【智库思享】欧训民:绿氢,能源转型中的关键角色

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文|欧训民清华大学核能与新能源技术研究院副研究员近期,国际能源署发布题为《2050年净零排放:全球能源部门路线图》的报告说,到2050年全球实现二氧化碳净零排放将需要大约亿吨的低碳氢气,其中来自可再生能源的绿氢要占到约60%。而目前全球氢气年产量约为7000万吨,其中灰氢占比约95%。绿氢产业拥有广阔的发展空间,也面临着紧迫的转型压力。

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氢作为二次能源,其生产离不开一次能源。按照生产来源,世界能源理事会将氢气分为灰氢、蓝氢和绿氢三类。灰氢指由天然气、煤等化石燃料生产的氢气,制取过程成本最低,但碳排放量高,在化工行业应用普遍;蓝氢是灰氢的“升级版”,在氢气生产环节配合碳捕捉和封存技术,能够减少90%左右的碳排放,成本相应更高;绿氢则是利用风能、太阳能等可再生能源发电,再电解水生产氢气,成本最高。其中,绿氢从源头上杜绝了碳排放,是真正意义上的清洁能源。

用绿氢代替灰氢作为化工原料,是实现化工行业深度脱碳的重要途径。

此外,绿氢还能帮助解决可再生能源发电过剩困境,化解弃风、弃光、弃水等现象,提高可再生能源的利用率,可广泛用于交通、建筑和工业等各个领域。

不过,高昂的生产成本制约了绿氢的大规模发展。

据国际能源署报告,绿氢价格目前为每千克至5欧元,远高于灰氢的每千克欧元。

目前,稳定、快速、大批量制取绿氢的技术路线主要为电解水,具体可以分为碱性电解水、质子交换膜电解水和固体氧化物电解水三类。碱性电解水是当前的主流技术,需要保证两个电极的压力均衡,以防止氢氧混合产生危险,因此难以与具有快速波动特性的可再生能源发电配合;质子交换膜电解槽在运行中具有更好的灵活性和反应性,但需要铂和铱等贵金属,未来需进一步降低贵金属使用量或发掘成本低廉的催化剂;固体氧化物电解水制氢技术具有更高的理论效率,但仍处于实验室验证阶段,且其对高温热源的需求可能会限制在商业应用阶段的经济可行性。

随着各国加大力度应对气候变化,绿氢产业正迎来发展热潮。今年2月,欧洲30家公司联合启动了世界最大绿氢项目之一,选址在太阳能富集的欧洲西南部伊比利亚半岛。这30家企业覆盖了绿氢产业链的上中下游,包括太阳能开发商、电解槽供应商、大型能源和工业集团以及融资机构等,目标是在2030年前将绿氢的价格降到每千克欧元,每年生产360万吨绿氢。

此前,德国、荷兰、丹麦等宣布了多个以海上风电制氢为主的绿氢项目。

中国首个规划中的吉瓦级电解厂——北京京能内蒙古项目预计每年可生产40万至50万吨绿氢。有统计显示,目前全球约有70个在建或规划绿氢项目,很多是由政府和关键能源企业共同主导,产业布局空前加快。

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未来,绿氢的成本下降不仅有赖风电、光伏等行业的降本增效,还要依靠以电解槽为代表的全产业链的技术进步。随着产能扩大、输配基础设施建设加快,氢能产业链的规模效应将日益显著,这也将促进更多研发力量参与其中,从而大幅降低成本,推动绿氢的进一步普及。