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世界滾動(dòng):一公斤氫燃料價(jià)格降至35元,才和汽油有得拼

撰文/ 周 洲編輯/ 涂彥平設(shè)計(jì)/ 趙昊然


(相關(guān)資料圖)

“氫能提出了100多年,為什么不能作為燃料大規(guī)模使用?”8月9日,加拿大皇家科學(xué)院、加拿大工程院、加拿大工程研究院院士、國鴻首席科學(xué)家張久俊在2022鄂爾多斯零碳產(chǎn)業(yè)峰會(huì)上演講時(shí)稱,這是因?yàn)闅錃庖蛉键c(diǎn)范圍寬,在室溫壓力下不能變成液體,對氫制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸技術(shù)造成挑戰(zhàn),所以價(jià)格相對較高。

目前,全球加氫站大約有400座,日本有100座,中國約兩三百座。全球加氫站預(yù)計(jì)到2032年達(dá)到5000座,尚不能達(dá)到完全規(guī)模化。

“建立一個(gè)加氫站大約需要1000萬-2000萬元,只能加200-300公斤的氫氣?!睆埦每≌f,燃料電池用的氫純度很高,氫純度需要達(dá)到99.999%。

“氫燃料的價(jià)格大約是每公斤60元,”張久俊說,它要降到35元,才能和汽油相媲美。目前,燃料電池率先在重卡上使用,就是因?yàn)橹乜▽錃獾囊蕾嚩缺容^小。

戰(zhàn)略和應(yīng)用

氫能發(fā)展戰(zhàn)略是“碳中和”戰(zhàn)略中的重要組成部分。

今年3月23日,國家發(fā)改委發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》。規(guī)劃明確了氫的能源屬性,是未來國家能源體系的組成部分。

張九俊認(rèn)為,根據(jù)規(guī)劃,氫能發(fā)展戰(zhàn)略大致可以分為四個(gè)階段目標(biāo):第一階段目標(biāo)是,可再生能源制氫量達(dá)到10萬-20萬噸/年,成為新增氫能消費(fèi)的重要組成部分,實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排100萬-200萬噸/年;第二階段是到2025年基本掌握核心技術(shù)和制造工藝,燃料電池車輛保有量約5萬輛,部署建設(shè)一批加氫站;第三階段是到2030年,形成較為完整的氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系;2035年形成氫能多元應(yīng)用生態(tài),可再生能源在終端消耗中的比例明顯提升。

氫能源清潔無污染,來源廣闊,太陽能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電之后,電解水可以制氫。此外,燃燒中的氫氣的能量密度是最高的。

張久俊說,氫氣的能量密度大約是140.4兆焦耳/公斤,比汽油高三倍。高能量密度正是氫氣實(shí)現(xiàn)新能源技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要基礎(chǔ),也是氫燃料電池預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)后來者居上的基礎(chǔ)。

氫能利用包括制氫、儲(chǔ)氫、用氫三個(gè)主要環(huán)節(jié)。在應(yīng)用端,氫能主要應(yīng)用在化工燃料、燃料電池和微電網(wǎng)三個(gè)場景上。

“現(xiàn)在,氫氣有60%用于合成氨化肥上,38%用于煉油和煤的深度加工,只有非常小的一部分用于燃料電池?!睆埦每≌f,未來,氫燃料電池汽車將成為最大的一個(gè)應(yīng)用場景。

預(yù)計(jì)到2030年,全球的氫燃料電池乘用車將達(dá)到1000萬-1500萬輛。張久俊覺得這個(gè)估計(jì)還有點(diǎn)保守,以中國的氫能發(fā)展趨勢,到2030年會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出這個(gè)數(shù)字。

制氫和轉(zhuǎn)換

目前,制氫主要來自燃燒化石燃料,主要是燃燒天然氣制氫。

“只有4%來自電解水制氫,價(jià)格昂貴,是化石能源制氫的兩倍多?!睆氖滤茪溲芯康膹埦每≌f,“化石燃料制氫現(xiàn)在還可以用,未來我相信不會(huì)用這個(gè)方法,因?yàn)閲乙呀?jīng)明確規(guī)定不能用化石燃料來制氫?!?/p>

