在全球應(yīng)對(duì)氣候變化、加快能源轉(zhuǎn)型的大背景下，氫能作為一種低碳、高熱值、來(lái)源廣泛的清潔能源變得炙手可熱，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛出臺(tái)政策予以大力支持。
2022年3月，《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》）正式發(fā)布�！兑�(guī)劃》提出，到2025年，我國(guó)將基本掌握核心技術(shù)和制造工藝，燃料電池車(chē)輛保有量約5萬(wàn)輛，部署建設(shè)一批加氫站，可再生能源制氫量達(dá)到10萬(wàn)?20萬(wàn)噸/年，實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排100萬(wàn)?200萬(wàn)噸/年。到2030年，形成較為完備的氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系、清潔能源制氫及供應(yīng)體系，有力支撐碳達(dá)峰目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
“我國(guó)的氫能產(chǎn)業(yè)在碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)下方興未艾，已進(jìn)入快速發(fā)展的窗口期，制定出臺(tái)這一《規(guī)劃》正當(dāng)其時(shí)，將對(duì)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展起到關(guān)鍵引領(lǐng)作用。”中國(guó)石油國(guó)家高端智庫(kù)研究中心專職副主任呂建中表示。
產(chǎn)業(yè)地位得以明確
長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)一直擁有規(guī)模較大、基礎(chǔ)較好的“氫氣產(chǎn)業(yè)”，目前已是世界第一大氫氣生產(chǎn)國(guó)，氫氣作為化工原料氣體，廣泛應(yīng)用于石油煉制、合成氨、甲醇等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。但因其易燃易爆的物理化學(xué)特性，人們更多關(guān)注其危險(xiǎn)化學(xué)品屬性，而對(duì)其能源屬性認(rèn)知不足。
在呂建中看來(lái)，從氫氣到氫能，《規(guī)劃》首次將氫定義為一種綠色低碳的二次能源，明確氫是能源轉(zhuǎn)型的重要載體，這是具有革命意義的里程碑，需要配套與能源發(fā)展相適應(yīng)的管理機(jī)制和技術(shù)創(chuàng)新體系。
按照《規(guī)劃》，可再生能源制氫是主要發(fā)展方向，以電解水制氫為基礎(chǔ)的氫電互變技術(shù)，為可再生能源儲(chǔ)能提供了新的技術(shù)選擇，這也是實(shí)現(xiàn)可再生能源規(guī)�；_(kāi)發(fā)利用的重要技術(shù)路線，將成為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)方向。
“長(zhǎng)期來(lái)看綠氫是方向，而藍(lán)氫主要體現(xiàn)是資源的綜合利用。”同濟(jì)大學(xué)教授張存滿介紹，石油化工、煤化工甚至整個(gè)化工產(chǎn)業(yè)里，制氫是永遠(yuǎn)離不開(kāi)的；此前沒(méi)提出氫能概念時(shí)，從工業(yè)氣體的角度，我國(guó)也在積極發(fā)展制氫產(chǎn)業(yè)。
張存滿認(rèn)為，《規(guī)劃》鼓勵(lì)副產(chǎn)氫的就地利用，因?yàn)闅錃饨?jīng)濟(jì)性運(yùn)輸半徑是有限的，有條件的地方可以上馬氫能應(yīng)用項(xiàng)目示范。“國(guó)家鼓勵(lì)因地制宜，充分利用現(xiàn)有的副產(chǎn)氫，但不會(huì)鼓勵(lì)走化石能源制氫的路線，也不會(huì)書(shū)面提及，因?yàn)槁肪�不對(duì)，本質(zhì)上也不對(duì)。”
此外，我國(guó)多地也紛紛制定氫能產(chǎn)業(yè)相關(guān)規(guī)劃、實(shí)施方案等政策文件，布局建設(shè)加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施，推動(dòng)燃料電池車(chē)輛等氫能多元化應(yīng)用。
