中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，在全球能源轉(zhuǎn)型和應(yīng)對(duì)氣候變化中扮演著日益重要的角色。本版今日起刊發(fā)“關(guān)注氫能”系列科普?qǐng)?bào)道。這一期，讓我們先來了解什么是氫能吧。
清潔低碳
氫在元素周期表中位于第一位，是地球上質(zhì)量最輕的化學(xué)元素。氫在地球上主要以化合物的形態(tài)儲(chǔ)存于水和化石燃料中，是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)，構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%。
氫儲(chǔ)量豐富，來源廣泛，能夠滿足大規(guī)模應(yīng)用需求。在氫的應(yīng)用過程中，氫與氧反應(yīng)只生成能量和水，氫在燃料電池電化學(xué)反應(yīng)過程中或是作為工業(yè)原料，都不會(huì)產(chǎn)生污染物和二氧化碳，可以真正實(shí)現(xiàn)零碳排放。
氫不僅可以作為單一的能源載體，還能夠與其他化學(xué)元素結(jié)合生成多種氫基衍生物，如氨、甲醇等，在能源和工業(yè)領(lǐng)域具有豐富的應(yīng)用場景。氨由氫氣和氮?dú)夥磻?yīng)合成，是化肥生產(chǎn)的關(guān)鍵原料，還可作為無碳燃料或氫氣的運(yùn)輸載體，解決現(xiàn)階段氫氣儲(chǔ)存和運(yùn)輸不便的難題。甲醇由氫氣與一氧化碳或二氧化碳反應(yīng)生成，是化工生產(chǎn)的重要原料，也因較高的能量密度和相對(duì)穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，成為燃料電池與內(nèi)燃機(jī)的替代燃料之一。
與其他常見燃料相比，氫熱值高，利用形式多樣，可作為替代化石燃料的新型燃料。氫既可以通過氫內(nèi)燃機(jī)和氫燃?xì)廨啓C(jī)直接燃燒提供動(dòng)力和電力，還能夠通過氫燃料電池發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)供電供熱。
氫能是指氫作為能量載體通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能源。比如，氫氣在燃料電池中與氧氣反應(yīng)生成水，并在此過程中產(chǎn)生電能；或直接燃燒產(chǎn)生熱能。氫能在自然界不是天然存在的，需要通過一次能源化學(xué)加工或轉(zhuǎn)化產(chǎn)生。氫能具有來源廣泛、便于儲(chǔ)存、靈活高效、清潔低碳、安全可控的特點(diǎn)，被廣泛認(rèn)為是未來最具有發(fā)展?jié)摿Φ亩文茉矗鸩匠蔀槿蚰茉崔D(zhuǎn)型發(fā)展的重要載體之一。
氫能可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模存儲(chǔ)、遠(yuǎn)距離輸送和“氫—電”互換，對(duì)于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全具有重要意義。一方面，氫能可以規(guī)?；娲茉?，降低我國油氣對(duì)外依存度。通過可再生能源大規(guī)模電解水制取的氫氣（綠氫），可在交通、化工等領(lǐng)域大規(guī)模替代石油和天然氣，有效減少油氣進(jìn)口，保障國家能源對(duì)外安全。另一方面，建立“電氫體系”，可以實(shí)現(xiàn)國家能源供給多元化。氫能作為實(shí)體能源，運(yùn)輸途徑多樣，能實(shí)現(xiàn)跨時(shí)間和跨地域的時(shí)空轉(zhuǎn)移。未來如果建成氫能供給與應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，可以提升我國能源系統(tǒng)的安全性。
我國具有良好的制氫基礎(chǔ)與大規(guī)模的應(yīng)用市場，發(fā)展氫能優(yōu)勢(shì)顯著。近年來，氫能的應(yīng)用場景加速拓展，產(chǎn)業(yè)鏈中下游實(shí)現(xiàn)“多點(diǎn)開花”。我國首列氫能源市域列車成功達(dá)速試跑，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)、全場景、多層級(jí)的性能驗(yàn)證；全球首個(gè)氫氣品質(zhì)移動(dòng)檢測車公開亮相，攻克可移動(dòng)化氣體痕量高精度分析技術(shù)的“卡脖子”難題；國家能源氫儲(chǔ)運(yùn)創(chuàng)新平臺(tái)推動(dòng)我國氫儲(chǔ)運(yùn)關(guān)鍵技術(shù)自主化和產(chǎn)業(yè)鏈自控……
氫能產(chǎn)業(yè)鏈
氫能產(chǎn)業(yè)鏈有多個(gè)環(huán)節(jié)，上游是氫氣的制備環(huán)節(jié)，中游是氫氣的儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)，下游是氫氣的加注與應(yīng)用環(huán)節(jié)。
氫氣需要通過制氫技術(shù)進(jìn)行提取。氫氣的主要制取技術(shù)包括化石燃料制氫（如煤制氫、石油制氫、天然氣制氫等）和非化石燃料制氫（如電解水制氫、生物質(zhì)制氫、太陽能制氫等）。現(xiàn)有制氫技術(shù)大多依賴化石能源，無法避免碳排放。氫能根據(jù)制取方式和碳排放量不同，主要分為灰氫、藍(lán)氫、綠氫三種。
