展的态势,已有多个省市出台氢能相关的产业政策,广东、江苏、湖北等多地密集出台氢能及氢燃料电池汽车产业发展的政策措施,积极抢滩氢能产业制高点。像宝武集团这样有远大抱负的钢铁企业也纷纷加入这个新兴的领域。      但是,机遇往往与风险并存。首先,氢能领域涉及范围广、产业链长,但整个行业技术、商业化、行业标准、政策等都还处于问题重重的早期。在资本与舆论的过度追捧下,整个行业变得浮躁,技术、市场、基础设施和产业布局等四个层面的商业化之路任重道远,建议国内钢企在氢能领域做到规划先行,在上游制氢、中游储氢、下游应用等环节做到标准引领。

其次,氢能产业链包括制氢、储运、加氢、氢能应用等方面。其中,制氢是基础,储运和加氢是氢能应用的核心保障。在钢铁企业中,氢能利用除氢冶金应用外,还可发展氢燃料电池、氢动力汽车等产业,实现氢能与钢铁业融合发展、共享发展。

第三,低成本制氢、储运和使用等氢能领域关键核心技术尚未突破。钢企在氢能领域应充分考虑项目的技术稳定性的风险、投资回收期的经济风险、社会风险和安全风险,委托专业咨询机构做好氢能领域的风险评估与方案预警。

在某种意义上说,氢能就是能源的未来,谋划氢能就是谋划未来。