绿氢:纯正的零碳新能源

来源:科技日报 日期:2022-02-27

  根据预测,要实现2030年碳达峰目标,我国氢气的年需求量将达到3715万吨;在2060年实现碳中和,氢气的年需求量将达到1.3亿吨,其中可再生能源制氢(绿氢)规模有望达到1亿吨。

  北京冬奥会已落下帷幕,本届冬奥会除了是一场冰雪盛宴外,还是一场氢能盛会。

  与东京奥运会只是部分火炬使用氢燃料相比,北京冬奥会将火炬燃料全部替换为氢能,同时,北京冬奥会投入的氢燃料车辆数约为东京奥运会的两倍。2月4日晚,在北京2022年冬奥会张家口赛区,由中国石油自主研发的绿氢还点燃了太子城火炬台。这是本届冬奥会唯一一个由绿氢点燃的火炬台,更是冬奥近百年历史上首支以绿氢作为燃料的火炬。

  绿氢,也因此走入了大众视野。

  绿氢是发展氢能的初衷

  什么是绿氢?

  所谓绿氢,是指利用可再生能源分解水得到的氢气,其燃烧时只产生水,从源头上实现了二氧化碳零排放,是纯正的绿色新能源,在全球能源转型中扮演着重要角色。

  专家解释,虽然氢能是清洁的可再生能源,在释放能量的过程中没有碳排放,但目前生产氢能的过程却并不是百分之百“零碳”。

  氢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,而氢能作为一种二次能源,需要通过制氢技术进行提取。目前,现有制氢技术大多依赖化石能源,无法避免碳排放。而根据氢能生产来源和生产过程中的排放情况,人们又将氢能分别冠以灰氢、蓝氢、绿氢之称。

  灰氢,是通过化石燃料燃烧产生的氢气,在生产过程中会有二氧化碳等的排放。目前,市面上绝大多数氢气是灰氢,约占当今全球氢气产量的95%。

  蓝氢,可以由煤或天然气等化石燃料制得,在蓝氢的制备过程中可以将二氧化碳副产品捕获、利用和封存(CCUS),从而实现碳中和。虽然天然气也属于化石燃料,在生产蓝氢时也会产生温室气体,但由于使用了CCUS等先进技术,温室气体被捕获,减轻了对地球环境的影响,实现了低排放生产。

  “绿氢是发展氢能的初衷。”国际氢能学会副主席、清华大学教授毛曾强曾强调,发展氢能就是为了能源的“去碳化”,只有通过无碳能源生产“绿色的氢”,才能实现这一目标。

  由此可见,尽管所有“颜色”的氢都将在未来发挥作用,但归根结底,绿氢是最具可持续性且真正无碳的,因此它也正成为全球氢能发展的焦点。

  数据显示,截至2020年底,全球已有约70个在建的绿氢项目,其中吉瓦(GW)级项目已超过20个。去年,欧洲还提出了2024年建成6GW、2030年建成近40GW电解绿氢产能的发展目标。

  国际投资银行高盛全球投资研究部门最近发布的报告《清洁氢革命》则认为,清洁氢是全球实现净零排放路径的关键和各国能源结构的关键支柱,依靠清洁氢路径可以减少全球温室气体排放量的15%(二氧化碳排放量的20%)。报告称,全球范围内超过30个国家推出氢战略和路线图,承诺到2030年时,清洁氢的装机容量比2020年增加400倍以上,并保障绿氢的年均增长速度提高50倍。

  我国绿氢发展方兴未艾

  在绿氢火炬之前,我国绿氢开发就已初露端倪。

  2020年1月,全球第一个规模化太阳燃料合成示范项目于兰州新区试车成功。该项目的关键技术之一就是中国科学院院士、中国科学技术大学化学与材料科学学院院长李灿团队开发的高效、低成本、长寿命规模化电催化分解水制氢技术。当年10月,全球首套“液态阳光加氢站”一体化装置示范成功。2021年底,中国第一个万吨级光伏绿氢示范工程在新疆库车正式启动。

  2020年12月21日,我国发布了《新时代的中国能源发展》白皮书,提出加速发展绿氢制、储、用等氢能产业链技术装备,促进氢能燃料电池技术链、氢燃料电池汽车产业链发展,支持能源各环节多场景储能应用,着力推进储能与可再生能源互补发展。

  中国科学院院士、中国石油深圳新能源研究院院长邹才能介绍,早在2012年,中国石油勘探开发研究院(以下简称中石油勘探院)就率先组建了纳米技术研发团队,“这支团队在金旭博士的带领下,超前开展了能源新材料与技术的攻关研发。2017年,他们开始聚焦电解水与光解水两条技术路线,经过5年的研发和储备,已经初步具备产业化基础。”2020年,该单位又重新组建了一支20余人的氢能技术研发团队,专业从事绿氢的制备、高效储运和特色场景应用等技术攻关。

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