“在氫能產(chǎn)業(yè)萌動(dòng)之際，《規(guī)劃》的出臺(tái)符合業(yè)界期盼，為氫能科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展指明了方向。”中國(guó)國(guó)際工程咨詢有限公司總工程師楊上明表示，《規(guī)劃》將對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到規(guī)范引領(lǐng)的作用，以避免各地的無(wú)序發(fā)展，并進(jìn)一步彰顯氫能作為可再生能源高效利用重要載體、搶占未來(lái)科技發(fā)展制高點(diǎn)重要抓手的作用，對(duì)支撐實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)有重要意義。
“科技冬奧”帶動(dòng)氫能應(yīng)用
在北京2022年冬奧會(huì)上，共有816輛氫燃料電池汽車(chē)投入使用，可謂是近年來(lái)對(duì)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展和落地應(yīng)用的一次集中“檢閱”。
在河北張家口太子城服務(wù)區(qū)的加氫站里，氫燃料電池汽車(chē)駛?cè)牒�，只需幾分鐘時(shí)間就能完成氫氣加注；一次加注，氫燃料電池汽車(chē)的行駛里程可達(dá)500公里。
此前，由于技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、成本等瓶頸性難題，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)和氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展并不盡如人意。“雙奧”的舉辦，極大助推了我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)和氫燃料汽車(chē)的長(zhǎng)足發(fā)展和示范應(yīng)用。
2008年北京奧運(yùn)會(huì)投入運(yùn)行了3輛氫燃料電池汽車(chē)，并建成了我國(guó)首座車(chē)用加氫站，開(kāi)啟了氫燃料電池汽車(chē)“從0到1”的示范。
“北京2022年冬奧會(huì)，共計(jì)投入使用816輛氫燃料電池汽車(chē)，作為主運(yùn)力開(kāi)展示范運(yùn)營(yíng)服務(wù)。”北京市經(jīng)信局汽車(chē)交通處副處長(zhǎng)吳志全表示，我國(guó)已實(shí)現(xiàn)了氫能和氫燃料電池汽車(chē)“從1到100”的規(guī)�；瘧�(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化突破。
技術(shù)和成本是氫燃料電池汽車(chē)走向規(guī)�；瘧�(yīng)用的核心問(wèn)題。
清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院研究員王誠(chéng)表示，氫燃料電池成本由燃料電池堆、空氣供給系統(tǒng)、氫氣供給系統(tǒng)、冷卻排水系統(tǒng)及電能控制系統(tǒng)等部分組成。例如，電堆的催化劑普遍采用貴金屬鉑，技術(shù)難度高、產(chǎn)業(yè)化程度不足，導(dǎo)致電池總體成本較高，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)�；瘧�(yīng)用。
2008年，3輛氫燃料電池客車(chē)由福田汽車(chē)公司提供。而今年的北京冬奧會(huì)期間，福田汽車(chē)公司再次帶來(lái)了515輛氫燃料電池汽車(chē)。
“福田汽車(chē)和豐田汽車(chē)、億華通公司三方共同合作，推出了可商用的系列氫燃料電池客車(chē)。”福田汽車(chē)歐輝客車(chē)事業(yè)部研發(fā)副總裁劉繼紅告訴《科學(xué)新聞》，這些氫燃料電池汽車(chē)不僅在延慶賽區(qū)閉環(huán)內(nèi)使用，還在閉環(huán)外提供接駁運(yùn)輸服務(wù)。
“北京冬奧會(huì)為氫能和氫燃料電池汽車(chē)示范應(yīng)用提供了世界級(jí)舞臺(tái)，是對(duì)我國(guó)氫能和氫燃料電池汽車(chē)全產(chǎn)業(yè)鏈的一次全面檢驗(yàn)。”吳志全介紹。北京冬奧會(huì)上的氫燃料電池汽車(chē)，包括豐田全新Mirai第二代乘用車(chē)、首次實(shí)現(xiàn)本土研發(fā)及生產(chǎn)的豐田柯斯達(dá)中巴車(chē)以及豐田—福田首次合作開(kāi)發(fā)的大巴車(chē)等。
