5 月 2022

         从冬奥开始，到现在，氢能源概念红到发紫，刺激个股频频涨停——主营气体运输装备的京城股份，在去年12月份实现了14个涨停板，股价单月飙涨300%；主营高压容器的石重装实现了六连板；开发氢能电源产品的动力源，也在上月下旬连续三个涨停板。根据中国氢能联盟的预测，到2025和2035年，我国氢产业产值将分别达到1万亿和5万亿规模。氢能前景固然广阔，但落地的困境却不容忽视。据未来智库测算，2020年我国氢能总成本约为60-80元/kg，距离30元/kg的可商用价格相距甚远。氢能源价格居高不下，还要追溯到制氢、储氢和运氢三大环节，它们使我国氢能发展面临着开局不利、技术瓶颈与规模化约束等重重难题，令“降成本”困难重重。 01 点歪“科技树”的制氢           我国的能源结构可以归纳为“富煤、贫油、少气”。这种特殊的结构令中国成了名副其实的“煤炭大国”——大量的化工产业平均每天要消耗掉95万吨的煤炭资源，同时产生巨量的化工副产物。这些副产物中，焦炉气和氯碱等是极其便利的制氢原料。我国氢能源产业发展的初期，就依托化工生产中的副产物作为主供氢源的原材料，以节省制氢投资，降低成本。   依托化工副产物生产的氢能源，有个致命的问题——不能算作真正的“绿色能源”。           也就是说，要符合氢能源产业零碳排的核心理念，产业界只能期望于绿氢。但中国的绿氢产能着实少得可怜。由于我国氢能源产业相较欧美日发展较晚，为了在短期内快速发展，我国优先选择了依托于优势资源煤炭发展氢产业，其代价便是，“绿氢”制备所需的基础建设的投资和相关技术迟迟未有发展。2020年，我国灰氢的占比超过60%，绿氢尚且不足1%。   如何让绿氢从奢侈品行列变成经济适用型，成为困扰中国氢能产业的一大难题。          去年11月，中石化建成首座PEM氢气提纯设施，其阴极和阳极催化剂、双极板以及集电器等关键核心材料部件均实现国产化，制氢效率达85%以上。而这笔投资的门槛是数十亿，研发周期在两年以上。   02 被“氢脆”卡脖子的储氢           国内的主流方法是采取高压气态储氢。目前，我国储氢瓶的成本造价在27000元左右，同时配套设施的价格在15万元，对标美国，储氢瓶的价格也在22000元左右，略低于中国，但同样高昂。   高成本源于氢顽皮的特性，学术上称作“氢脆现象”。           为了缓解“氢脆”的困扰，全球想出了一种特殊的解决方法——低温液态储氢。将氢气压缩成液体，能大幅避开气态氢造成的安全隐患。   学界普遍认为，液氢储运技术是储氢技术发展的重要方向。            但是当前，我国液氢储运技术相对落后，缺少大容量、低蒸发率的液氢存储设备的开发。仅有的一些研究，多聚焦在高压气态储氢方面。   03 “爹不疼妈不爱”的运氢           作为氢气“出厂”前的最后一步，运氢在整个氢能产业链中地位举足轻重。然而长期以来，我国的氢气运输产业处于“爹不疼妈不爱”的境地，没有系统性的规划——几乎所有中央和地方层面的战略规划中，都提到了制氢和终端应用环节。理论上，氢气运输产业分为短途和中长途两种。短途的运输可依赖长管拖车，中长距离的运输对成本敏感许多。其中一种经济的方式，是先将氢气转为高密度的液氢状态再进行运输。液氢能适应陆运和海运的模式。在陆运上，液氢储罐最大容积可达到200立方米，是长管拖车模式的2倍。海运的液氢储罐最大容积可达到1000立方米，在欧洲和加拿大氢气运输中，就均采用液氢海运的模式。   如此重要的液氢在中国却产能极低。           另外一种是借由管道运输，但现实是，我国氢气管网严重不足，全国累计仅有100km输氢管道，且主要分布在环渤海湾、长江三角洲等地。目前，我国仅仅在《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》提到，期望在2030年建成1000m长的氢气运输管道。而对比国外，管道运输已经开始全面与上下游形成联动。           总结来说，由于上层规划的缺失，我国氢能运输仍处于“地方割据”的局面，还未形成规模经济。世界已进入双碳时代。国际氢能委员会预计，2050 年氢能源将占全球能源消耗总量的18%，催生年产值2.5万亿美元的产业。世界各国对氢能源越发重视，欧美日各国氢能源产业的规划已经做到了2050年后，并且还在迭代更新；而在我国，自2021年氢能被列为“十四五”规划重点发展产业后，国家和各地政府迅速出台了400多项政策，规划了2025年之前的产业发展目标。      ...

