中國儲能網訊：近日，國內首座站內氫氣檢測實驗室――中國石化西灣子氫氣檢測實驗室在河北崇禮正式投運。該實驗室能完成燃料電池氫氣的13項典型指標檢測，將為保障北京冬奧會氫能質量安全可靠提供有力技術支撐，助力“綠色冬奧”。
隨著氫能產業(yè)在世界發(fā)展熱度進一步提升，氫能的利用情況已經開始成為國與國之間競技未來能源技術的展示窗口。即將開幕的2022年北京冬奧會上，中國對氫能的推廣和利用提前做好了布局――境內接力火炬全部應用氫燃料，在開幕式上使用氫燃料點燃北京冬奧賽場的主火炬，大量使用氫燃料電池車，以減少污染物排放。
氫能為何受到青睞？氫能對于低碳發(fā)展有何作用？記者采訪了清華大學清華三峽氣候與低碳中心、核能與新能源技術研究院副研究員歐訓民。
北京冬奧會氫能的大規(guī)模使用體現“綠色辦奧”理念，展現了我國加強綠色低碳技術研發(fā)和示范、實現“雙碳”目標的決心和勇氣
記者：2022年北京冬奧會將采用氫燃料火炬，還將大規(guī)模采用氫燃料電池汽車。在北京冬奧會上大規(guī)模應用氫能，對氫能的發(fā)展有什么意義？
歐訓民：從申辦到籌辦，北京冬奧會始終堅持綠色、低碳、可持續(xù)原則，“綠色辦奧”的理念貫穿于方方面面。
2019年6月，北京冬奧組委發(fā)布的《北京2022年冬奧會和冬殘奧會低碳管理工作方案》提出，以低碳能源、低碳場館、低碳交通、低碳標準為主要目標，采取碳減排和碳中和措施，實現北京冬奧會低碳目標。其中，在“低碳交通”這一部分，《方案》強調，用于賽事服務的客運車輛基本使用新能源，在各賽區(qū)推廣新能源汽車，積極推動符合相關車型目錄氫燃料車輛的示范應用，同時建設配套的充電樁、加氫站等，滿足賽區(qū)電動汽車、氫能源汽車運行需求。
為了在確保安全的前提下，最大限度應用節(jié)能與清潔能源車輛，北京冬奧組委制定了“北京賽區(qū)內，主要使用純電動、天然氣車輛；延慶和張家口賽區(qū)內，主要使用氫燃料車輛”的配置原則。我們了解到，北京冬奧會將示范運營1000多輛氫燃料電池車，30多個加氫站。其中，延慶賽區(qū)和張家口賽區(qū)將有700余輛氫燃料大巴車投入使用，至少30輛氫燃料電池客車負責賽時觀眾及工作人員的運輸。
此次北京冬奧會大規(guī)模使用氫燃料電池公交車及氫能火炬，體現國家擴大氫能應用場景的發(fā)展趨勢。在冬奧會上使用氫能，既可以減少交通等活動中的碳排放，協助實現綠色低碳奧運，也為氫能技術示范運行提供了大型平臺，驗證技術的同時也進行了公眾推廣。此外，這也展現了我國加強綠色低碳技術研發(fā)和示范、實現“雙碳”目標的決心和勇氣，并搭建起氫能相關的自主知識產權技術和產業(yè)發(fā)展的大舞臺。借助北京冬奧的機遇，氫能將有望被更多的民眾了解和認可，中國的氫能產業(yè)也有望進入高速發(fā)展的快車道。
記者：北京冬奧會將大規(guī)模采用氫燃料電池汽車，氫燃料電池汽車的工作原理是怎樣的？與傳統(tǒng)汽車及市面上電動汽車相比，氫燃料電池汽車有何優(yōu)勢？
歐訓民：氫燃料電池汽車是氫能較為常見的終端應用。近年來，隨著氫能產業(yè)的不斷發(fā)展，氫燃料電池汽車受到了廣泛重視。
氫燃料電池汽車和燃油車的結構較為相似，只是把燃油車的油箱換為儲氫罐，把燃油車的內燃機換為燃料電池動力系統(tǒng)。氫燃料電池汽車與普通燃油車的區(qū)別，主要在于動力系統(tǒng)。普通燃油車通常注入柴油或汽油，通過燃燒釋放化學能，以轉化為汽車的動能。氫燃料電池汽車中，氫燃料電池的工作原理是在氫與氧結合生成水的同時，將化學能轉化為電能。
具體說來，氫燃料電池由陽極、陰極和電解質組成。氫氣進入燃料電池的陽極，在催化劑的作用下分解為氫離子和電子。隨后，氫氣穿過質子交換膜到達陰極，在催化劑的作用下與氧氣結合成水，電子則通過外部電路向陰極移動，形成電流，電能通過電動機轉化為機械能，驅動車輛行駛。
和傳統(tǒng)汽車相比，氫燃料電池汽車在運行過程中沒有廢氣排放，只會排放水，因此不會污染環(huán)境。和電動汽車相比，氫燃料電池汽車的主要優(yōu)勢有三點：第一，補充能量快。氫燃料電池汽車加注氫氣的過程持續(xù)時間短，就像加油一樣，只需3到5分鐘就能充滿長途行駛所需的氫氣。第二，續(xù)航更長。氫燃料電池儲能密度高且重量輕，具有更長的續(xù)航里程，通常會超過500公里，甚至達到700公里以上。第三，氫燃料電池汽車更適合在寒冷氣候條件下行駛。
氫能作為清潔、高效、可持續(xù)的二次能源，在全球能源轉型方面被寄予厚望，但在制備、儲存和運輸方面還存在瓶頸。
