產(chǎn)業(yè)研究 | 綠氫:清潔能源的未來

簡明n4cefj9chs 2023-03-19 發(fā)布于內(nèi)蒙古

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摘要：作為在元素周期表中排位第一的氫，是宇宙中最多的物質(zhì)，在宇宙的普通物質(zhì)中，大約75%為氫。氫的熱值極高，最關(guān)鍵的是氫燃燒后的唯一產(chǎn)物是水，沒有任何污染，因此氫能也被稱為人類的終極能源。

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氫可以像化石燃料一樣作為能源載體。

綠色氫是用于重工業(yè)和長途運輸?shù)牧闩欧拍茉础?/span>

制造綠色氫的高成本正在減緩它的普及。

氫氣是如何產(chǎn)生的？

熱反應(yīng)（Thermal process）這種方法通常涉及對碳?xì)浠衔锶剂鲜褂酶邷貋磲尫艢?。這種被稱為蒸汽重整的過程可以應(yīng)用于各種碳?xì)浠衔锶剂?，如柴油、天然氣、氣化煤或生物質(zhì)。

電解過程（Electrolytic Processes）氫可以通過電解器中的水分子分裂產(chǎn)生。這一過程與燃料電池的過程相反，在燃料電池中，氫與氧結(jié)合形成水并釋放能量。在電解過程中，能量被用來分解水分子。

目前有多少種“氫”？

雖然地球上“氫”的含量最多，但是卻很少有存量的游離氫，所以如果人類想獲得氫氣往往需要借助物理或者化學(xué)的方法制得，屬于典型的二次能源。根據(jù)氫氣的制造途徑可以分為以下幾種“氫”。

灰氫是指通過化石能源、工業(yè)副產(chǎn)等生產(chǎn)的氫氣，伴有大量的二氧化碳排放?；覛涫钱?dāng)前的主流氫氣，約占全球氫氣產(chǎn)量的95%?；覛渲屑s70%來自于化石燃料燃燒，約30%是工業(yè)加工的副產(chǎn)品?；覛渲饕獞?yīng)用于內(nèi)部需求，即直接用于氫氣生產(chǎn)站點。

藍(lán)氫是在灰氫的基礎(chǔ)上，將二氧化碳副產(chǎn)品捕獲、利用和封存（CCUS）而制取的氫氣，是灰氫過渡到綠氫的重要階段。雖然藍(lán)氫能夠減少約90%的碳排放，但是二氧化碳的封存需要相對罕見的地質(zhì)條件，這就限制了藍(lán)氫的發(fā)展。

綠氫是利用可再生能源（如太陽能或風(fēng)能等）發(fā)電后，通過電解工序制取的氫氣。綠氫的制取技術(shù)路線主要為電解水，其碳排放可以達(dá)到凈零。

紫氫，又叫紅氫，是以來源豐富的水為原料，利用核能大規(guī)模生產(chǎn)的氫氣。熱化學(xué)循環(huán)工藝和高溫蒸汽電解都是有望與核能耦合的先進(jìn)制氫工藝。

在這其中，綠氫是真正零排放的清潔能源，具有廣闊的市場前景，有望成為交通、工業(yè)等領(lǐng)域能源碳中和的有效解決路徑。

哪里可以使用綠氫？

綠氫可以在目前使用化石燃料的幾乎所有應(yīng)用中作為替代能源。例如，航空和航運正面臨著電氣化的挑戰(zhàn)，因為目前可用的技術(shù)無法支持重載的長途旅行。在這種情況下，氫氣可能成為一種替代品，它的能量是同樣重量的汽油的三倍，是煤炭的近七倍。使用綠氫也將確保這些旅程是零排放的。

除此之外，用于燃料電池的氫是一種電力來源，可以部署在地球上的任何地方。它只需要氧氣工作，并產(chǎn)生水作為副產(chǎn)品。在綠色場所生產(chǎn)的氫可以像今天的化石燃料一樣，通過現(xiàn)有的運輸系統(tǒng)運輸?shù)揭粋€國家的偏遠(yuǎn)地區(qū)，并用于為車輛、家庭甚至工業(yè)提供動力。氫可以作為載體，在需要能量(電或熱)時被氧化，而不是用電池來儲存能量。

綠氫的成本是多少？

據(jù)哥倫比亞大學(xué)全球能源中心估計，僅美國每年就生產(chǎn)7000萬噸氫氣。這表明，運輸和使用氫氣的技術(shù)挑戰(zhàn)已經(jīng)得到了很好的解決。在這些網(wǎng)絡(luò)中，主要運輸?shù)氖腔覛浠蛩{(lán)氫，綠氫的生產(chǎn)成本是灰色氫的三倍，電解槽的成本是造成綠氫價格高企的主要因素之一，每公斤價格在3.5美元至6美元之間。

相比之下，灰色氫的生產(chǎn)成本約為每公斤1.5美元，而相同重量的藍(lán)氫的生產(chǎn)成本約為2-3美元。此外，由于氫氣的體積能量密度較低，它通常以壓縮氣體的形式儲存在車輛上，否則，一般車輛上的容量不足以確保長距離行駛。目前大多數(shù)應(yīng)用都使用高壓儲罐，能夠儲存每平方英寸5000或10000磅(psi)的氫氣。因此，還有安裝儲罐和確保其安全的成本。政府必須努力制定政策，降低生產(chǎn)綠色氫的成本，因為這將有助于新技術(shù)的發(fā)展，也有助于清潔環(huán)境。

我國氫能發(fā)展現(xiàn)狀

2021年我國氫氣產(chǎn)量約3342萬噸，約占全球產(chǎn)量的1/3，位居全球第一。但制氫方式仍以化石能源為主，占比達(dá)到80%，綠氫生產(chǎn)不到1%。目前氫主要作為工業(yè)原料使用，占比達(dá)到84%，利用形式以分散制取、就地利用為主。

綠氫是未來發(fā)展的方向

隨著整個雙碳戰(zhàn)略的實施，氫的路程變化，2060年綠氫占比可以達(dá)到80%，灰氫還沒有用到能源里面，隨著清潔能源的發(fā)展，綠色氫能將得到大幅度的發(fā)展。所以可再生能源向綠氫轉(zhuǎn)化的過程、技術(shù)未來將越來越受到重視和歡迎。

中國氫氣供給結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀與預(yù)測