根據(jù)中國氫能發(fā)展規(guī)劃,到2030年氫產(chǎn)量每年達(dá)500萬噸,到2060年每年達(dá)到1億噸,電解水制氫占比達(dá)到80%。

“現(xiàn)在電解水制氫在學(xué)術(shù)界是熱點(diǎn)。”張久俊說,催化劑的發(fā)展有很多高水平的論文。

未來,中長期制氫還將加入太陽能制氫?!袄锰柲芫奂侥骋粋€(gè)點(diǎn)上,達(dá)到2500度的時(shí)候加上催化劑,水在上面一潑,就可以產(chǎn)生氫氣?!睆埦每》Q。

制氫之后,在動(dòng)力行業(yè),如何將氫轉(zhuǎn)換成動(dòng)能和電能?

張久俊認(rèn)為主要有兩種方式,一個(gè)是氫內(nèi)燃機(jī)方式,也即類比傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)內(nèi)燃?xì)鉄?,可以用?nèi)燃機(jī)燒氫氣。

“這種方式有它的問題,燃燒會(huì)產(chǎn)生一氧化氮?!睆埦趴≌f,受卡諾循環(huán)(Carnot cycle) 的限制,這種方式的能量轉(zhuǎn)換效率只達(dá)到30%-40%,對內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)也會(huì)造成損壞。

另一個(gè)轉(zhuǎn)換方式,就是氫燃料電池產(chǎn)生電能來驅(qū)動(dòng)汽車。

張九俊認(rèn)為氫燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車的能量效率高,轉(zhuǎn)換效率能達(dá)60%-80%,污染小、噪聲低,裝置可大可小,應(yīng)用靈活。

儲(chǔ)存和安全

氫氣目前儲(chǔ)存有三種方式,一種是高壓氣體儲(chǔ)存,一種是液態(tài)儲(chǔ)存,一種是固態(tài)儲(chǔ)存。

現(xiàn)在用的最多的最成熟的技術(shù),是高壓儲(chǔ)氣罐加氫。

日本的氫燃料電池汽車一般會(huì)使用三層結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)氣罐,三層分別是內(nèi)膽,加上一層不銹鋼或者合金鋁,外面是碳纖維纏繞。

“這種儲(chǔ)氣罐可以盛700個(gè)大氣壓的氫氣,大約是5公斤氫氣?!睆埦趴》治龅?,這種規(guī)模的儲(chǔ)氫罐可以維持500-700公里的續(xù)航里程。

加氫站是把液態(tài)氫氣或者高壓氫氣經(jīng)過變溫變壓,給汽車充氫氣。

“汽車加氫只需要3-5分鐘,非???,這就比鋰電池電動(dòng)車有很大的優(yōu)勢?!睆埦每≌f。而加氫站的普及,則成為燃料電池發(fā)展的一個(gè)障礙。因?yàn)樗F了。

“建立一個(gè)加氫站大約需要1000萬-2000萬元,只能加200-300公斤的氫氣。”張久俊說,燃料電池用的氫純度很高,氫純度需要達(dá)到99.999%。

“氫燃料的價(jià)格大約是每公斤60元?!睆埦每≌f,它要降到35元,才能和汽油相媲美。

為了推廣加氫站建設(shè),地方政府紛紛豪擲補(bǔ)貼。重慶市給予加氫站每站最高300萬元的運(yùn)營補(bǔ)貼,溫州市和寧波市均給予500萬元,濮陽市給予1000萬元,武漢市則給出了2000萬元的頂格補(bǔ)貼,幾乎等于政府掏腰包建加氫站。

而在氫燃料電池的安全問題上,張久俊認(rèn)為人們普遍存在誤解。

氫氣的燃點(diǎn)范圍寬,在17—70攝氏度范圍內(nèi),碰著火星就爆炸,這是利用氫氣的主要安全挑戰(zhàn)。

“但是氫氣即使爆炸,也是縮小體積的爆炸,大約是石油爆炸的1/22。并且氫氣的密度很低,一旦爆炸會(huì)在空中快速散開,燃燒速度非???。它比爆炸的汽油要安全?!睆埦每〗忉尩馈?/p>

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