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减缓全球变暖,何种能源能堪此重任?

杨艳高慧赵旭

中国石油经济技术研究院

发展氢能对于实现能源转型、遏制全球气候变暖至关重要。

据预测,2040年氢能将占世界终端能源消费的18%,2050年全球20%的二氧化碳减排要靠氢能来完成。

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氢是清洁高效的二次能源

国际氢能协会(International Association for Hydrogen Energy)副主席、国际标准组织氢能技术委员会(ISO/TC197)副主席毛宗强教授认为,氢能符合“3E+S”的新能源安全观,即经济(Economy)、环境(Environment)、能源(Energy)和社会安全(Safety)。

氢作为能源,具有以下特点

◆资源丰富。氢是宇宙中最丰富的元素,构成了宇宙分子的75%。人类不必像为了争夺分布极不均衡的石油那样发动战争。因此,氢能是当之无愧的“和平能源”。

◆与其他燃料相比,氢能是最清洁的燃料,零污染,零碳;环境友好,无次生污染。

氢能可将不稳定的可再生能源变成稳定能源,被视为可再生能源桥梁。

氢能方便储存,适应中、大规模的储能。

全能能源。氢能既可发电、供热,也可用作交通燃料。

◆能量密度大,除核燃料外,氢的发热值是所有其他化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,为142351千焦/千克,是汽油发热从值的3倍。

◆安全性高,由于质量轻、泄漏性强、扩散性大、燃烧范围宽、着火能低,从总体上来说,氢气作为燃料使用非常安全,无次生事故。

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氢能产业链初见规模

氢气主要由煤炭、天然气等化石原料制得(化石能源原料占比96%),其中煤制氢占比最大,但能耗高、污染大,需要优化。总体上,化石能源制氢技术成熟,预计将延续至2050年。可再生能源制氢尚处于示范阶段,将在2030年之后发挥作用,其中TiO2催化光水解制氢技术受到重点关注。

氢气储运是制约氢能产业发展的关键环节。氢可以以高压气态、液态、金属氢化物、有机氢化物和吸氢材料强化压缩等形式储存。衡量一种氢气储运技术好坏的依据有储氢成本、储氢密度和安全性等几个方面。

在利用方面,目前氢最主要的用途仍是作为化工行业的原材料,用于合成氨、炼油和煤炭深加工。氢燃料电池应用规模不大,但发展快速,技术日益成熟,氢能产业链初见规模。

特点:

资源上有基础,技术上有积累

作为世界第一大产氢国,中国有超强的氢气供应能力,2015年产量超过2200万吨,占世界氢产量6500万吨的34%。利用副产氢气和弃电制氢是中国氢气来源的一大特色。中国工业装置的副产氢气量巨大。2016年,我国焦炭、甲醇、氯碱、合成氨装置的理论副产氢气分别是945亿、224亿、92亿和71亿立方米,总计1332亿立方米。

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