中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：使用氫氣作為燃料的燃料電池車即將在兩年后上市銷售。在汽車企業(yè)競(jìng)相為壓縮車輛價(jià)格而開(kāi)發(fā)技術(shù)的同時(shí)，供氫基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也已經(jīng)展開(kāi)。作為燃燒時(shí)不排放二氧化碳的能源，氫氣要想為構(gòu)建低碳社會(huì)助一臂之力，還必須跨越幾道難關(guān)。
從全球采購(gòu)氫氣，為燃料電池車（FCV）、辦公樓和家庭的燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)設(shè)備，以及火力發(fā)電提供燃料——到2030年代，或許將出現(xiàn)這樣的景象。
氫氣與氧氣混合燃燒只生成水和熱，是不排放二氧化碳的能源。如果用作燃料電池和燃?xì)饣鹆Πl(fā)電的燃料，就能實(shí)現(xiàn)發(fā)電時(shí)不排放二氧化碳，從而促進(jìn)低碳社會(huì)的實(shí)現(xiàn)。
氫氣并非像化石燃料那樣，通過(guò)開(kāi)采即可獲得?，F(xiàn)在常見(jiàn)的制造方式，是對(duì)天然氣、石油、煤炭進(jìn)行改質(zhì)。也就是利用催化劑，使化石燃料中含有的烴與高溫高壓的水蒸氣發(fā)生反應(yīng)。在鋼鐵廠、煉油廠制造鋼鐵和汽油的過(guò)程中，煤炭和石油中含有的烴也會(huì)生成氫氣。這叫作副生氫氣。除此之外，向水中通電使水分解也能制造出氫氣。
燃料電池車上市成為出發(fā)點(diǎn)
氫氣如今之所以備受關(guān)注，一個(gè)原因是豐田汽車公司和本田技研工業(yè)公司即將在2015年上市燃料電池車。兩家公司已于11月相繼發(fā)布了試制車。日產(chǎn)汽車公司也計(jì)劃在2017年上市燃料電池車。
在燃料電池車上市之際，石油批發(fā)公司和燃?xì)夤疽矊㈤_(kāi)始在日本國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)100座加氫站。經(jīng)營(yíng)化石燃料的企業(yè)將搖身一變，成為氫氣供應(yīng)者。按照計(jì)劃，到有望實(shí)現(xiàn)全面普及的2020年，加氫站將增加到1000座。伴隨燃料電池車上市的號(hào)角，氫供應(yīng)鏈（供應(yīng)網(wǎng)）的商業(yè)化也將啟動(dòng)。
氫氣成為關(guān)注焦點(diǎn)的另一個(gè)原因是，有些企業(yè)正躍躍欲試，準(zhǔn)備把海外制造的氫氣進(jìn)口到日本。這與石油和燃?xì)夤纠萌毡緡?guó)內(nèi)制造的氫氣開(kāi)展業(yè)務(wù)形成了鮮明對(duì)比。進(jìn)口氫氣的關(guān)鍵在于長(zhǎng)途運(yùn)輸氫氣的技術(shù)，并且還要有能夠以低廉的價(jià)格大量供應(yīng)氫氣的國(guó)家。