記者：氫能在全球能源轉型的過程中扮演了什么樣的角色，有哪些主要的應用場景？目前，制約氫能發(fā)展的主要瓶頸是什么？
歐訓民：隨著應對氣候變化、實現“碳中和”的呼聲日益高漲，氫能在全球能源轉型方面被寄予厚望。作為一種清潔、高效、可持續(xù)的二次能源，氫能是構建未來以可再生能源為主的多元能源結構的重要載體，其開發(fā)和利用技術也成為了新一輪世界能源技術變革的重要方向。
氫是地球的重要組成元素，也是宇宙中最常見的物質。氫的來源多樣，不僅可以通過煤炭、石油、天然氣等化石能源重整、生物質熱裂解或微生物發(fā)酵等途徑制取，還可以來自焦化、氯堿、鋼鐵、冶金等工業(yè)副產氣，也可以利用電解水制取，特別是與可再生能源發(fā)電結合，不僅實現全生命周期綠色清潔，更拓展了可再生能源的利用方式。
氫具有燃燒熱值高的特點，約是同質量汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。通過燃料電池可實現綜合轉化效率90%以上，具有很高的經濟性。此外，氫燃燒的產物只有水，沒有污染物及碳排放，是世界上最干凈的能源，能夠有效緩解溫室效應和環(huán)境污染。
氫能之所以備受青睞，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，可以促進可再生能源的大規(guī)模發(fā)展。此外，氫能既可實現電力和氫氣之間的靈活轉化，又能搭建“橋梁”實現電、熱、冷乃至固體、氣體、液體燃料的互聯互通，構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用場景，大規(guī)模應用正從汽車交通領域逐步拓展至其他交通、工業(yè)和建筑領域。氫能除了可以用在燃料電池汽車、軌道交通和船舶交通等領域，還可應用于分布式發(fā)電，可為家庭住宅、商業(yè)建筑供電供暖；氫能還可以直接為石化、鋼鐵、冶金等化工行業(yè)提供高效原料、還原劑和高品質熱源。
不過，氫能也不是“盡善盡美”的。氫能在制備、儲存和運輸方面還存在一些技術和成本方面的障礙。首先，當前全球氫氣年產量約為7000萬噸，其中通過化石能源制取、在生產過程中排放二氧化碳的氫氣（灰氫）占比約95%，而制取過程中不排放二氧化碳的綠氫所占比例則較低。究其原因，是由于綠氫制備的主要裝備――電解槽的生產技術要求高、制造成本高。目前，全球電解制氫仍處于初始階段，遠未達到規(guī)?；?。
此外，氫氣還存在易揮發(fā)、易燃的特點，在運輸方面還存在“氫脆”現象，存在對輸配管道和容器產生破壞的潛在風險。這也對氫能設備的安全性提出了更高的要求。如何實現安全、高效、經濟的氫氣儲存，還有很大的努力空間。
記者：當前，世界氫能技術與產業(yè)發(fā)展趨勢是怎樣的？我國氫能的開發(fā)與利用情況又如何？
歐訓民：近年來，世界各國正以前所未有的速度推進氫能產業(yè)發(fā)展，不少國家都已認識到氫能在未來能源系統(tǒng)乃至社會系統(tǒng)中的地位和作用，競相開始搶占產業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的技術制高點。僅2020年，就有歐盟、德國、西班牙、加拿大等11個國家或區(qū)域發(fā)布氫能發(fā)展戰(zhàn)略。截至2020年底，占全球GDP總量52%的27個國家中，有16個已制定全面的國家氫能戰(zhàn)略，還有11個國家正在制定國家氫能戰(zhàn)略。氫能應用場景日漸豐富，交通領域應用規(guī)模穩(wěn)步提升，工業(yè)、建筑等領域應用方興未艾。
我國提出實現“碳中和”目標，對綠色低碳發(fā)展提出了更高要求，也為氫能產業(yè)的快速發(fā)展提供廣闊空間。2019年，氫能源首次寫入政府工作報告，明確將推動加氫等設施建設；2021年10月發(fā)布的《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》提出，統(tǒng)籌推進氫能“制儲輸用”全鏈條發(fā)展；推動加氫站建設；加強氫能生產、儲存、應用關鍵技術研發(fā)、示范和規(guī)模化應用。
根據《中國氫能源及燃料電池產業(yè)白皮書2020》，當前我國氫氣產能約每年4100萬噸，產量約3342萬噸，是世界第一產氫國。截至2020年底，我國建成加氫站128座，氫燃料電池汽車累計保有量達7000多輛。中國氫能聯盟預計到2050年，氫能在中國終端能源體系中占比超過10%，產業(yè)鏈年產值達到12萬億元。
