“綠色氫氣”是解決未來能源利用的關(guān)鍵一環(huán)，也是促進可再生能源發(fā)展的一個推進器。
（來源：微信公眾號“歐洲海上風(fēng)電”ID：EU_offshore 作者：Eric）
眾所周知，氣候變化、全球變暖是全球面臨的重大危機，減少碳排放、降低碳化石能源使用比例，積極發(fā)展清潔能源、可再生能源是大家達成的共識，其中發(fā)展氫能也是能源轉(zhuǎn)型技術(shù)路線之一。早在2006年，我國長期的科學(xué)發(fā)展綱要里面就對氫能進行了規(guī)劃，后來中國制造2025國家節(jié)能與新能源汽車路線圖上也把氫能源和燃料電池汽車作為了一個發(fā)展的主要方向，隨后在2016年國家發(fā)改委、能源局聯(lián)合印發(fā)的能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃里，也包括了氫能和燃料電池應(yīng)用。特別是2019年的兩會，總理在政府工作報告里面明確了“推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”，更是掀起了國內(nèi)氫能發(fā)展的高潮。
本號也早已關(guān)注氫能利用，推出多篇風(fēng)電和氫能的結(jié)合利用、“綠色氫氣”的文章。在今年1月阿布扎比舉行的IRENA大會上，一個小組討論認為“綠色氫氣”可能是未來五年制氫方式中最環(huán)保、最有前景的，本號也認為發(fā)展“綠色氫氣”大有可為。不過說得這么熱鬧，什么是“綠色氫氣”呢？氫氣怎么用呢？未來前景如何呢？今天我們來探討一下。
1認識氫氣
氫氣是無毒、無色氣體，它是最地球上豐富的元素。據(jù)估計，氫原子約占宇宙總質(zhì)量的四分之三。氫氣除了用于我們所了解發(fā)電、交通燃料等方面外，它還被廣泛用作煉油，氨和甲醇生產(chǎn)以及鋼鐵制造中。每年全球?qū)錃獾男枨鬄?000萬噸。隨著未來氫能利用終端的增加，預(yù)計對于氫氣需求量還有增長空間。
氫是如何產(chǎn)生的？
地球上沒有天然氫沉積物，必須通過化學(xué)方法將其從其他化合物中提取出來，主要有甲醇制氫、水電解制氫、天然氣制氫三種制氫方式。當前，絕大多數(shù)工業(yè)氫是通過稱為蒸汽甲烷重整（SMR）的過程從天然氣中產(chǎn)生的。
小知識SMR：天然氣制氫，又名烴類蒸汽重整制氫技術(shù)（Steam Methane Reforming），是在催化劑作用下，將天然氣中烴類成分與蒸汽反應(yīng)，生成含氫混合氣，并經(jīng)過一系列的換熱冷卻，最終與雜質(zhì)氣體進行分離得到滿足用戶要求純度氫氣的過程。變壓吸附技術(shù)（Pressure Swing Adsorption），是根據(jù)不同吸附劑在不同壓力下對不同氣體的吸附能力的不同而對吸附氫氣中的雜質(zhì)氣體，最終進行提純氫氣的技術(shù)。甲烷蒸氣重整制氫（SMR）方程式如下：
由于這類氫主要通過碳氧化合物生產(chǎn)，即天然氣和煤炭，因此，生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的溫室氣體——二氧化碳，對環(huán)境不友好。因此這種方式生產(chǎn)的氫氣也被稱為棕色、灰色或者藍色氫氣。據(jù)統(tǒng)計，2017年，全球氫氣生產(chǎn)二氧化碳排放量超過了整個德國和全球航運業(yè)的排放。
2017年按國家的二氧化碳排放量（百萬噸二氧化碳/年）
此外，鮮為人知的是，甲烷本身造成全球變暖潛力是二氧化碳的85倍，因此，SMR工藝從其來源直至整個過程的任何少量氣體泄漏也是造成氣候變化的重要因素。使用SMR工藝制氫對環(huán)境影響很大。
2“綠色氫氣”
除了上面說的制氫工藝，氫氣也可以通過電解水（使用電流將水分解為氫和氧）來產(chǎn)生。任何資源生產(chǎn)的電力都能用來電解水制氫氣，如果此時使用的電能是由可再生能源（例如太陽能或風(fēng)電）產(chǎn)生的，在生產(chǎn)過程中將基本上不會產(chǎn)生溫室氣體，因此我們把這種方式生成的氫氣叫“綠色氫氣”?？稍偕茉措娊庵茪溥^程示意圖如下.
通過可再生能源進行電解制氫的過程
和傳統(tǒng)的制氫方式相比，“綠色氫氣”有幾個突出優(yōu)點。
生產(chǎn)的原材料是”綠色的“，不論水還是用來發(fā)電的可再生能源，對環(huán)境友好
電解水制氫只會生成氫氣和氧氣，也不會產(chǎn)生碳氧化合物對環(huán)境造成污染
可以解決可能生能源發(fā)電過剩、發(fā)電間歇性的困境
制氫用的原料水，可以說是”無窮無盡“的
3為什么發(fā)展”綠色氫氣“
到2019年底，全球太陽能光伏和風(fēng)能的累計裝機容量約為1251吉瓦，到2024年，這一數(shù)字將翻一番。隨著可再生能源裝機容量的激增，它們已經(jīng)，并且將繼續(xù)變得越來越便宜。如，美國是世界第二大太陽能市場，目前購電協(xié)議（PPA）普遍低于每兆瓦時（MWh）25美元。在全球范圍內(nèi)，我們通常會看到最低PPA的記錄。
2009年12月-2019年上半年全球太陽能PV PPA價格
可再生能源發(fā)電間歇性問題再加上PPA價格下降，導(dǎo)致在某些情況下可再生能源電力價格為負。但是，”綠色氫氣“可幫助緩解甚至解決其中的一些問題?！本G色氫氣”與可再生能源配合可以彌補發(fā)電間歇的問題，起到”削峰填谷”作用，保障電網(wǎng)的安全運行。此外，可再生能源生產(chǎn)的氫氣也可以在大型罐中長期存儲，以便出售給工業(yè)應(yīng)用，或者作為居民終端燃料使用。為太陽能和風(fēng)電項目提供額外的盈利機會。
未來增長
盡管”綠色氫氣“目前缺乏成本競爭力，但預(yù)測將來仍將是一個增長的市場。這也是為什么看到某國雖然退出巴黎協(xié)定，但還是要支持”綠色氫氣”的原因。整體來看，從2000年到2019年底，共部署了253兆瓦的綠色氫氣項目。但到2025年，全球范圍內(nèi)將會再部署3205 兆瓦的綠色氫氣項目，較此前增長了1272％。
2020年至2025年項目總裝機容量（MW）
4結(jié)語
雖然過去幾年，“綠色氫氣”市場規(guī)模較小、成本較高，但是未來在東亞地區(qū)以及國際投資者的推動下，將促成2019-2025年市場規(guī)模大幅地增長。到2025年，盡管“綠色氫氣”的競爭力如何還不好預(yù)測，但是隨著一些重點、試點項目的上馬，以及今后項目規(guī)?；陌l(fā)展將助力“綠色氫氣”成本下降，挑戰(zhàn)現(xiàn)有傳統(tǒng)能源的主導(dǎo)地位。讓我們拭目以待吧。
部分資料來源：伍德麥肯茲