裝入普通塑料瓶中的氫氣
“這里面裝的是氫氣”，在千代田化工建設(shè)公司氫鏈?zhǔn)聵I(yè)推進(jìn)單元代理總經(jīng)理、氫事業(yè)推進(jìn)部門(mén)負(fù)責(zé)人白崎智彥這樣說(shuō)道。他手中拿著一個(gè)市面上常見(jiàn)的塑料瓶，其中裝著透明的液體。時(shí)間是10月16日清晨，當(dāng)時(shí)，日本自由民主黨議員與政府的課長(zhǎng)級(jí)官員正在召開(kāi)研究會(huì)。
過(guò)去，氫氣無(wú)法在常溫常壓下裝入塑料容器運(yùn)輸。而千代田化工開(kāi)發(fā)的“有機(jī)化學(xué)氫化物法”能夠使氫氣與甲苯發(fā)生反應(yīng)，生成“甲基環(huán)己烷”（MCH）液體。從甲基環(huán)己烷中分離氫氣雖然一直是個(gè)難題，但借助自主開(kāi)發(fā)的催化反應(yīng)技術(shù)，千代田化工取得了成功。
一般來(lái)說(shuō)，運(yùn)輸氫氣有兩種形式，一是直接在高壓下壓縮氣體的“壓縮氫氣”，二是在零下253℃的極低溫度下液化的“液氫”。壓縮氫氣適合為燃料電池車加氣。相比壓縮氫氣，液氫則具有儲(chǔ)藏、運(yùn)輸效率高的特點(diǎn)。
而甲基環(huán)己烷在常溫常壓下能夠壓縮到原本體積的500分之1?？梢匝赜矛F(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，使用運(yùn)輸化學(xué)原料的“化學(xué)品運(yùn)輸船”和貨運(yùn)列車運(yùn)輸。
千代田化工將首先向產(chǎn)油國(guó)的化學(xué)原料工廠采購(gòu)副生氫氣，在當(dāng)?shù)刂瞥杉谆h(huán)己烷，然后進(jìn)口到日本。該公司將于2015財(cái)年在川崎市沿海的工業(yè)區(qū)建成投產(chǎn)一座利用甲基環(huán)己烷分離氫氣的工廠。利用現(xiàn)有的管線，向該地區(qū)的化學(xué)企業(yè)和石油公司輸送、銷售氫氣。業(yè)務(wù)初期瞄準(zhǔn)的是煉油廠的脫硫工藝，以及化學(xué)產(chǎn)品原料的需求。氫氣的售價(jià)將力爭(zhēng)達(dá)到1立方米330日元。與該公司合作開(kāi)展業(yè)務(wù)的川崎市稱，計(jì)劃1年銷售約7億立方米。
與此同時(shí)，千代田化工還將開(kāi)拓氫氣作為燃料的需求。爭(zhēng)取于2015財(cái)年，使世界上第一座商用化氫氣發(fā)電站在川崎市投入運(yùn)轉(zhuǎn)。將把進(jìn)口的氫氣與化石燃料混合制成燃料。氫氣比例預(yù)計(jì)最大為70％。該公司準(zhǔn)備首先展示成功案例，借此取得發(fā)電公司和社會(huì)對(duì)于氫氣發(fā)電的信賴。白崎信心十足地說(shuō)：“2030年～2050年，如果氫氣發(fā)電能夠占到日本發(fā)電總量的25％，就能在降低成本的同時(shí)減少二氧化碳?！?
