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         氫能，被冠以未來能源、終極能源的美譽，仿佛離我們還非常遙遠。實際上，氫能已經走進了我們的生活。

 

        目前，一些城市的人們或許已經乘上了氫能動力的公共汽車，或者開始采用氫燃料重型卡車來運送貨物。中國氫能聯盟理事長凌文預計，到2050年，氫能在我國將實現大規模應用，其在能源結構中占比有望達到10%以上。

 

最有前途的能源

 

        氫，在元素周期表中位列第一，是目前已知最小的原子。氫也是宇宙中分布最廣泛的物質，宇宙質量的75%都是氫。

 

       氫有什么特點呢？它的燃燒熱值高。除核燃料以外，氫的燃燒熱值居各種燃料之首，是液化石油氣的2.5倍，汽油的3倍。并且，氫是零碳的。它燃燒生成水，水電解又可以生成氫，是一種可循環使用的清潔能源。

 

       “如果說風電、光伏發電是當前新能源行業的主導力量，氫能源就是能源領域的未來之星。”中國科學技術協會主席萬鋼表示，氫能非常符合全球能源發展的新趨勢，被行業譽為21世紀最有前途的能源之一。

 

        在人類發展史中，能源利用方式的轉型和變革貫穿期間。最初，火的發現開啟了人類文明的源頭。柴火使食物的能量密度得以提高，人類因此可以通過短時間進食獲取足夠高的能量。而以煤為動力的蒸汽機的使用，開啟了人類工業化進程，使人類的生產率得以大幅提升。隨后，石油、天然氣的使用大大提升了人類活動半徑。人們的交往更為頻繁，交通更為便利。

 

        “這其實就是一個減碳加氫的過程，也是人類能源利用方式演變的總體趨勢。”國家科技部原部長徐冠華表示。

 

        “這個大方向，是向更加清潔、低碳的能源轉型。”凌文說，目前可再生能源比重的大幅上升，表明全球能源轉型的過程已經開始加速。

 

         比如煤是高碳能源，以碳元素為主，含有少量氫、硫、氮等元素。石油的主要成分是丙烷(C3H8)和丁烷(C4H10)，氫的比重逐步上升。到了天然氣，主要成分為甲烷(CH4)，碳原子和氫原子的比重達到了1∶4。

 

        而越來越多的研究發現，氫的來源非常廣泛，既可借助傳統化石能源如煤炭、石油、天然氣等用低碳化技術制取，也可以通過風電、光伏、水電等可再生能源制備。同時，氫的利用形式很多樣，可以通過燃燒產生熱能，在熱力發動機中產生機械功，并且用氫代替煤和石油，不需對現有技術裝備作重大改造；此外，又可以作為能源用于燃料電池直接產生電能，為燃料電池車、分布式發電設施提供動力。它還可以儲存，能夠實現持續供應、遠距離輸送。

 

        因此，氫能被冠之以未來的能源、終極能源的稱呼。中國氫能聯盟戰略指導委員會常務副主任干勇表示，氫能將成為改變傳統能源的終極目標，發展氫能產業是人類能源結構調整和產業結構轉型的必由之路。

 

各國加快探索

 

        事實上，世界各國已經紛紛啟動對氫能的研究和嘗試。并且，在前些年遠景規劃的基礎上，一些有規模的試點業已啟動，氫能產業鏈開始逐步顯現。

 

        在美國，有關部門2001年就曾勾畫出氫能發展的藍圖：在未來的氫經濟中，美國將擁有安全、清潔以及繁榮的氫能產業，美國消費者將像現在獲取汽油、天然氣或電力那樣方便地獲取氫能。2003年，美國宣布啟動總額超過12億美元的氫燃料計劃。

 

        目前，美國已經從政策的評估、制定轉向以技術研發、示范為起點的系統化實施階段。2017年，在美國加利福尼亞州，殼牌石油與豐田合作，在當地建立了7座加氫站，使全州的加氫站數量增加到了25座。一個擁有5座加氫站的供應商甚至宣布，他們提供的氫氣每公斤少于10美元，這一定價被看作氫能定價的關鍵里程碑。

 

