近年來,世界各國正以前所未有的速度推進氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國際氫能委員會與麥肯錫聯(lián)合發(fā)布的報告顯示,目前已有30多個國家和地區(qū)發(fā)布了氫能發(fā)展路線圖,到2030年,全球在氫能項目上的投資將達到3000億美元。
氫能是由氫元素在物理與化學變化過程中釋放的能量。氫氣和氧氣可以通過燃燒產(chǎn)生熱能,也可以通過燃料電池轉(zhuǎn)化成電能。氫氣不僅來源廣泛,還具有導(dǎo)熱良好、清潔無毒和單位質(zhì)量熱量高等優(yōu)點,相同質(zhì)量下所含熱量約是汽油的3倍,是石油化工重要原料和航天火箭動力燃料。隨著應(yīng)對氣候變化、實現(xiàn)碳中和的呼聲日益高漲,氫能在改變?nèi)祟惸茉大w系方面被寄予厚望。
氫能之所以備受青睞,不僅在于其釋放過程中的零碳排放,還在于氫氣可作為儲能載體,彌補可再生能源波動性、間歇性等短板,促進后者的大規(guī)模發(fā)展。比如,德國政府正在推動的“電力轉(zhuǎn)化氣體”技術(shù),通過制取氫氣來存儲不能及時利用的風電、太陽能發(fā)電等清潔電力,并將氫氣長距離輸運以進一步有效利用。除了氣態(tài),氫氣還能以液態(tài)或固態(tài)氫化物出現(xiàn),具有多種儲運方式。作為難得的“耦合劑”型能源,氫能既可實現(xiàn)電力和氫氣之間的靈活轉(zhuǎn)化,又能搭建“橋梁”實現(xiàn)電、熱、冷乃至固體、氣體、液體燃料的互聯(lián)互通,構(gòu)建更加清潔高效的能源體系。
形式多樣的氫能有著多元的應(yīng)用場景。截至2020年底,全球氫燃料電池汽車保有量較上一年度增加38%。氫能的大規(guī)模應(yīng)用正從汽車領(lǐng)域逐步拓展至其他交通、建筑和工業(yè)等領(lǐng)域。應(yīng)用在軌道交通和船舶上,氫能可降低長距離、高負荷交通運輸對傳統(tǒng)油氣燃料的依賴,比如去年初,日本豐田公司開發(fā)并交付了首批海洋船舶的氫燃料電池系統(tǒng)。應(yīng)用于分布式發(fā)電,氫能可為家庭住宅、商業(yè)建筑供電供暖。氫能還可直接為石化、鋼鐵、冶金等化工行業(yè)提供高效原料、還原劑和高品質(zhì)熱源,有效減少碳排放。
不過,氫能作為一種二次能源,“得來”并不容易。氫元素在地球上主要以化合物的形式存在于水和化石燃料中,現(xiàn)有制氫技術(shù)大多依賴化石能源,無法避免碳排放。目前,可再生能源制氫技術(shù)正在逐步成熟,可以通過可再生能源發(fā)電再電解水來制取零碳排放的氫氣?茖W家還在探索太陽能光解水制氫、生物質(zhì)制氫等新型制氫技術(shù),清華大學核能與新能源技術(shù)研究院研發(fā)的核能制氫技術(shù)預(yù)計10年后啟動示范。此外,氫能產(chǎn)業(yè)鏈還包括儲運、加注、應(yīng)用等環(huán)節(jié),也都面臨著技術(shù)挑戰(zhàn)和成本制約。以儲運為例,氫氣在常溫常壓下密度低、易泄漏,與鋼材長期接觸會使后者發(fā)生“氫脆”而破損,儲存和運輸比煤炭、石油、天然氣都要困難得多。
當下,許多國家圍繞全新氫能各環(huán)節(jié)的研究正如火如荼地展開,技術(shù)難關(guān)在加緊攻克。隨著氫能生產(chǎn)和儲運基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模不斷擴大,氫能成本也有較大下降空間。有研究表明,預(yù)計到2030年,氫能產(chǎn)業(yè)鏈整體成本將下降一半。我們期待,氫能社會將加速到來。
。ㄗ髡邽榍迦A大學能源環(huán)境經(jīng)濟研究所、清華大學—張家港氫能與先進鋰電技術(shù)聯(lián)合研究中心副研究員)