“未來,不僅要發展好氫能,更要發展好氫經濟。”在11月16日舉行的2022中國國際石化大會分論壇未來能源大會上,與會專家、研究學者、行業代表熱烈討論了我國能源轉型給石化化工行業帶來的發展機遇和未來能源的發展趨勢,并一致肯定了氫能在未來能源體系中的重要地位,提出了發展氫能的技術路線圖。
為什么是氫能?節能減排的必然選擇
中國電建海外事業部副總經理、黨工委副書記,中國電建集團國際工程有限公司黨委副書記、董事、總經理陳觀福表示,在各個國家的減排措施中,發展可再生能源成為普遍選擇,氫能的受青睞程度也節節攀升。
氫能緣何從眾多可再生能源中脫穎而出,成為未來能源的主角?
對此,全國工商聯新能源商會專業副會長兼秘書長曾少軍表示,原因主要有兩方面。首先,氫能屬于零排放能源,在氧氣中燃燒的產物只有水;其次,氫能的能量密度高,在所有可再生能源中,只有氫能的能量密度可與傳統化石能源抗衡。
“氫能不僅是未來能源,更是通向未來的能源。”電動汽車百人會氫能委員會主任、山東氫古新能源技術研究院院長張真指出,氫能是現代能源體系的樞紐。作為戰略性新興產業,氫能可與傳統產業實現融合發展,共同推進綠色高質量發展,比如與產業鏈上游的能源、新材料、裝備制造領域,產業鏈下游的綠色金融、碳市場等,都能形成非常好的聯動,未來將帶動10萬億級的新興產業規模。預計到2050年,中國氫能的需求量將達到6千萬噸。對于突破氫能發展面臨的瓶頸,必維國際檢驗集團中國大工業事業群氫能業務總監劉忠勇認為,一是要安全可靠,提高相關裝備、設施的安全性;二是要質量可控,這決定了氫能行業發展能走多遠;三是成本可用,要能與傳統能源的價格媲美。
如何獲得氫能?發展生物制氫技術
清華大學核能與新能源技術研究院教授、中美生物燃料聯合研究中心執行主任李十中談道,目前即使是非綠氫能的生產成本也要達到28~43元/千克,儲運成本在30元/千克左右。高企的成本,以及加氫站等基礎設施的配套程度,都限制了氫能的發展。他指出,我國的生物制氫技術處于國際領先水平,如果能將每年還田的秸稈和可開發的鹽堿地用于發展生物制綠氫,不僅能有效地解決成本高、儲運難、碳排放高等問題,而且有利于發展形成具有中國特色的氫能供應體系。
“目前,生物制氫主要有生物甲烷制氫、生物炭制氫和生物乙醇制氫3種方法,而我國在這3方面都具有一定的發展優勢。”李十中談道,首先,國內生物甲烷制氫技術發展迅速,按照國內生物甲烷的產生量為1500億~2000億立方米/年計算,至少可以生產6000萬噸綠氫。其次,在生物炭制氫產業鏈方面,我國相關技術已處于國際領先水平,1噸秸稈可生產416千克紙、80千克木糖、30千克醋酸和360千克生物炭。如果用這種技術將每年還田的4億噸秸稈用于生物碳制氫,至少可以生產4000萬噸綠氫。再者,清華大學已研制出鎳基水滑石催化劑,不僅解決了貴金屬催化劑成本較高的問題,同時將生物乙醇制氫的轉化率提高到99%以上,氫氣收率也達到90%。更重要的是,相較于電解水制氫,生物乙醇制氫節約設備占地面積,每千克氫能的成本在32.5元左右,在可接受范圍內。未來,可將生物乙醇制氫設備引進到現有的加油站內直接使用,有助于解決氫能發展過程中的基礎設施難題。
“除現有的大量秸稈,我國還有15億畝鹽堿地,其中5億畝可進行開發利用。若將這些土地用于種植耐旱、耐鹽堿的作物,就能同時解決‘飯碗’和‘能源’兩個問題。”李十中表示。
怎么發展氫能?貫通上下游實現規模化
“目前,單從技術指標來看,我國已與世界先進水平基本持平,但是整個工程化能力還有所欠缺,而且還需要更多時間來驗證現有技術的可行性。”張真說道。
對于氫能如何實現規模化、工程化發展,多位與會專家給出了相同的答案:搭建綠電—綠氫—綠氨產業鏈。
“氨既是氫能載體,也是零碳燃料,在構建‘氫能社會’方面有望發揮重要作用,加快發展集綠氨產業、氫能產業及可再生能源產業于一體的‘零碳循環’產業鏈,對保障國家能源安全和社會經濟可持續發展有重要意義。”中國石油和化學工業聯合會副會長李彬說道。
“綠氫的發展離不開綠電,綠氫的大規模開發利用,取決于可再生能源發電技術的進步、系統效率的提升以及綜合成本下降等因素。氫能產業鏈上下游要合力貫通綠電—綠氫—儲運—新應用產業鏈。”陳觀福說道。
中國化學工程集團有限公司投資事業部副總經理韓紅梅表示,綠氫在生產綠氨時的效率是最高的,綠氨作為化學品再利用時的效率也是最高的。合成氨下游應用場景是豐富且發達的,關鍵是絕大部分下游應用場景是氮、氫兩種元素同時向下游轉化,搭建綠氫、綠氨產業鏈有非常大的發展空間。
“做好這個工程化方案的關鍵在于做好兩個銜接,一個是從電到氫的銜接,另一個是從氫到氨的銜接,也就是要有合適的制氫技術和合成氨裝置。同時,還要采取輔助手段來緩沖這兩個銜接環節的波動性,比如在第一個銜接處盡量采用大電網、綠電交易的方式來輔助維持電網的平衡和穩定;在第二個銜接處,可通過設置中間儲罐進行緩沖,以降低對合成氨裝置的復合波動。此外,為保障電能的穩定供應,也可適當加配儲能設備。目前,綠電—綠氫—綠氨的產業模式尚處于發展的初始階段,要著重考慮在綠氨的高質化應用領域樹立產品標簽。”韓紅梅建議。
李十中表示,綠氫制綠氨的產品收率與煤制合成氨的產品收率基本持平,大約1.4噸原料產1噸產品。當下,全球大約已有20個綠電—綠氫—綠氨項目正在規劃建設中。未來,國內有關企業要著力實現此產業模式的工程化。(中國化工報 劉冰逸)
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