川崎重工業(yè)公司也計(jì)劃從2017年開(kāi)始，著手開(kāi)展從澳大利亞進(jìn)口氫氣的業(yè)務(wù)。該公司將全面分析業(yè)務(wù)前景，如商用化有望，就在2030年增加進(jìn)口量。按照估算，能夠進(jìn)口的總量可供1臺(tái)65萬(wàn)千瓦功率的燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合發(fā)電機(jī)，或是約300萬(wàn)輛燃料電池車使用1年。此外，該公司還在考慮從俄羅斯進(jìn)口氫氣。
尋找“零碳”氫氣！
開(kāi)展氫氣業(yè)務(wù)的關(guān)鍵是已經(jīng)投入實(shí)用的液氫儲(chǔ)藏和運(yùn)輸技術(shù)。川崎重工成功地把陸地油罐和油罐車的液氫蒸發(fā)率降低到了0.1％左右。并利用該技術(shù)建造了兩艘裝載量為2500立方米的船舶，其運(yùn)輸量可供3.5萬(wàn)輛燃料電池車使用1年。到2030年擴(kuò)大業(yè)務(wù)規(guī)模時(shí)，該公司將一舉拓展規(guī)模，建造2艘16萬(wàn)立方米規(guī)模的運(yùn)輸船。
川崎重工看中了澳大利亞南東部維多利亞州拉特羅布河谷的褐煤。因?yàn)榘l(fā)熱量低、容易自燃，褐煤的用途十分有限。在當(dāng)?shù)?，褐煤的價(jià)格還不到煤炭的3分之1。
川崎重工計(jì)劃2017年以后，在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)氫氣制造和液化工廠。利用氣化爐從褐煤中分離氫氣并進(jìn)行液化。通過(guò)使用當(dāng)?shù)氐土碾娏Y源進(jìn)行液化，還能夠降低冷卻成本。
但是，褐煤氣化會(huì)釋放出二氧化碳。為此，川崎重工預(yù)定在2030年開(kāi)展商用化時(shí)，將回收二氧化碳，把封存工作委托給維多利亞州政府主導(dǎo)的二氧化碳捕集及封存（CCS）業(yè)務(wù)“碳網(wǎng)”。按照計(jì)劃，二氧化碳將通過(guò)管線運(yùn)送至距岸80公里的海底，在海底挖井封存。
另外，在俄羅斯，川崎重工也與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)交換了備忘錄，現(xiàn)在正在探討商業(yè)化事宜。雙方計(jì)劃建設(shè)工廠，利用臨近堪察加半島的馬加丹州水力發(fā)電站的剩余電力，通過(guò)電解水制造氫氣。在可再生能源豐富的國(guó)家，因?yàn)樾枨笊?，生產(chǎn)的電能白白浪費(fèi)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。在這些地方，剩余電能的價(jià)格低廉，有助于降低氫氣制造成本。
川崎重工把目光投向CCS和可再生能源的理由十分明確。在該公司看來(lái)，在發(fā)電時(shí)和制造時(shí)都不排放二氧化碳的“零碳”將成為氫氣市場(chǎng)發(fā)展的條件。
技術(shù)開(kāi)發(fā)本部技術(shù)策劃推進(jìn)中心氫氣項(xiàng)目部部長(zhǎng)西村元彥說(shuō)：“日本的目標(biāo)是到2050年，使溫室氣體減少80％。在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的過(guò)程中，擴(kuò)大零碳?xì)錃獾氖褂脤?duì)于減輕國(guó)民的成本負(fù)擔(dān)非常有效?！边@是川崎重工在日本能源綜合工學(xué)研究所的協(xié)助下，通過(guò)推測(cè)到2050年的能源利用動(dòng)向得出的結(jié)論。
千代田化工未來(lái)也打算組合利用CCS。要想讓氫氣為日本的低碳化做出貢獻(xiàn)，就需要更多的供應(yīng)源?，F(xiàn)在，許多企業(yè)已經(jīng)暗中展開(kāi)了供應(yīng)源爭(zhēng)奪戰(zhàn)。
某企業(yè)的高管說(shuō)：“現(xiàn)在，我們已經(jīng)羅列出產(chǎn)油和產(chǎn)氣國(guó)的開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)、化學(xué)工廠等副生氫氣供應(yīng)源，開(kāi)始進(jìn)行調(diào)查?！币?yàn)橘Y源國(guó)并未利用副生氫氣，而是直接排放到空氣中，所以有望降低采購(gòu)價(jià)格。南美和亞洲的大規(guī)模水力發(fā)電站、澳大利亞和北美等地的大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)等都是有力候選。
除此之外，還不能忘記日本國(guó)內(nèi)寶貴的供氫源。石油批發(fā)商的煉油廠擁有的氫氣制造裝置就是其中之一。幾乎所有的煉油廠都擁有氫氣制造裝置。供制造汽油需要的脫硫工序使用。日本石油能源技術(shù)中心稱，這些裝置相加，2010年的供氫能力為43億立方米，可供應(yīng)430萬(wàn)輛燃料電池車。到2015年，這些設(shè)備預(yù)計(jì)將成為主要的供氫網(wǎng)點(diǎn)。
鋼鐵廠也能制造副生氫氣。但外銷的希望不大。為了節(jié)能、減少二氧化碳排放，鋼鐵公司都利用含有副生氫氣的氣體自行生產(chǎn)燃料。某鋼鐵廠的高管解釋說(shuō)：“燃料電池車需要高純度的氫氣，考慮到提純成本，鋼鐵廠自產(chǎn)自消副生氫氣更加合理。到2050年，我們將把使用氫氣還原鐵礦石的技術(shù)投入實(shí)用。沒(méi)有余力外銷?！?