我国《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》近日正式发布，明确氢能是未来国家能源体系的重要组成部分！   那么氢能如何应用？ 为啥重要？ 离我们有多远？ 让我们一窥氢能“画像”...

 绿氢大规模发展面临的主要挑战 绿氢要在碳中和路径中充分发挥作用，必须要实现大规模、经济地商业化应用。 目前，绿氢的大规模发展有许多影响因素，如各国经济发展不均衡、能源资源禀赋差异、政策鼓励力度不一等，从技术角度主要面临以下三方面挑战： 01、电解水制氢经济性不高 绿氢应用在技术上可行只是必要条件，在经济上可行才是氢能大规模利用的充分条件，而电解水制氢成本较高是制约瓶颈。 目前电解水制氢技术主要有碱性水电解、质子交换膜水电解（PEM）、固体氧化物水电解（SOE）和碱性阴离子交换膜电解（AEM）等，其中碱性电解槽技术已经实现工业规模化产氢，是技术最为成熟生产成本相对较低的路线。 碱性水电解也是国内商业化电解水制氢主要技术，欧美则对PEM技术产业化推进较快。 PEM制得的氢气纯度高流程简单，能效高于碱性水电解，装置运行灵活性更高，而且对电力变化反应更快，更适合与可再生能源发电配合，但因使用贵金属催化剂等材料成本较高。 总体上电解水制氢由于电解效率不高耗电量大等原因，与其他制氢方式相比成本较高，在工业应用中占比较小。 近年来，围绕提高电解效率和降低成本目标，国内外电解水制氢技术在工艺、设备、催化剂、电能等方面开展了许多研究并取得了卓有成效的进展。 未来只有技术不断进步并取得突破性进展，大幅降低电解水制氢成本，才能提高其经济性，从而提升绿氢大规模应用的可能性。 02、氢气存储难度大 氢气由于重量轻、原子半径小、性能活泼、稳定性差（泄露后易发生燃烧和爆炸），存储和运输难度较大。   按氢气状态可以分为气态、液态和固体三种储存方式； 目前工业上最可行的规模化储存和运输方法只有高压气态储氢和低温液态储氢。   高压气态储氢技术成熟，设备结构简单，成本相对较低；但单位质量储氢密度低，运输成本高，有泄漏和爆炸的安全隐患。 低温液态储氢具有储氢密度高、储存容积小等优势；但液化过程耗能大且储存容器需绝热性能良好，成本高昂。   近年来固态合金储氢和有机液态储氢相关技术的开发也备受关注，其中固态储氢技术被认为是最有发展前景的一种氢气储存方式。   固态储氢是通过化学反应或物理吸附将氢气储存于固态材料中，优点突出：储氢工作压力不高安全性强使用寿命长；放氢纯度高有利于提高燃料电池的工作效率和使用寿命；系统体积小储氢密度大，结构紧凑；再充氢压力低充氢方便。   目前固态合金储氢已经有示范报道，但也存在着储存材料价格高昂、储存释放条件苛刻的问题。 03、氢能运输制约 运输是氢气从制氢厂到终端使用的重要环节，也是成本的重要组成部分。 氢气可以以气态、液态和固态三种形态进行运输。 我国主要以气态运输为主，可选择长管拖车和管道运输两种方式。   其中长管拖运技术成熟，通常在近距离时采用；管道运输则适合大规模、长距离运输，运输效率高，能耗较小，但一次性建设投入较高，国内目前输氢管道较少。   液态采用槽车运输，适合中远距离和较大量运输，该运输方式在液化过程中能耗较大，设备要求也较高，国内主要用于航天及军事，在日、美等国应用较为广泛。   固态氢气通过轻质储氢材料可以实现高密度高安全运输，提高单车运输量和运输安全性，目前仍处于试验开发阶段。   经测算，在0~1000km范围管道运输的成本最低；运输距离在250km内，长管拖车运输成本低于液氢槽车；超过250km则后者更具成本优势。要降低氢的运输成本、提高氢能经济性，还有待相关科技创新和技术攻关进一步突破。 声明：文章来源于第一元素网，作者为中国石化集团经济技术研究院有限公司 张从容 。基于分享的目的转载，转载文章的版权归原作者或原公众号所有，如有涉及侵权请及时告知，我们将予以核实并删除。 搜索 复制 ...