而氫燃料電池汽車(chē)的應(yīng)用，也使交通領(lǐng)域加速走向零碳排放。例如，豐田Mirai乘用車(chē)每百公里可減少排放二氧化碳大約18.79公斤，豐田柯斯達(dá)中巴車(chē)每百公里可減少排放二氧化碳大約47.01公斤，豐田—福田合作開(kāi)發(fā)的12米大巴車(chē)，每百公里可減少排放二氧化碳大約57.86公斤。
“北京市兩個(gè)賽區(qū)投入312輛氫燃料電池汽車(chē)，自冬奧會(huì)2月4日開(kāi)幕以來(lái)到2月14日，累計(jì)用氫約42.04噸，二氧化碳減排作用十分明顯。”吳志全表示。
產(chǎn)業(yè)鏈邁向自主可控
“氫氣的供應(yīng)鏈體系還不健全，制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫沒(méi)有形成完備高效的供應(yīng)鏈體系。”王誠(chéng)認(rèn)為，這是限制我國(guó)氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的又一大關(guān)鍵問(wèn)題，規(guī)模、廉價(jià)的氫氣資源匱乏，制約了氫燃料電池汽車(chē)的規(guī)模化應(yīng)用。
2020年國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》提出，我國(guó)要提高氫燃料制儲(chǔ)運(yùn)經(jīng)濟(jì)性，因地制宜開(kāi)展工業(yè)副產(chǎn)氫及可再生能源制氫技術(shù)應(yīng)用，加快推進(jìn)先進(jìn)適用儲(chǔ)氫材料產(chǎn)業(yè)化，健全氫燃料制儲(chǔ)運(yùn)、加注等標(biāo)準(zhǔn)體系。
如今，“我國(guó)在氫能和氫燃料電池產(chǎn)業(yè)方面，已實(shí)現(xiàn)了制、儲(chǔ)、運(yùn)、加、用的全產(chǎn)業(yè)鏈布局，氫能和氫燃料電池汽車(chē)創(chuàng)新鏈產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)了自主可控”，吳志全表示。
在氫能源頭方面，2020年10月，環(huán)宇京輝京城氣體科技有限公司參與了由清華大學(xué)牽頭承擔(dān)的科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)課題“科技冬奧‘氫能出行’關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用示范”項(xiàng)目，主要任務(wù)是參與加氫站建設(shè)，并協(xié)助建立制、儲(chǔ)、運(yùn)、加全供應(yīng)鏈信息監(jiān)控系統(tǒng)。
“環(huán)宇京輝擁有煤、天然氣提碳制氫，氣態(tài)高壓儲(chǔ)氫，超純氫氣提純，副產(chǎn)氫提純等多項(xiàng)核心技術(shù)，所生產(chǎn)的氫氣純度高達(dá)99.99999%，氫氣年產(chǎn)能1200萬(wàn)立方米。”環(huán)宇京輝京城氣體科技有限公司副總經(jīng)理張巖向《科學(xué)新聞》介紹。環(huán)宇京輝還與京能集團(tuán)合作，利用由光伏、風(fēng)能等所產(chǎn)生的“綠電”進(jìn)行氫氣的制取工作，實(shí)現(xiàn)“綠電制綠氫” 。
而傳統(tǒng)燃油企業(yè)燕山石化也積極在制氫領(lǐng)域開(kāi)展布局。在北京冬奧會(huì)期間，為保障氫源供應(yīng)，燕山石化和環(huán)宇京輝的制氫能力達(dá)到7.2噸/天，為冬奧會(huì)氫燃料電池汽車(chē)提供了充足的清潔氫源供給。
加氫站建設(shè)的流程也不斷優(yōu)化。“加氫站屬于新生事物，安全等級(jí)要求較高，相關(guān)技術(shù)仍處于不斷發(fā)展完善階段。”吳志全表示，為確保加氫站安全穩(wěn)定運(yùn)行，國(guó)家明確了油氫合建站的審批流程，并創(chuàng)新了工作程序和工作方法，為今后加氫站的建設(shè)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。
示范應(yīng)用也帶動(dòng)了氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的極大進(jìn)步。為實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車(chē)在冬奧場(chǎng)景的使用，我國(guó)推動(dòng)修訂了《燃料電池電動(dòng)汽車(chē)加氫口》等多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。“這使我國(guó)氫能與燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)往高端化發(fā)展。”劉繼紅表示。
