近年來，氫能成為能源領域的“寵兒”，氫能已經(jīng)成為全球能源系統(tǒng)的重要組成部分。據(jù)專家預測，到2050年，氫能在全球能源消費結構中占比將升至18%，氫經(jīng)濟市場規(guī)模將達到2.5萬億美元。
根據(jù)制氫方式的不同，可以分為以天然氣為原料制備的藍氫，通過核電水解得到的黃氫，通過褐煤氣化得到的灰氫，以及綠氫。
綠氫是以可再生能源為動力的電解氫，這意味著必須通過電解水、風光發(fā)電、太陽能發(fā)電和生物質(zhì)燃燒獲得。目前全球大多數(shù)氫電解槽項目將由太陽能和陸上風能提供動力。
氫的生產(chǎn)、運輸和儲存，是個大難題。除了氯堿化工企業(yè)的廢棄氫氣外，如果要大規(guī)模地從水中直接獲取純凈的氫氣，開銷很大。同時，全世界都還沒有建立氫運輸和儲存網(wǎng)絡，加氫站還在初級運營階段，要使它像加油站那樣普及，短期內(nèi)還很難達到。
氫能產(chǎn)品本身的成本也較高。要研制一輛氫燃料電池轎車，需花費近200萬元，而且，氫燃料電池轎車從動力來看，與燃油動力汽車還有一定距離，無論是行駛最高速度、續(xù)駛里程上，都有差距。
制氫技術
氫能是一種二次能源，因為氫在自然界中只以化合物的形式存在，所以需要通過特定的生產(chǎn)過程才能獲取利用。
目前已有多種制氫技術，一是以煤和天然氣為主的化石能源重整制氫；二是以焦爐煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為主的工業(yè)副產(chǎn)氣制氫；三是電解水制氫。其他制氫工藝還包括生物質(zhì)制氫、太陽能光解水制氫等。
氫能被普遍視為能源領域深度脫碳的關鍵選擇，但目前全球絕大部分氫能是利用化石能源生產(chǎn)，電解水制氫越來越得到了各國的廣泛關注，當前全球原油經(jīng)濟大幅震蕩，“綠色氫氣”正在迎來“屬于它的時代”。
相對化石燃料約為1-1.8 美元/ 千克的制氫成本，可再生能源電解水制氫成本約為6 美元/ 千克。BNEF《氫能經(jīng)濟展望》提及，清潔氫氣目前產(chǎn)業(yè)規(guī)模極小、成本很高，未來的降本潛力極大。但前提是要擴大氫氣的應用規(guī)模，并建設相應的基礎設施網(wǎng)絡。
從全球范圍來看，天然氣制氫是現(xiàn)今最主流的形式，占比近50%；醇類次之，占比為30%。我國則以煤炭制氫為主，占比為62%；天然氣次之，占比為19%，與“富煤貧油少氣”的能源稟賦特征相符。
煤制氫技術
煤制氫歷史悠久、技術成熟，煤氣化制氫是先將煤炭與氧氣發(fā)生燃燒反應，進而與水反應，得到以氫氣和一氧化碳為主要成分的氣態(tài)產(chǎn)品，然后經(jīng)過脫硫凈化，一氧化碳繼續(xù)與水蒸汽發(fā)生變換反應生成更多的氫氣，最后經(jīng)分離、提純等過程而獲得一定純度的產(chǎn)品氫。
氣化是煤制氫的核心技術，制氫裝置要求氣化爐高效和穩(wěn)定運行。
煤制氫技術路線成熟高效，可大規(guī)模穩(wěn)定制備，是當前成本最低的制氫方式。
電解水制氫
電解水制氫是一種清潔、高效、可持續(xù)的制氫技術，其制氫工藝簡單，氫氣純度可達99.999%，產(chǎn)品純度高。
電解水制氫不受電廠周邊有無可靠、合格外購氫氣條件的限制，設備壽命期內(nèi)制氫成本低，已普遍應用于燃煤電廠、燃氣電廠和核電廠，為這些電廠的氫冷發(fā)電機持續(xù)提供可靠且滿足發(fā)電機純度、濕度要求及用量的氫氣。
電解水制氫技術是以除鹽水為原料，借助直流電的作用，將水分解為氫氣和氧氣的電化學過程。
根據(jù)電解槽種類的不同，電解水制氫主要分為堿性電解水制氫、PEM 質(zhì)子交換膜電解水制氫和固體氧化物電解水制氫三種技術。
由于PEM 質(zhì)子交換膜電解槽和固體氧化物電解槽造價相對較高，應用實例相對較少，加上堿性電解水制氫的槽體結構簡單、易于操作、價格相對便宜且技術最成熟，目前應用最多的是堿性電解水制氫。
我國氫能發(fā)展路線
中國是全球第一產(chǎn)氫大國，初步評估現(xiàn)有工業(yè)制氫產(chǎn)能為2500萬噸/年，已掌握部分氫能基礎設施與一批燃料電池相關核心技術，制定出臺國家標準86項次，具備一定的產(chǎn)業(yè)裝備及燃料電池整車的生產(chǎn)能力。
預計到2030年，中國氫氣需求量將達到3500萬噸，在終端能源體系中占5%。
預計到2050年，氫能在中國能源體系中的占比約為10%，氫能需求量接近6000萬噸。氫能將與電力協(xié)同互補，共同成為我國終端能源體系的消費主體。
需求層面，中國擁有的天然大市場，尤其是“世界第一汽車大國”的新能源汽車潛在使用量，也使得“中國氫能未來有無限的發(fā)展可能”。
因此，可以預計，通過有序發(fā)展，氫能源和燃料電池產(chǎn)業(yè)將實現(xiàn)爆發(fā)式發(fā)展。
中國自2006年建造第一座加氫站以來至2020年，加氫站的建設數(shù)量年復合增長率高達46%。按照這個速度，中國未來加氫站的數(shù)量有望成為全球第一。
隨著加氫站數(shù)量的逐步增加，燃料電池汽車發(fā)展中“有車無站”的矛盾將不復存在，我國發(fā)展氫能的大方向不會變，當前的低迷是暫時的。
此外，整個氫能產(chǎn)業(yè)是一個非常龐大的產(chǎn)業(yè)，燃料電池汽車僅僅是氫能在車端的一個應用方向。氫冶金、固定式電源/電站、無人機、天然氣摻氫、氫能熱電聯(lián)產(chǎn)等均在研究和發(fā)展當中。
氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)作為新能源產(chǎn)業(yè)中的一股新勢力，當前尚處于發(fā)展初期，因此補貼政策對其發(fā)展起著決定性作用。我們看到，依賴補貼發(fā)展是我國所有新興產(chǎn)業(yè)的“生命線”，在國家補貼政策支持下，風電、光伏產(chǎn)業(yè)以及純電動汽車等領域，先后迅速發(fā)展成為了世界第一大市場。雖然疫情影響使氫能和燃料電池行業(yè)企業(yè)面臨現(xiàn)金流趨緊、供應鏈中斷、市場供應普遍下滑等壓力，但是相信隨著國家對氫能產(chǎn)業(yè)的扶持補貼政策的出臺，氫能和燃料電池行業(yè)定將迎來高速發(fā)展的曙光。