为达到《巴黎协定》提出的温度控制目标，越来越多的国家提出了碳中和目标，碳中和成为全球的共同愿景和一致行动。 在各国家和地区采取的减排措施中，鼓励可再生能源发展成为普遍选择，可再生能源迎来巨大发展机遇。 其中氢能因热值高、零排放、利用形式多样，作为化石能源替代品优势突出而受到普遍关注，有望为交通、工业、建筑、电力等重点碳排放领域的减排脱碳发挥作用。 “绿氢”则是真正助力碳中和目标实现的重点，是未来制氢的发展方向。 “绿氢”要在碳中和路径中充分发挥作用，必须要实现大规模、经济地商业化应用。 目前从技术角度还面临电解水制氢经济性瓶颈、储运难题等方面的挑战。   氢能将在碳中和路径中扮演重要角色   碳达峰与碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，需要全人类、全社会、全行业共同努力，大力推进低碳发展。 低碳发展的重点是能源结构转型，能源生产与利用加快向更清洁、低碳的方向转变。 在各国和地区碳达峰、碳中和政策的引导推动下能源结构转型有望加快推进，化石能源生产与利用将面临更严格的碳排放约束，非化石能源逐渐成为能源增量主力军。 氢能资源丰富、热值高、使用无污染，被视为理想的清洁能源，是实现碳中和的重要途径，将在全球能源新格局中扮演重要角色。 氢能发展所带来的巨大市场潜力和科技创新是提高综合国力和新经济竞争力的有力支撑，因而其开发与利用受到全球普遍关注。 许多国家都在加快推进氢能源技术的研发和产业化布局，美国、欧盟、日本都出台相应的氢能战略规划，日本甚至提出了“氢能社会”的宏大构想。 中国国内氢能发展也方兴未艾，在交通、工业、建筑、电力等重点用能行业有望迎来较大发展空间，为这些碳排放重点领域减排脱碳发挥作用。 01、氢能加快推动交通运输领域的清洁化转型 交通运输是社会经济发展的重要组成部分，也是能源消耗和温室气体排放大户，占碳排放比重非常高。 欧盟委员会称运输业对欧盟GDP贡献率仅约5%，但其二氧化碳排放量约占欧盟温室气体排放总量的四分之一。 IEA报告指出，2020年一季度全球石油需求下降5%，对应碳排放量下降4.5%；其中公路运输和航空活动的减少贡献了石油需求下降量的近 85%。2020 年下半年随着交通运输逐步恢复，碳排放量也随之开始反弹。 近年来氢燃料电池商用车发展较快，中国、日本、德国、韩国、美国等国家加快燃料电池汽车加氢站的布局建设，有力推进氢燃料电池产业化。 除了商用车，航空和海运也在积极探索氢能应用。 氢能在交通运输领域的应用发展无疑将极大推动该领域的广泛、深度脱碳。 02、氢能促进工业领域的脱碳减排 氢在工业上主要用于炼油、化工和钢铁行业。在炼油和化工行业氢气除了作为燃料还是重要原料，主要用于加氢处理、加氢裂化和脱硫。如果炼油和化工业大量采用甚至全部使用绿氢，对于工艺过程脱碳有显著影响。 中国石化第一个绿氢炼化项目——鄂尔多斯1万t/a绿电制氢项目计划2022年建成投产，项目利用可再生电力电解制氢，所制氢气供中天合创煤化工项目。 该项目对于绿氢炼化有示范意义，大大有利煤化工降碳减排。 钢铁是工业碳排放大户，当前炼钢多采用焦炭作为铁矿石还原剂。为了解决碳排放问题，钢铁行业开始探索氢冶金技术，用氢代替焦炭和天然气作为还原剂可基本消除炼铁和炼钢过程中的绝大部分碳排放。 如果随着可再生能源成本下降，在轧铸环节使用可再生能源发电，最后基本可实现钢铁生产的近零排放。 