氫能產(chǎn)業(yè)也成為各地產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。在北京，“正在落實(shí)氫能和氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，積極推動(dòng)京津冀燃料電池汽車(chē)示范城市群建設(shè)”。吳志全介紹，北京將圍繞“車(chē)用在哪、氫從哪來(lái)、技術(shù)如何突破、產(chǎn)業(yè)如何持續(xù)發(fā)展”四大關(guān)鍵問(wèn)題，打造燃料電池汽車(chē)關(guān)鍵零部件和裝備制造產(chǎn)業(yè)集群。
加快技術(shù)自主創(chuàng)新
氫能是一種技術(shù)密集型能源，有著極高的技術(shù)要求。近年來(lái)，我國(guó)在氫能技術(shù)方面雖然取得了顯著進(jìn)步，但與美國(guó)、歐盟、日本及韓國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)相比仍有差距。
呂建中表示，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，要堅(jiān)持創(chuàng)新引領(lǐng)、自立自強(qiáng)，以關(guān)鍵核心技術(shù)和裝備攻關(guān)為抓手，點(diǎn)面結(jié)合、以點(diǎn)帶面，構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展格局。
“例如在氫能制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加注以及終端利用等產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)，我國(guó)都還有一定的差距；特別是基礎(chǔ)材料、核心零部件尚未突破技術(shù)壁壘，氫能制備儲(chǔ)運(yùn)成本過(guò)高等問(wèn)題，嚴(yán)重困擾氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。”呂建中表示。
因此，提高氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展質(zhì)量，絕不能靠盲目上項(xiàng)目，更不能搞低水平重復(fù)投資，而要把技術(shù)創(chuàng)新放在首位，集中突破核心技術(shù)，增強(qiáng)全產(chǎn)業(yè)技術(shù)裝備自主可控能力，制定完善行業(yè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)氫能產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性和競(jìng)爭(zhēng)性。
楊上明也指出，氫能產(chǎn)業(yè)是面向未來(lái)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，需要充分發(fā)揮我國(guó)完整的工業(yè)體系和能源體系優(yōu)勢(shì)，堅(jiān)持系統(tǒng)思維、久久為功，力爭(zhēng)在全球科技革命和產(chǎn)業(yè)變革浪潮中占據(jù)主動(dòng)、贏得先機(jī)。
新發(fā)布的《規(guī)劃》提出要推動(dòng)可再生能源制氫。楊上明認(rèn)為，中遠(yuǎn)期要加快發(fā)展規(guī)模化風(fēng)電、光伏、水電等多種低碳能源制氫，提升制氫關(guān)鍵技術(shù)能力和裝備制造水平，逐步完善分布式制氫管理體制機(jī)制，探索靈活的價(jià)格機(jī)制，將清潔低碳?xì)淠艽蛟斐蓺湓吹闹饕獦?gòu)成，從源頭上保障氫能綠色低碳屬性。
“要充分利用已有技術(shù)基礎(chǔ)，發(fā)揮氫能高品質(zhì)熱源、高效還原劑、低碳化工原料等多重屬性，推動(dòng)氫能在交通、冶金、化工等領(lǐng)域替代化石能源使用，降低二氧化碳排放。”楊上明表示，要加快新型儲(chǔ)能、分布式熱電聯(lián)供等核心技術(shù)自主研發(fā)，積極發(fā)揮氫能跨能源網(wǎng)絡(luò)協(xié)同優(yōu)化作用，穩(wěn)步有序推進(jìn)氫能示范應(yīng)用，促進(jìn)能源電力領(lǐng)域深度脫碳，實(shí)現(xiàn)全面綠色低碳發(fā)展。■