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馴服氫能不簡單

時間:2024-05-27 09:50來源:上觀新聞 作者:宰飛
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“如果1990年代是風(fēng)能的十年,2000年代是太陽能的十年,2010年代是電池的十年,那么在2020年代我們將迎來能源轉(zhuǎn)型的下一個前沿:氫能。”日前,國際貨幣基金組織發(fā)表文章,這樣總結(jié)全球能源的過去和未來。
 
氫看起來真是太完美了:電解水就可以制備,幾乎取之不盡;與氧反應(yīng)就能產(chǎn)生電能,只生成水,沒有任何碳排放。氫能獲得的贊譽(yù)之詞幾乎是頂級的:終極能源、終極方案、零碳能源、未來燃料……僅僅在幾年前它還少有人問津,突然間成了明日之星。包括中國在內(nèi),全世界已有40多個國家制定了氫能戰(zhàn)略。
 
且慢!這只是氫能的美好一面。氫能還有另一面,讓人想說愛它不容易。《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志在一篇文章中問道:“氫: 救星還是幻想?”上海氫器時代科技有限公司總工程師吳亮說:“氫能在大規(guī)模應(yīng)用到來前,還要解決許多問題。”
 
最直觀的是貴,同樣發(fā)一度電,用氫能要比用化石能源的價格高兩三倍。其次,技術(shù)還不完全成熟,在氫氣制備、存儲、運(yùn)輸、使用等各個環(huán)節(jié),幾乎都有需要突破的技術(shù)難點(diǎn)。比如,至今還沒有找到一種既安全又經(jīng)濟(jì)的方法運(yùn)輸這種易爆炸、低密度的氣體。既貴又不成熟,就帶來另一個難題,誰去用、用在哪?
 
就像一匹千里良駒,馴服它是個難題。在上海,有一大群這樣的人,他們和全球同行一起,艱難地探索著這種未來的、終極的能源。
 
便宜點(diǎn),再便宜點(diǎn)
 
在上海毗鄰江蘇太倉的上海電氣氫能實(shí)驗(yàn)室里,一位科研人員在保險箱上摁了一長串密碼,打開保險箱,從里邊捧出一塊形似小飯碗的黃色金屬。
 
這塊金屬正是黃金,業(yè)內(nèi)稱為金靶。小小保險柜里,除了金靶,還存放著鉑、銥等其他貴金屬靶材�?梢哉f這里是整個實(shí)驗(yàn)室最貴重的地方。
 
這個藏著各種貴金屬的保險柜其實(shí)也藏著氫能行業(yè)最大的困境:成本。上海市節(jié)能減排中心副總經(jīng)理齊康認(rèn)為,氫能的中長期確定性是無疑的,但當(dāng)前來看,還有幾個核心瓶頸,第一個瓶頸就是價格高。
 
在當(dāng)前的技術(shù)路徑下,不管是PEM(質(zhì)子交換膜)電解水制氫,還是氫燃料電池,都需要用到貴金屬材料,其中金、鉑每克數(shù)百元,銥每克高達(dá)千元。燃料電池價格高,使用燃料電池的氫能汽車價格相應(yīng)也高,比如豐田氫能源汽車Mirai,國內(nèi)售價高達(dá)74.8萬元起。
 
上海電氣在氫能技術(shù)攻關(guān)方面的一大任務(wù)是降載(即減少貴金屬使用量),從而降低氫能裝備成本。上海電氣的氫能團(tuán)隊從多條路徑嘗試降載,包括把含有貴金屬的漿料更均勻地噴涂在交換膜表面。目前,這個團(tuán)隊已經(jīng)把燃料電池中的貴金屬載量在市場水平基礎(chǔ)上降低了約30%。
 