03、氢能助益建筑领域的节能碳排 建筑行业实现碳中和的主要途径就是打造绿色建筑，探索燃料电池热电联产，采用燃料电池发电技术，以氢能完全或部分替代市政电网、天然气等传统能源，满足建筑对冷、热、电、生活热水等各种能源的需求。 这种燃料电池在建筑领域的应用不仅提高能源利用效率，而且能起到建筑用能和采暖降碳的作用，效果显著。 早在2009年在东京燃气公司与松下集团共同研发的家庭热电联供系统项目就已正式投入商业应用，这些燃料电池被安装在公寓以及普通住宅内，可以不依赖电网独立运行。 2020年欧委会发布了“革新浪潮”倡议，提出2030年所有建筑实现近零能耗；国内近年来也兴起这种绿色建筑理念，并有示范项目的报道。 04、氢能助力电力行业的绿色转型 电力行业是用能大户也是碳排放大户，碳排放约55%来自电力行业，而电力行业碳排放80%来自燃煤发电。 为实现碳中和目标，全球多个国家均已采取措施降低煤电比重，重点发展可再生能源发电。 近年来以光伏发电为代表的可再生能源发电成本显著下降，规模经济将发挥作用，成本有望进一步下降，从而推动该领域可持续发展。 然而，可再生能源中风电、光伏具有显著的间接性和波动性特点，大规模并网之后会对电力系统和电网稳定性产生冲击。 可再生电力制氢可实现清洁电力到氢能的大规模储存，是解决可再生能源消纳、平抑波动性和间歇性的重要手段。 可再生能源与储能系统的结合不仅可以有效提升可再生能源发电可靠性和稳定性，同时可以显著降低电力系统的碳排放，助力碳中和目标的实现。 搜索 复制 ...

H2-Industries开发了新颖、有效、环保的液态有机氢载体（LOHC）储能解决方案。LOHC是可以通过化学反应吸收和释放氢的有机化合物。因此，它们可以用作氢气的存储介质。 原则上，每个不饱和化合物（具有碳碳双键或三键的有机分子）在氢化过程中都可以吸收氢。 吸热脱氢和氢气纯化是催化剂储氢的主要缺点，限制了储存循环的整体效率。 一立方米LOHC可以安全储存 57 kgH2。 图片来源：www.whsdzg.cn LOHC开始是使用可再生电力通过电解水生产氢气。 在这个过程中，氢气化学结合在专有液体 LOHC中，该液体可以安全携带氢气，并用于在可扩展、紧凑的存储系统中安全地存储能量，这些系统环保（无排放）且具有几乎无限存储的容量。 通过化学结合氢，它也可以在常规条件下储存，和目前的做法不同。这使得氢气处理不仅更安全，而且更便宜。 使用 LOHC储氢，氢气不再需要以昂贵且能源密集型的方式进行冷却或压缩，从而实现更加经济的运输。 通过 LOHC，我们可以补偿发电和能源需求之间的时间波动和局部差异。例如，从可以将风能生产的氢气从德国北部输送到南部，而且氢气的使用可以减少炼油厂的CO2排放。   图片来源：www.zhidao.baidu.com   LOHC可以使用现有的柴油基础设施，并且可以长期安全地储存氢气而不会损失。 LOHC的主要缺点是脱氢过程需要大量的热量且载氢能力有限。但是与储罐储氢相比，LOHC使得氢气的存储和运输不仅更安全，而且更便宜。   图片来源：www.cannews.com.cn   H2-Industries 还为 LOHC技术开发了其他氢载体 例如甲基环己烷 (MCH) 和氨。作为使用 LOHC存储和运输H2的替代方案，H2工业还可以利用氢气和捕获的 CO2制造低成本、碳中性合成柴油 (eDiesel) 或可持续航空燃料 (SAF) ，具体取决于国际市场需求。   关于H2-Industries： H2-Industries由企业家 Michael Stusch 于2010年创立，总部位于纽约，研发和生产基地位于汉堡。 搜索 复制 ...