●灰氫：通過化石燃料（如煤炭、天然氣）制取氫氣，對(duì)釋放的二氧化碳不做任何處理，碳排放量高。由于生產(chǎn)成本較低且技術(shù)相對(duì)成熟，目前，灰氫占了全球氫氣產(chǎn)量的最大份額。
●藍(lán)氫：在化石能源制氫的基礎(chǔ)上利用碳捕集、利用與封存技術(shù)捕獲和存儲(chǔ)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳。由于碳排放量遠(yuǎn)低于灰氫，藍(lán)氫被視為過渡性低碳能源。
●綠氫：通過可再生能源（如太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能等）生產(chǎn)的氫氣，在制氫過程中基本上不產(chǎn)生溫室氣體，因此被稱為“零碳?xì)錃狻?，被視為未來氫能生產(chǎn)的理想來源。
氫氣的存儲(chǔ)與運(yùn)輸是連接氫氣生產(chǎn)和終端應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。作為一種清潔能源，氫氣的儲(chǔ)運(yùn)不僅直接制約其在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用效率，也對(duì)氫能經(jīng)濟(jì)的整體成本構(gòu)成起到重要作用。氫氣的存儲(chǔ)方式在很大程度上取決于其用途、存儲(chǔ)量及運(yùn)輸距離，目前主要包括高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫三種。各種方式根據(jù)其技術(shù)特點(diǎn)，有著相應(yīng)的應(yīng)用場景。從技術(shù)發(fā)展方向看，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)比較成熟。氫氣的運(yùn)輸方式包括高壓氣態(tài)運(yùn)輸、低溫液態(tài)運(yùn)輸以及管道輸氫等，方式的選擇取決于運(yùn)輸距離、運(yùn)輸量及經(jīng)濟(jì)性。
氫能在交通、工業(yè)、建筑和電力等諸多領(lǐng)域均有廣闊應(yīng)用前景。在交通領(lǐng)域，公路長途運(yùn)輸、鐵路、航空及航運(yùn)將氫能視為減少碳排放的重要燃料之一。氫能除了具有能源燃料屬性外，還是重要的工業(yè)原料，可代替焦炭和天然氣作為還原劑，消除煉鐵和煉鋼過程中的絕大部分碳排放。在電力領(lǐng)域，通過“電—?dú)洹姟钡霓D(zhuǎn)化方式，氫能可成為一種新型的儲(chǔ)能形式。同時(shí)，電氫耦合也將在我國構(gòu)建現(xiàn)代能源體系中發(fā)揮重要作用。
快速發(fā)展
在全球應(yīng)對(duì)氣候變化挑戰(zhàn)的大背景下，氫能已成為全球主要國家加快能源轉(zhuǎn)型升級(jí)、培育經(jīng)濟(jì)新增長點(diǎn)的重要戰(zhàn)略選擇。目前，已有60多個(gè)國家和地區(qū)將氫能納入能源戰(zhàn)略。
2022年3月，我國印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》，系統(tǒng)謀劃和整體推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，努力打造多元主體、協(xié)同創(chuàng)新、集群發(fā)展的氫能產(chǎn)業(yè)生態(tài)。近年來，在該規(guī)劃的指導(dǎo)下，我國系統(tǒng)推進(jìn)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)，在創(chuàng)新體系培育、基礎(chǔ)設(shè)施布局、應(yīng)用場景拓展及政策制度完善等領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力，已初步構(gòu)建起較為完整的氫能產(chǎn)業(yè)體系，氫能產(chǎn)業(yè)“制儲(chǔ)輸用”各環(huán)節(jié)呈現(xiàn)積極發(fā)展態(tài)勢(shì)。
目前，我國已建成可再生能源制氫項(xiàng)目產(chǎn)能占全球比例超50%，我國成為可再生能源制氫及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展引領(lǐng)者?！叭薄钡貐^(qū)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，一批項(xiàng)目建成投運(yùn)，逐步貫通氫能“制取—儲(chǔ)運(yùn)—應(yīng)用”全流程，發(fā)揮了較好示范作用。同時(shí)，我國積極推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈、創(chuàng)新鏈合作，參與國際標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證體系建設(shè)，為全球能源轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)中國智慧。