業(yè)界感慨氫能的賬算不過來,除了裝備價格高以外,還有一個重要因素:制氫成本高。氫氣按環(huán)境友好程度分為灰氫、藍(lán)氫、綠氫。其中,綠氫由可再生資源電解水制成,全過程無含碳化合物排出,符合綠色理念,是未來能源的發(fā)展方向。但現(xiàn)實(shí)問題是,如果單從價格看,綠氫顯著高于灰氫、藍(lán)氫,缺乏經(jīng)濟(jì)性。
 
綠氫成本中70%是電費(fèi)。要降低綠氫價格,節(jié)電是關(guān)鍵。“生產(chǎn)1標(biāo)準(zhǔn)立方氫氣,國內(nèi)正常水平耗4.5度電。每降低0.1度都不容易。我們新推出的制氫設(shè)備一次性把電耗水平拉到了4.0度以下,降低了0.5度。這在行業(yè)內(nèi)引起了比較大的反響。”吳亮說。
 
在加盟氫器時代前,吳亮曾在英國讀書、工作了十多年,也曾在大學(xué)里研發(fā)電解水技術(shù)�;氐絿鴥�(nèi),最大的感觸就是節(jié)奏太快了,他說:“國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)瞬間進(jìn)入了紅海,各路廠商直接進(jìn)入拼刺刀階段。”這兩年,幾乎每天都有關(guān)于氫能的新消息傳出。
 
吳亮說:“在國內(nèi)一年相當(dāng)于干了國外五年的活兒。”他預(yù)計,以這樣的速度迭代下去,幾年后,氫能的價格瓶頸就可能突破。
 
應(yīng)用場景在哪里?
 
在賬面能打平之前怎么辦?產(chǎn)業(yè)鏈里幾千家企業(yè)要活下去。
 
很多專家指出,相比光伏、風(fēng)電、鋰電等其他新能源技術(shù),氫能還沒有找到“殺手級應(yīng)用”。
 
那就去創(chuàng)造應(yīng)用需求!嘉定氫能港總經(jīng)理邱鵬就是這樣一位創(chuàng)造需求的人。在這個產(chǎn)業(yè)園里,聚集了七八十家氫能企業(yè)。用邱鵬的話說,他就像一個足球教練,把這些鏈上企業(yè)組合起來,拉個隊,去打比賽。而“打比賽”則是比喻到全國各地去找氫能項(xiàng)目落地場景。沒有現(xiàn)成場景的,就創(chuàng)造新場景。
 
這幾年,全世界都看好氫能,我國也出臺了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035)》,全國28個省區(qū)市制定了地方規(guī)劃。在嘉定安亭鎮(zhèn),氫能港的展廳就是一個縮影。“我這里成了一個打卡點(diǎn),全國各地、各委辦局來看展覽的人多得接待不過來,有時候一天要安排好幾場。”邱鵬說。
 
但另一方面,放眼全國,商業(yè)化運(yùn)行的氫能項(xiàng)目寥寥無幾,各地新建的幾乎都是示范項(xiàng)目。氫能的商業(yè)路徑怎么走,誰也沒有成熟經(jīng)驗(yàn)。所以,熱鬧歸熱鬧,真干卻是另外一回事。做了那么多接待、講解之后,邱鵬給來訪者總結(jié)出三個“動”:“看著感動,聽著激動,回去一動不動。”
 
也難怪很多聽眾“回去一動不動”。理論上,氫氣前景廣闊:作為燃料用于氫能汽車,作為原料用于化工,作為儲能用于固定式發(fā)電……國際能源署預(yù)測,2025年氫能在全球能源總需求中的占比將達(dá)13%。可當(dāng)下呢?只占0.1%——意味著氫能幾乎可以忽略。
 
回望能源利用史,很多人難免為之彷徨。人類從前也探索過氫能利用,而且不止一次。通用汽車公司在20世紀(jì)60年代制造了第一輛氫動力汽車。再往前十年,在冷戰(zhàn)初期,美國空軍為開發(fā)氫燃料飛機(jī),秘密建造了世界上最大的液化氫工廠。每一次,氫氣都遭遇了成本和技術(shù)問題,導(dǎo)致這種氣體難以作為一種燃料得到商業(yè)化。
 