        在歐洲，歐盟25國促成的歐洲研究區專家認為，到2020年，成員國中會有5%的新型汽車和2%的船舶使用氫能產品；到2030年后，其市場占有率不斷提高，預計屆時氫能制造主要來自于可再生能源和先進的核能。其中，德國在氫能和燃料電池技術上處于領先地位。德國制定并執行了嚴格的氫能法規和標準，涉及氫能的生產、運輸、加注、車輛的使用和購買等。2017年，寶馬、奔馳等車企已開始商業化發展氫燃料電池汽車。

 

        日本因自身能源缺乏，非常重視新能源開發，也是最早系統制定氫能發展規劃的國家。日本1993年啟動世界能源網項目，其目標是構建一個環球能源網絡以實現氫能的高效供應、輸送和利用。

 

        日本新能源與工業技術發展機構氫能主任大平英二在中國氫能源及燃料電池產業高峰論壇上表示，氫能已經成為日本的基本戰略，成為全球首個國家戰略。2050年，日本希望將氫氣作為可再生能源后的另一種新能源，并且制定了使氫氣價格從2030年的3美元/千克降至2050年2美元/千克的目標。

 

突破與挑戰并存

 

        干勇表示，氫能在交通領域的應用將會率先突破，尤其是重型卡車采用氫燃料電池，在運行環境和運行成本，包括續駛里程和加氫時間上擁有不錯的前景。

 

        2016年3月份，我國制定的《能源技術革命創新行動計劃（2016-2030年）》提出，把可再生能源制氫、氫能與燃料電池技術創新作為重點任務；把氫的制取、儲運及加氫站等方面的研發與攻關、燃料電池分布式發電等作為氫能與燃料電池技術創新的戰略方向；把大規模制氫技術、分布式制氫技術、氫氣儲運技術、氫能燃料電池技術等列為創新行動。

 

        2017年，科技部和交通運輸部出臺的《“十三五”交通領域科技創新專項規劃》明確提出，推進氫氣儲運技術發展，以及加氫站建設和燃料電池汽車規模示范，形成較完整的加氫設施配套技術與標準體系。

 

        在這個背景下，我國氫能產業的商業化步伐正不斷加快，一些地方和能源企業紛紛布局氫能項目。

 

       2018年1月份，武漢市氫能產業發展規劃建議方案出爐。該規劃建議，到2025年，力爭氫能燃料電池全產業鏈年產值突破1000億元，成為世界級新型氫能城市。

 

        2022年，北京和張家口將聯合舉辦第24屆冬奧會。在冬奧會的規劃中，將大量采用清潔的氫能源汽車用于通勤、物流。為此，張家口已經引入了70多輛氫能源公交車；與此同時，引入了多家企業生產氫燃料電池，并與國家能源集團探討設立制氫和加氫設施，以期建立起氫能產業鏈。

 

        然而，這僅是萬里長征的第一步。據統計，2017年我國氫氣產量約為2100萬噸，其中用于生產合成氨、甲醇的原料氫占比約65%，用于石油煉制加氫等的占比約33%，工業氫氣占比約2%，用作氫能載體仍僅為示范性工程。

 

        萬鋼表示，與發達國家相比，我國在燃料電池基礎研究和技術發展、氫能裝備制造等方面仍相對滯后，特別是一些關鍵技術與國外仍存在差距，產業鏈較為薄弱。在基礎設施方面，制氫、供氫和加氫的系統先進性有待提升，制氫成本有待降低，氫設施標準落后等也制約著產業發展。

 

       中國航天科技101所副總工程師劉玉濤表示，儲氫、運氫中的“卡脖子”問題可以考慮用液化氫的方式解決。

 

       他介紹，目前采用進口的氫氣傳感器，監測時間要在幾秒左右，而中國航天級傳感器的監測時間已經能做到1秒左右。在儲氫環節，對于能實現大規模存儲、遠距離輸送的液態氫，早在上世紀60年代中國就能大規模生產。液化氫的產業化、規模化將會成為氫能產業發展的一大推動因素。

 

       變化已經開始，未來正向我們走來。國際氫能委員會預計，到2050年，氫能可以滿足全球能源總需求的18%或全球一次能源總需求的12%，氫能及氫能技術相關的市場規模將超過2.5萬億美元。