當前氫能受到我國乃至世界各國的高度重視，我國把氫能作為能源發(fā)展的戰(zhàn)略方向，世界各國也出臺了氫能發(fā)展的戰(zhàn)略路線圖。氫能產業(yè)的發(fā)展對推動全球能源結構更加清潔高效和可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義，將促進形成能源行業(yè)的新賽道和新質生產力，也是我國實施雙碳戰(zhàn)略任務的抓手。
氫能及綠氫
氫是一種化學元素，通常以化學分子H2存在，具有化學材料和能源物質兩個方面的屬性。就化學鍵能而言，氫是單位質量含能密度最高的分子，所以，氫能的發(fā)展尤其受到重視。氫因其產生路徑不同而分為灰氫、藍氫和綠氫?；覛渲敢曰Y源（主要是煤和天然氣）為原料而生產，其過程伴隨大量CO2生成，例如，煤制氫過程，每生產1噸氫釋放近20噸的CO2；藍氫指化石資源轉化過程副產的氫，或由化石資源制氫、將生成的CO2捕獲封存（CCS），但目前大規(guī)模封存CO2還存在諸多挑戰(zhàn)；綠氫指用可再生能源分解水制氫，此過程不排放CO2。所以，在“雙碳”戰(zhàn)略下，我國應大力倡導綠氫，而逐步淘汰灰氫，一些特殊情況下可使用藍氫。但目前我國綠氫尚處于發(fā)展初期，占比還很低，尚沒有作為能源規(guī)?；褂?，化學、材料工業(yè)中大部分氫來自灰氫。
氫能的幾次研究熱潮主要因交通領域的發(fā)展而興盛起來，由于發(fā)展氫燃料電池而帶動了氫能的發(fā)展。但是在“雙碳”戰(zhàn)略的要求下，氫源只有利用綠氫，燃料電池技術才能起到碳中和的作用。
綠氫是電力轉化為化學能源和材料（power-to-x）的必經之路，也是實現碳中和的關鍵。綠氫的制造可通過光解水、電解水等技術實現，目前電解水技術已經可實現規(guī)?；茪洌▎坞娊獠郛a能1000方-氫/時的技術已經成熟，甚至單槽大于3000方-氫/時）的商業(yè)化生產。其中，電解堿水制氫技術的發(fā)展尤為迅速，其成本相對較低，在電解水制氫的成本中只占不到30%，而制氫的主要成本取決于可再生電力的價格。初步估計，當電力成本低于0.2元/（kW·h）時，其制氫成本可與天然氣制氫相當；當電力成本低于0.15元/（kW·h）時，其制氫成本可與煤制氫相當，甚至更低。
氫能發(fā)展技術及前景
氫能的發(fā)展要突破制、儲、運、用幾個環(huán)節(jié)的限制，除了制備外，儲、運和用也非常重要，因為氫氣體積密度很低，不易大規(guī)模存儲和運輸，傳統(tǒng)高壓氣瓶的方法儲放氫比較方便，但儲氫量很低，需要發(fā)展輕質、耐高壓、安全的儲氫容器。化合物儲氫正在興起，即將氫與化合物反應后儲存在化合物中，例如，甲苯加氫合成甲基環(huán)己烷，儲氫量可達6wt%以上，金屬氫化鎂儲氫理論上可獲得較高的儲氫量（>7wt%），合成氨可儲存17wt%以上氫，特別如合成甲醇可儲氫18wt%以上（包含水汽重整過程中從水中獲得的氫）。其中，甲醇和氨易于運輸和儲存，是值得關注的儲氫技術。
氫能發(fā)展的前景在于大規(guī)模應用。在我國提出“雙碳”戰(zhàn)略前，氫能應用的焦點集中在交通領域（主要是氫燃料電池），而為了解決碳排放問題，綠氫的應用面大大拓展，可以從各種剛性排放CO2工業(yè)過程的源頭上和終端利用綠氫解決問題。例如，冶金過程由于使用焦炭作為還原劑，排放大量CO2，而采用綠氫作為還原劑，則可從源頭上解決冶金領域CO2排放問題，水泥、電力等行業(yè)的終端排放可以通過綠氫還原CO2制取化學品而得到解決。
利用綠氫還原CO2制取的甲醇稱為“液態(tài)陽光甲醇”（也可稱為電-甲醇、綠甲醇），因為其氫能來自太陽能（風光電制氫），而甲醇在室溫、常壓下為液體，易于存儲和運輸，所以這種甲醇等效于將陽光存儲為液態(tài)燃料，稱為“液態(tài)陽光”（圖1）。“液態(tài)陽光”也可是由CO2還原制得的其他燃料，如乙醇、汽油、航空煤油等。
圖: “液態(tài)陽光甲醇”合成工業(yè)化中試技術路線圖
“液態(tài)陽光甲醇”之所以在氫能發(fā)展中受到越來越多的重視，主要原因在于以下3個方面：（1）它是一種儲氫技術，如前述在眾多化合物儲氫技術中，甲醇易于儲存和運輸，其通過與水汽重整易于把氫釋放出來，且儲氫量比大多數儲氫化合物的量都大；（2）它是一種高效儲能技術，可以將風光電經氫能儲存在甲醇中，可用于電網調峰，又可離網大規(guī)模消納可再生能源，每噸甲醇儲能約為6000kW·h，10萬噸“液態(tài)陽光甲醇”可消納600~700MW光伏風電；（3）直接資源化轉化CO2，每噸甲醇可轉化1.375噸CO2，生產10萬噸“液態(tài)陽光甲醇”則可轉化近14萬噸CO2。同樣，“液態(tài)陽光甲醇”的成本與綠氫成本相關聯，當可再生電力電價低于0.15元/（kW·h）時，“液態(tài)陽光甲醇”的成本與煤制甲醇相當，甚至更低（尚沒有考慮碳稅）。
我國氫能發(fā)展建議
1）大力發(fā)展綠氫，而逐步減少灰氫，在政策上鼓勵用綠氫代替灰氫，加強綠氫制造和儲運技術的研究。
2）理性布局氫能。氫能的發(fā)展首先要布局其下游應用場景，沒有規(guī)?；{氫能的工業(yè)應用出口，不可“一窩蜂”上馬制氫項目。
3）氫能的發(fā)展要契合“雙碳”戰(zhàn)略的實施，大部分剛性排放CO2工業(yè)（如冶金、石化、材料、交通）的碳中和目標可通過綠氫得以實現。
4）通過綠氫將CO2轉化為“液態(tài)陽光甲醇”是氫能發(fā)展的重要樞紐，由“液態(tài)陽光甲醇”可以拓展氫能的應用領域，形成綠色、低碳新質生產力。例如，通過“液態(tài)陽光甲醇”可實現基本化工原料、精細化學品及高端化學品的綠色、低碳化合成。
來源：科技導報
