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氢能源以绿色环保、高能量的鲜明特征,成为了国际新能源领域发展方兴未艾的一支生力军,氢能的研究和使用受到了政府、学术界、企业以及社会大众的高度关注。
(来源:微信公众号“中国工业报” ID:zggybs 作者:祁晓玲)
今年,美国能源部公布了高达3100万美元的资金来推进H2@Scale概念,对氢源的研发表示了高度关注。H2@Scale的重点是在美国跨多个行业实现价格合理,可靠的大规模氢气生成、运输、储存和利用。通过在发电超过负荷时产生氢气,电解槽可以减少可再生能源的削减并有助于电网稳定性。从现有基础负载(例如,核动力)资产产生的氢也可以存储,分配并用作多种应用的燃料。这些应用包括运输、固定电力、工艺或建筑,以及工业部门,如钢铁制造、氨生产和石油精炼。
氢能发展的重要性毋庸置疑,未来极可能成为新能源领域的重要分支。但对于氢能现阶段是否真的环保,学者专家众说纷纭,给出的答案并不统一。
近日,工业和信息化部原部长、中国工业经济联合会会长李毅中,在近期一次演讲中提出“要科学把握、合理选择制氢工艺路径,灰氢不可取,蓝氢可以用,废氢可回收,绿氢是方向”,这一观点较为明确地给出了氢能源是否环保的判断方向。
氢能的环保性应从全产业链来考虑。单纯看氢能使用环节肯定是环保的,氢能使用后只产生水。但从氢能的来源来看,就需要认真地去思量。
世界能源理事会的报告将氢气按照生产来源分为“灰色”“蓝色”和“绿色”三类。
关于灰色氢气,目前96%的氢气来自化石燃料,通过蒸汽甲烷重整(SMR)或煤气化技术制取氢气。该过程制造的氢气成本较低,但是碳排放量最高。
目前,我国煤、天然气、石油(包括轻烃、石脑油、重油)制氢一般不是以氢气为最终产品,而是进一步生产化工产品或用以深度加工提高质量和收率。煤炭中含氢很少,煤种不同只有2%~5%,主要是用生产水煤气的方式产氢,同时伴生大量CO和CO2。天然气和石油组分中含氢较高,约在15%以上,以甲烷为例,与水反应生成氢气和CO2,氢气收率较高,同样进一步合成为相关石化产品。由化石能源制氢,如果将氢作为目的产品,不可逾越的问题是CO2的出路。生产1kg氢伴生的CO2重量,煤制氢约为11,天然气制氢约为5.5,轻油制氢约7。作为温室气体的CO2绝不允许大量排放,少量排放也将会征收高额碳税。
关于蓝色氢气,主要是采取蒸汽甲烷重整技术或煤气化加上碳捕捉和贮存(CCS)制氢,成本较高,在我国尚在试验并未产业化,亟待科技攻关。
关于绿色氢气,主要是使用可再生能源进行电解,二氧化碳零排放,但成本较高。
从上面的介绍中,我们可以看到三种“颜色”氢气,只有“蓝色”氢气和“绿色”氢气在制氢过程中,没有大量的CO和CO2排放,是具有环保性。但前者由于技术还不成熟,仍需要研发的进一步突破。对于后者,更需要关注的是 “可再生能源电解水制氢”。
我国火力发电依然占主导地位,2018年中国的火力发电总量约为全国发电总量的73.23%,水力发电约为同期全国发电总量16.24%,风力发电约为同期全国发电总量4.79%,核电约为同期全国发电总量4.33%,太阳能光伏发电全国占比约为1.32%。如果通过火力发电电解水制氢,虽然成本较低,但发电过程中产生废气,造成污染,氢能的环保性就大打折扣了,需要进行整体的评估测算。如何建立清洁电源的专用分布式电网,充分利用弃水、弃风、弃光“三弃”电量,合理布局加大可再生能源发电所占比重,是电解水制氢发展的重要保证。
综上所述,氢能的环保性除了从使用环节来考量外,更要关注氢能的制备环节,环保、经济、可靠的制氢途径,才是确保氢气作为绿色能源的基石。
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