隨著氫能產業(yè)受到國家相關部門及地方政府的高度重視，產業(yè)政策及標準、法規(guī)體系逐步完善，技術創(chuàng)新成效顯著，基礎設施建設以及車輛推廣初具規(guī)模。不過，我國氫能產業(yè)發(fā)展仍存在制約瓶頸。例如，電解水技術路線方面，仍存在不少短板和“卡脖子”現象，部分關鍵材料及核心零部件嚴重依賴進口的局面還沒有得到根本改觀。另外，氫能發(fā)展在地區(qū)間的差異十分明顯，部分地區(qū)發(fā)展氫能的產業(yè)基礎相對薄弱，卻存在氫能項目一哄而上、倉促上馬的情況。
要客觀清醒認識氫能的角色與氫能產業(yè)發(fā)展面臨的困難與挑戰(zhàn)，理性推進中國氫能產業(yè)高質量發(fā)展。
記者：目前也有聲音指出，氫能雖有較大潛力，但熱潮之中仍有不少需要冷靜思考和解決的問題。您認為“氫能熱潮”中有哪些問題需要審慎對待？
歐訓民：我非常認同“氫能熱”中的冷思考的提法。事實上，從全球來看，“氫能熱”已經發(fā)生過2、3次了。在數次熱潮的發(fā)展中，隨著油價回落、應對氣候變化政策的不確定性以及基礎設施建設等問題，熱潮并沒有轉化成持續(xù)的投資，且未形成大的產業(yè)規(guī)模。目前，全球氫能產業(yè)仍處于商業(yè)化早期，尚未形成成熟、固定的盈利模式，主要受政策推動，需要依靠各國政府大規(guī)模補貼才能發(fā)展。
本次“氫能熱”既有近十年技術發(fā)展進步的推動，也有低碳發(fā)展目標的需求拉動。但是熱潮能否轉變成長久持續(xù)、逐步前進的發(fā)展趨勢，還需要多方面助力。比如氫能制儲運用各環(huán)節(jié)技術的突破，以及在個別場合真正實現大規(guī)模的應用，帶動基礎設施的建設和氫能生產成本的下降。對國內的氫能技術和產業(yè)基礎而言，與先進國家相比尚有差距，既需要立足于自身資源稟賦，通過自主科研、合作開發(fā)進行發(fā)展，同時也要注重制定和完善標準、專利等知識產權標準，推進氫能開發(fā)利用。
值得指出的是，不少相關技術的進步和突破需要進行高強度、長時間的資源和成本的投入，不要過于樂觀，更不要幻想能一蹴而就，在幾年之內就建立起氫能社會。作為二次能源，氫能利用的確具有其獨特的優(yōu)勢，也具有較大的潛力，但我們需要更加客觀和清醒地認識氫能的角色，以及氫能產業(yè)發(fā)展面臨的困難與挑戰(zhàn)，理性推進，以期實現中國氫能產業(yè)的高質量發(fā)展。
記者：在“雙碳”背景下，氫能的未來發(fā)展走向如何？對于促進我國氫能產業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，您有哪些建議？
歐訓民：二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和，這是中國對國際社會的承諾。這意味著我國在持續(xù)為減緩氣候變化影響作貢獻的基礎上，按下了減碳的加速鍵，并將采取更加有力的政策和措施。
2021年四季度以來，關于“碳達峰、碳中和”的政策和措施紛紛出臺，引發(fā)全社會關注。2021年10月24日，中共中央、國務院印發(fā)《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》；2021年10月26日，國務院印發(fā)《2030年前碳達峰行動方案》，在這兩份“雙碳”頂層設計的文件中，氫能被多次提及，寄予厚望。
據不完全統(tǒng)計，目前，全國有30個省份、150多個城市在其“十四五”規(guī)劃中提及氫能發(fā)展，有50多個城市出臺了地方氫能產業(yè)發(fā)展專項規(guī)劃。根據各省區(qū)市規(guī)劃目標，到2025年全國將建成加氫站超過1000座，推廣氫燃料車超過54000輛。業(yè)內預計，隨著“雙碳”戰(zhàn)略的實施推進，中國氫能產業(yè)發(fā)展將進一步提速。
在“雙碳”背景下，我國氫能的未來發(fā)展具有良好前景，尤其是綠氫的發(fā)展，有望成為接下來幾十年的能源轉型中的關鍵角色。建議未來我國氫能產業(yè)從技術研發(fā)、產業(yè)布局和降低成本等多個方面推動可持續(xù)的健康發(fā)展。例如，需要加強電解水制氫等氫能制取技術的研發(fā)布局，在不同類型的多條技術路線上都有所突破；科學規(guī)劃氫能輸配、加注等基礎設施建設的時間和空間分布，有效匹配氫能制取和應用；在擴大氫能應用規(guī)?；A上，進行配套的商業(yè)模式創(chuàng)新和能源管理機制調整，降低氫能全產業(yè)鏈成本。