減少能源消費(fèi)資金外流
要想普及利用氫氣作為燃料，價(jià)格要到多少才合適？日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）表示，刨除加氫站的利潤(rùn)，現(xiàn)在的供氫成本為1立方米120日元左右。按照該機(jī)構(gòu)的發(fā)展藍(lán)圖，這個(gè)價(jià)格將在2015年降低到90日元，到2020年僅為60日元。降低成本必須要開(kāi)拓價(jià)格低廉的供氫源，并通過(guò)普及燃料電池車擴(kuò)大需求。而且，轉(zhuǎn)嫁到價(jià)格中的加氫站的建設(shè)費(fèi)和運(yùn)營(yíng)成本也需要壓縮。
尤其是建設(shè)費(fèi)，包括土地費(fèi)用在內(nèi)，日本現(xiàn)在的建設(shè)費(fèi)據(jù)說(shuō)是歐美的2～3倍。因?yàn)榻?jīng)營(yíng)的是高壓、可燃性強(qiáng)的氫氣，所以日本國(guó)內(nèi)對(duì)于加氫站的要求比歐美更加嚴(yán)格，這也是導(dǎo)致成本增加的原因。要想降低成本，就要把規(guī)制放寬到與歐美相當(dāng)?shù)乃健?
日本企業(yè)和政府期待氫氣社會(huì)到來(lái)的一個(gè)原因是“肥水不流外人田”。日本能源綜合工學(xué)研究所表示，以汽油為例，由于作為原料的原油價(jià)格高，使用者支付的金額約5成落入了中東產(chǎn)油國(guó)的囊中。
而氫氣社會(huì)到來(lái)后，日本國(guó)內(nèi)企業(yè)得到的資金回流將會(huì)加大。由于日本國(guó)內(nèi)企業(yè)擁有運(yùn)輸和加氫站等技術(shù)，在通過(guò)對(duì)天然氣進(jìn)行改質(zhì)制造氫氣時(shí)，流向海外的資金就相對(duì)較少。向海外采購(gòu)氫氣的時(shí)候，運(yùn)輸、儲(chǔ)藏也有望大量采用日本的技術(shù)。
剛剛在10月發(fā)行了《世界氫氣基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目總覽》的日經(jīng)BP清潔技術(shù)研究所稱，到2015年，世界氫氣相關(guān)市場(chǎng)規(guī)模約為7萬(wàn)億日元。之后，燃料電池車與定置燃料電池將帶動(dòng)市場(chǎng)擴(kuò)大，市場(chǎng)規(guī)模將在2020年超過(guò)10萬(wàn)億日元，到2030年將達(dá)到約37萬(wàn)億日元。到那時(shí)，各國(guó)的發(fā)電企業(yè)都將積極投資氫氣發(fā)電，投入運(yùn)營(yíng)。2050年的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)期高達(dá)160萬(wàn)億日元。
利用產(chǎn)業(yè)培育的技術(shù)引領(lǐng)世界，同時(shí)減少資金外流——除了實(shí)現(xiàn)低碳社會(huì)，日本力爭(zhēng)2030年代實(shí)現(xiàn)的氫氣社會(huì)還承載著這樣的期待。
