氫能在我國有著廣泛的應(yīng)用前景。到2050年，氫能在我國終端能源體系中占比將達(dá)到10-15%，可以帶來幾十萬億新興產(chǎn)業(yè)。但是與國際先進(jìn)水平相比，我國氫能產(chǎn)業(yè)整體水平要想實(shí)現(xiàn)追平或者趕超還需要很多努力。
不可“氫”視
在國際范圍內(nèi)，美國、日本、歐盟、韓國都制定了一些到2030年、2050年要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。特別是美國和日本，已經(jīng)出臺(tái)國家層面的氫能戰(zhàn)略，而且最近歐盟的動(dòng)作也很迅速，在各項(xiàng)指標(biāo)和氫能利用上都拿出了不錯(cuò)的樣板。
普華永道預(yù)計(jì)，到本世紀(jì)中葉，世界用氫量將達(dá)到5億3000萬噸。原先人們并沒有把氫當(dāng)作能源，而是用在其他方面，而如今氫能的應(yīng)用場(chǎng)景非常豐富，除了交通運(yùn)輸外，還能應(yīng)用在能源系統(tǒng)、供電供熱、煉化冶金等其他場(chǎng)景。制氫方式有煤制氫、天然氣制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫、火電/光電/光催化制氫、生物發(fā)酵制氫等等。
保守估計(jì)，到2050年，氫能在我國終端能源體系中占比將達(dá)到10-15%。世界氫能巨頭們認(rèn)為占比應(yīng)該能達(dá)到18%，所以氫能將成為我國能源戰(zhàn)略的重要組成部分，與電力協(xié)同互補(bǔ)，可以帶來幾十萬億新興產(chǎn)業(yè)。
能源的經(jīng)濟(jì)性很重要，如果用電網(wǎng)的電制氫，光是一公斤氫的用電成本就會(huì)達(dá)到30多元人民幣。但是我們?nèi)绻妹褐茪洌⑶医Y(jié)合CCUS（碳捕獲）技術(shù)，雖然有一定的成本，但總體能控制在200元以內(nèi)。
光伏發(fā)電成本較低，最低可以到0.7元。采用風(fēng)電或光電制氫的話，成本大概每公斤在200元以下。但是具備相應(yīng)條件的地區(qū)并不是很多，河北的張家口、吉林的白城，還有福建、河北、新疆、青海等，都具備光伏或者風(fēng)力發(fā)電條件。
人類利用氫能的經(jīng)濟(jì)性問題還體現(xiàn)在運(yùn)氫上，氫氣運(yùn)輸需要專用管網(wǎng)，以300毫米直徑為例的輸送管網(wǎng)測(cè)算，每公斤每百公里的管道成本只要0.7元，是200bar長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸費(fèi)用的10%，而且是液氫運(yùn)輸費(fèi)用的50%，成本大幅降低。
隨著氫能技術(shù)的成熟、大規(guī)模應(yīng)用以及瓶頸技術(shù)的突破，在400公里行程范圍內(nèi)，氫燃料電池汽車和純電動(dòng)汽車成本基本持平，略高一點(diǎn)。但當(dāng)里程超過400公里時(shí)，它的長(zhǎng)續(xù)航優(yōu)勢(shì)得以體現(xiàn)，而純電動(dòng)汽車充電的時(shí)間成本明顯上升，不如氫燃料電池汽車的經(jīng)濟(jì)性。
“氫”要出于藍(lán)
與國際先進(jìn)水平相比，國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)整體水平要想實(shí)現(xiàn)追平或者趕超還需要努力。
電解槽國外做的很好，但是堿性電解槽我國水平和國外接近；在儲(chǔ)氣環(huán)節(jié)，我國在車載儲(chǔ)氫罐和國外有一定差距，現(xiàn)在還達(dá)不到完全工程化；加氫機(jī)和氫氣壓縮機(jī)，包括膜電極噴涂設(shè)備、循環(huán)泵、空壓機(jī)，以及燃料電池系統(tǒng)檢測(cè)和氫氣檢測(cè)，我國和國外的差距還是比較大的。
