
氫能是一種清潔高效的二次能源;發展氫能技術對于構建清潔低碳、安全高效的現代能源體系,保障國家能源安全,改善大氣環境質量,促進能源產業升級具有重要意義。
技術層面
中國在氫能基礎研究方面持續投入,但起步較晚,積累較少。20年來,在科技部和中科院相關項目的資助下,中國在氫能領域取得了一些領先世界的重要成果。
尤為突出的是中科院大連化學物理研究所李燦院士團隊開發的人工光合太陽能燃料技術,提出利用太陽能等可再生能源生產“綠色”氫能,二氧化碳加氫成甲醇等液體燃料的“液體陽光”合成技術路線。2020年1月,該技術示范項目順利試車成功,預示著這一世界領先的研發技術或將在中國碳中和進程中發揮重要作用。
在太陽能微藻制氫領域,中國科學院植物研究所黃芳研究員團隊開發了太陽能光生物轉化制氫創新技術,技術利用自主研發的、產氫量居微藻光合產氫領域之首的微藻材料,建立了實驗室規模的、以微藻光合作用為基礎的“綠色藻氫”種質創制—氫氣生產—氫氣收集儲存—氫燃料電池應用的完整技術體系,為進一步面向國家碳中和目標的相關研發奠定了重要基礎。
政策層面
2019年,國家發改委發布《產業結構調整指導目錄》,鼓勵發展高效制氫/氫氣運輸和高密度儲氫技術開發應用與裝備制造、加氫站、新能源汽車的關鍵零部件。2021年,科學技術部印發“氫能技術重點專項”,支持氫能綠色生產和規模轉移體系、氫能安全儲存和快速輸配體系、便捷升級氫能及高效電力系統技術研發。
2019年,廣東、山西等10個省份將發展氫能列入政府工作報告,北京、上海、蘇州、佛山、嘉興等17個省份的22個城市引入了當地氫能產業發展規劃或行動計劃在產值規劃、加氫站建設、示范車輛推廣、企業扶持等方面進行了較為細致的規劃,加快布局氫能源和燃料電池產業通過人才、資金、示范運營等多種手段。
戰略層面
我國氫能技術研發與應用存在缺乏統一規劃、關鍵核心技術未突破、總成本過高、技術專利壁壘嚴重等問題。迫切需要打破相關技術壁壘,提高產品質量和技術進步問題,以增強中國氫能及相關應用鏈的國際戰略優勢。與美國的藍氫、綠氫等氫能技術路線相比,我國急需研究判斷藍氫與綠氫技術路線的關系,以及氫電作為終端能源的互補性。
技術挑戰
與美國藍氫、綠氫等氫能技術路線相比,藍氫和綠氫在中國的成本和未來下降潛力有很大不同。
例如,中國規模意義上的“光伏+電解”技術制氫全鏈條的能量轉換效率僅為15%左右,相應的成本為12-18美元/公斤。是天然氣重整制氫成本接近10倍。除了需要提高制氫效率和降低成本外,氫氣的儲運也存在一些技術問題。氫氣儲存方式可以分為物理儲氫(包括高壓氣態儲氫、低溫液氫技術、吸附儲氫等)和化學儲氫(利用儲氫介質與氫氣反應生成穩定化合物,再通過改變條件實現放氫的技術,主要包括有機液體儲氫、液氨儲氫、配位氫化物儲氫、無機物儲氫和甲醇儲氫等)。
國內物理儲氫技術發展相對落后。以高壓氣態儲氫為例,儲罐關鍵材料仍依賴進口,儲氫能力較低。與物理儲氫相比,化學儲氫具有能量密度高、相對安全的特點。未來有望取代物理儲氫成為主流技術。但大部分化學儲氫技術仍處于研發階段,成本較高。
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