近期，國際能源署發(fā)布題為《2050年凈零排放：全球能源部門路線圖》的報告說，到2050年全球?qū)崿F(xiàn)二氧化碳凈零排放將需要大約5.2億噸的低碳氫氣，其中來自可再生能源的綠氫要占到約60%。而目前全球氫氣年產(chǎn)量約為7000萬噸，其中灰氫占比約95%。綠氫產(chǎn)業(yè)擁有廣闊的發(fā)展空間，也面臨著緊迫的轉(zhuǎn)型壓力。
氫作為二次能源，其生產(chǎn)離不開一次能源。按照生產(chǎn)來源，世界能源理事會將氫氣分為灰氫、藍氫和綠氫三類。灰氫指由天然氣、煤等化石燃料生產(chǎn)的氫氣，制取過程成本最低，但碳排放量高，在化工行業(yè)應用普遍;藍氫是灰氫的“升級版”，在氫氣生產(chǎn)環(huán)節(jié)配合碳捕捉和封存技術(shù)，能夠減少90%左右的碳排放，成本相應更高;綠氫則是利用風能、太陽能等可再生能源發(fā)電，再電解水生產(chǎn)氫氣，成本最高。其中，綠氫從源頭上杜絕了碳排放，是真正意義上的清潔能源。
用綠氫代替灰氫作為化工原料，是實現(xiàn)化工行業(yè)深度脫碳的重要途徑。此外，綠氫還能幫助解決可再生能源發(fā)電過剩困境，化解棄風、棄光、棄水等現(xiàn)象，提高可再生能源的利用率，可廣泛用于交通、建筑和工業(yè)等各個領(lǐng)域。不過，高昂的生產(chǎn)成本制約了綠氫的大規(guī)模發(fā)展。據(jù)國際能源署報告，綠氫價格目前為每千克3.5至5歐元，遠高于灰氫的每千克1.5歐元。
目前，穩(wěn)定、快速、大批量制取綠氫的技術(shù)路線主要為電解水，具體可以分為堿性電解水、質(zhì)子交換膜電解水和固體氧化物電解水三類。堿性電解水是當前的主流技術(shù)，需要保證兩個電極的壓力均衡，以防止氫氧混合產(chǎn)生危險，因此難以與具有快速波動特性的可再生能源發(fā)電配合;質(zhì)子交換膜電解槽在運行中具有更好的靈活性和反應性，但需要鉑和銥等貴金屬，未來需進一步降低貴金屬使用量或發(fā)掘成本低廉的催化劑;固體氧化物電解水制氫技術(shù)具有更高的理論效率，但仍處于實驗室驗證階段，且其對高溫熱源的需求可能會限制在商業(yè)應用階段的經(jīng)濟可行性。
隨著各國加大力度應對氣候變化，綠氫產(chǎn)業(yè)正迎來發(fā)展熱潮。今年2月，歐洲30家公司聯(lián)合啟動了世界最大綠氫項目之一，選址在太陽能富集的歐洲西南部伊比利亞半島。這30家企業(yè)覆蓋了綠氫產(chǎn)業(yè)鏈的上中下游，包括太陽能開發(fā)商、電解槽供應商、大型能源和工業(yè)集團以及融資機構(gòu)等，目標是在2030年前將綠氫的價格降到每千克1.5歐元，每年生產(chǎn)360萬噸綠氫。此前，德國、荷蘭、丹麥等宣布了多個以海上風電制氫為主的綠氫項目。中國首個規(guī)劃中的吉瓦級電解廠——北京京能內(nèi)蒙古項目預計每年可生產(chǎn)40萬至50萬噸綠氫。有統(tǒng)計顯示，目前全球約有70個在建或規(guī)劃綠氫項目，很多是由政府和關(guān)鍵能源企業(yè)共同主導，產(chǎn)業(yè)布局空前加快。
未來，綠氫的成本下降不僅有賴風電、光伏等行業(yè)的降本增效，還要依靠以電解槽為代表的全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)進步。隨著產(chǎn)能擴大、輸配基礎設施建設加快，氫能產(chǎn)業(yè)鏈的規(guī)模效應將日益顯著，這也將促進更多研發(fā)力量參與其中，從而大幅降低成本，推動綠氫的進一步普及。
(作者為清華大學核能與新能源技術(shù)研究院副研究員 歐訓民)
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