我國燃料電池電堆的功率為60千瓦，國外114千瓦，而且功率密度我國也較低，每升只有1.8kW，現(xiàn)正在往3Kw/L的密度上努力。耐久性比國外低，低溫性能表現(xiàn)一樣。
與氣氫相關(guān)的關(guān)鍵材料，例如，高強(qiáng)度的纏繞碳纖維、聚合物氣瓶?jī)?nèi)膽、氣氫密封材料等關(guān)鍵零部件和裝備都是需要突破的。耐高壓至100MPa以上的元器件，固定式、移動(dòng)式的氫氣存儲(chǔ)裝置，還有加壓和加注裝備，上述零部件的耐久性和可靠性我國還要形成技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)批量化、商業(yè)化的應(yīng)用。
我國膜電極的發(fā)展和國外差距較大。膜電極是燃料電池最昂貴的部件，年產(chǎn)一千套燃料電池，膜電極要占78%的成本，十萬套占66%，五十萬套也要占到成本的62%。我國膜電極的國家發(fā)展目標(biāo)是，到2020年，在0.62V電壓下電輸出性能大于2A每平方厘米；每平方厘米鉑載量小于0.4mg；抗反極實(shí)驗(yàn)要大于100分鐘；抗200次反極電流循環(huán)后，膜電極性能衰減要小于5%；壽命要大于兩萬小時(shí)。這些指標(biāo)還有一些沒有達(dá)到，投入還不夠，大型企業(yè)的介入也不夠。
目前，國內(nèi)已經(jīng)形成京津冀、華東、華南、華中、華北、東北六大產(chǎn)業(yè)集群，完整的產(chǎn)業(yè)鏈正在形成。
重卡要變“氫”
根據(jù)環(huán)保部《中國機(jī)動(dòng)車環(huán)境管理年報(bào)（2018）》顯示，2017年我國柴油車占汽車保有量的9.4%，但柴油車氮氧化物排放量占總排放量的68.3%；顆粒物排放量占排放總量的99%以上。
所以，中國首先應(yīng)該在柴油車上，尤其是在柴油車集中地區(qū)首先使用氫燃料電池汽車，要開啟氫能“重卡時(shí)代”。物流密集的港口地區(qū)適合建立柴改氫示范區(qū)，氫燃料電池汽車的特點(diǎn)是適合長(zhǎng)距離行駛、大荷載量。若改為“氫能重卡”，利于集中布局加氫站；氫消耗量大，也便于建立大型加氫站，可有效降低加氫站運(yùn)營成本，達(dá)到示范經(jīng)濟(jì)效益。
沿海港口地區(qū)附近大多建設(shè)有大型鋼鐵企業(yè)及聯(lián)產(chǎn)焦化企業(yè)，副產(chǎn)氫來源有保障，可實(shí)現(xiàn)氫源供應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。港口交通發(fā)達(dá)，氫源運(yùn)送進(jìn)出便利，易于規(guī)劃建設(shè)氫能輸送管網(wǎng)，降低供應(yīng)成本。
國內(nèi)的主要海港，按照一個(gè)月貨物60%的公路運(yùn)輸比例，估算重量2.36億噸，約1600萬車次，需消耗柴油400萬噸，折算氫氣240萬噸/月，柴改氫的優(yōu)勢(shì)顯而易見。
以唐山為例，唐山要求汽改鐵，但是建設(shè)鐵路并不是最好的辦法，超短途運(yùn)輸可以用鐵路，最終解決還是柴改氫的問題。唐山地區(qū)鋼鐵產(chǎn)能超過1億噸，占河北省55%，占全國13%，煤炭、鐵礦石及鋼鐵等物品運(yùn)輸總量6億噸/年，還有3600萬噸焦炭，可提純氫氣約50億立方米，足夠3萬輛重卡運(yùn)行。
柴改氫以后，一氧化碳、氮氧化物、顆粒物就會(huì)下降，空氣就會(huì)好起來，所以，開創(chuàng)氫能“重卡時(shí)代”，優(yōu)先發(fā)展氫能源商用物流車是我國的一項(xiàng)重點(diǎn)。
作者：中國工程院院士干勇
來源：新能源汽車報(bào)