但如今氫能產(chǎn)業(yè)界幾乎有個共識:這次真的會不同。邱鵬也是其中的一員。他認(rèn)為,在氫能大規(guī)模商用之前,有必要讓人們直觀地看到產(chǎn)業(yè)鏈條怎么轉(zhuǎn)起來,從而打消他們的顧慮。
 
邱鵬計劃今年在嘉定氫能港建設(shè)一個試點(diǎn)項(xiàng)目,從屋頂光伏開始,通過制氫、儲氫、發(fā)電,最后為園區(qū)供電,形成一個閉環(huán)。他說:“別看麻雀雖小,但我們會把最先進(jìn)的技術(shù)耦合在一起,構(gòu)建一個能跑得通的系統(tǒng)。” 
 
“等全鏈條跑通以后,大量玩家就會進(jìn)入。未來就可能成為規(guī)�;漠a(chǎn)業(yè)。”齊康說。
 
不光是錢的問題
 
待突破的不光是技術(shù)、價格、應(yīng)用場景,還有標(biāo)準(zhǔn)體系。
 
5月的一個清晨,上海電氣氫能團(tuán)隊的研究人員聚在一起,探討如何推進(jìn)一個國家級氫能課題。其中一個難題是個課題里的儲氫技術(shù)應(yīng)當(dāng)遵循什么標(biāo)準(zhǔn)。
 
去年底,我國發(fā)布了《氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南(2023版)》,提出到2025年,支撐氫能制、儲、輸、用全鏈條發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)體系基本建立,制修訂30項(xiàng)以上氫能國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等發(fā)展目標(biāo)。但在2025年之前,現(xiàn)有的項(xiàng)目卻難以找到標(biāo)準(zhǔn)。
 
眼前的課題就遇到了這個難題。會上,一位青年研究人員靈機(jī)一動,問:“我們是不是可以參照加氫站的標(biāo)準(zhǔn)?”
 
大家都覺得有些道理。這也是沒辦法的辦法。和這個團(tuán)隊一樣,在國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)待定的背景下,業(yè)界不得不參照國外的、歷史上的、相鄰行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn),邊做邊摸索。
 
眼下建設(shè)的所有項(xiàng)目幾乎都是首創(chuàng),幾乎都在為機(jī)制探路。在上海浦東的上海白龍港污水處理廠,一個氫能中試項(xiàng)目3月27日開始試運(yùn)行。這個項(xiàng)目利用電解水和沼氣制氫,后續(xù)銜接儲氫技術(shù)裝備、氫燃料電池、用氫場景,在全球范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)污水廠“綠氫制備—固態(tài)儲氫—熱電聯(lián)供”的全鏈條示范。
 
這個氫能項(xiàng)目建在露天,但四周拉起了警戒線,禁止參觀人員進(jìn)入。因?yàn)闅錃獗ǚ秶鷱V,屬�;罚芾順O為嚴(yán)格。據(jù)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹,項(xiàng)目僅安全評估就用了3個月。
 
這也是在氫能行業(yè)最常聽到的抱怨:過于嚴(yán)格的安全規(guī)范限制了產(chǎn)業(yè)發(fā)展。但邱鵬認(rèn)為,問題要辯證地看:每個部門職責(zé)不同,立場自然不同。有的部門(比如經(jīng)濟(jì)口)管進(jìn)攻,希望規(guī)則放松一些;有的部門(比如應(yīng)急管理)管防守,必須把住底線。
 
“你說是誰的問題嗎?好像都不是。誰都對,但是最后加在一起就誰都不對。” 邱鵬說,“好在,近年來,政策都在往對的方向走。在國家大力發(fā)展氫能的大背景下,這些問題都會逐漸化解。”
 
邱鵬說:“就好像我們頭頂?shù)奶齑�,馬上就要打開了,曙光很快會灑進(jìn)來。”
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標(biāo)簽: 氫能
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