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碳達(dá)峰、碳中和”愿景下，全球能源體系面臨深度重構(gòu)。作為有潛力實(shí)現(xiàn)零碳排放的清潔能源，氫能無(wú)疑將發(fā)揮重要作用。近日，在2021長(zhǎng)三角（張家港）國(guó)際氫能產(chǎn)業(yè)人才峰會(huì)上，中國(guó)工程院院士干勇、中國(guó)科學(xué)院院士郭烈錦、中國(guó)科學(xué)院院士李燦分別發(fā)表主旨演講，分析目前氫能產(chǎn)業(yè)局勢(shì)，洞察產(chǎn)業(yè)先機(jī)，把握政策走向，為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展鼓與呼。記者特別摘錄三位院士的部分精彩觀點(diǎn)，以饗讀者。

干勇院士：

氫能重卡時(shí)代 應(yīng)從港口物流車開始


“氫能的重卡時(shí)代，應(yīng)該從港口開始。”中國(guó)工程院院士、中國(guó)工程院原副院長(zhǎng)、中國(guó)金屬學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)干勇指出，短期內(nèi)在非物流集散地的內(nèi)陸區(qū)域大規(guī)模發(fā)展氫能是有困難的，但在港口城市則有必要提倡優(yōu)先發(fā)展氫燃料電池物流車、燃料電池重卡。

干勇指出，氫燃料電池適用于長(zhǎng)距離、重載量的物流車。港口貨物吞吐量大，柴油車輛數(shù)量多，且密集使用，若能改為氫能重卡，不僅可降低污染物排放，還有利于集中布局加氫站。因氫能消耗量大，集中建立大型加氫站，可有效降低加氫站運(yùn)營(yíng)成本，實(shí)現(xiàn)示范經(jīng)濟(jì)效益。

“沿海港口地區(qū)附近一般多有大型鋼鐵企業(yè)及聯(lián)產(chǎn)焦化企業(yè)，副產(chǎn)氫來(lái)源較為豐富，可以實(shí)現(xiàn)氫能供應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，港口交通發(fā)達(dá)，氫能運(yùn)送進(jìn)出便利，易于規(guī)劃建設(shè)氫能輸送網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步降低氫能供應(yīng)成本，提高氫能綜合利用經(jīng)濟(jì)效益。”干勇認(rèn)為。

數(shù)據(jù)顯示，2017年，我國(guó)柴油車占汽車總保有量的比重為9.4%，但柴油車氮氧化物排放量卻占總排放量的68.3%，顆粒物排放量占總排放量的99%以上。

一輛重型柴油車的氮氧化物排放量約等于100輛小汽車的氮氧化物排放量。以載重30噸的煤炭運(yùn)輸車為例，按運(yùn)距1000公里計(jì)算，單車次即消耗柴油高達(dá)250公斤，測(cè)算可排放約13千克氮氧化物、3千克煙塵。

“在港口示范區(qū)推廣應(yīng)用氫燃料電池重卡，將使港口從霧霾重災(zāi)區(qū)變?yōu)榍鍧崊^(qū)。”干勇表示，不僅有助于減少氮氧化物、顆粒物等污染物的排放，且可發(fā)揮規(guī)模替代效應(yīng)，使氫能重卡的運(yùn)維成本降至與目前柴油重卡運(yùn)營(yíng)成本相當(dāng)?shù)乃?，具備可行性?br />
干勇表示，開創(chuàng)氫能重卡時(shí)代，優(yōu)先發(fā)展氫能能源商用物流車是一個(gè)方向。在城市內(nèi)，電力供應(yīng)充足，完全可用電動(dòng)公交車實(shí)現(xiàn)燃油公交的清潔化替代。“考慮到氫能供應(yīng)的復(fù)雜性，氫能公交車只適合做示范，我認(rèn)為發(fā)展氫能重卡才是可行路線。”


立足中國(guó)煤炭資源稟賦

構(gòu)建氫電互補(bǔ)能源供給體系

自人類開展大規(guī)模工業(yè)活動(dòng)以來(lái)，伴隨著能源消耗，溫室氣體大量排放造成了全球變暖。大力推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，提升非化石能源在一次能源消費(fèi)中的占比，力求實(shí)現(xiàn)“凈零排放”已成全球各國(guó)的一致行動(dòng)。

在中國(guó)科學(xué)院院士郭烈錦看來(lái)，當(dāng)前，全球一次能源依然是以化石能源為主體，化石能源消耗占比84%以上，且中短期內(nèi)難以大幅降低、仍將占據(jù)主導(dǎo)地位。

“依據(jù)我國(guó)的一次能源總消耗量測(cè)算，每年排出的二氧化碳約為100億-104億噸。”郭烈錦解釋稱，目前我國(guó)煤炭占一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的比重約為55%，煤炭使用貢獻(xiàn)了70%以上的二氧化碳排放量，因此減少煤炭利用造成的二氧化碳排放是我國(guó)碳減排的首要任務(wù)。

他進(jìn)一步表示，當(dāng)下我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展取得了巨大進(jìn)步，但同時(shí)發(fā)電也是煤炭消耗的主力；如果電力行業(yè)不能減排二氧化碳，“雙碳”目標(biāo)便不易實(shí)現(xiàn)。

“雖然可再生能源具有顯著的可持續(xù)性和零排放等優(yōu)勢(shì)，且儲(chǔ)量巨大，但具有明顯的間歇不穩(wěn)定性，在當(dāng)前技術(shù)體系下發(fā)展受到電網(wǎng)調(diào)峰和消納能力限制。短期內(nèi)依靠可再生能源完成一次能源供給的主體任務(wù)，是不現(xiàn)實(shí)的。”郭烈錦說。

在郭烈錦看來(lái)，構(gòu)建氫電互補(bǔ)的能源有序轉(zhuǎn)化和供給體系或可擔(dān)此大任。

“目前，國(guó)內(nèi)外各層面所作對(duì)氫能的預(yù)期需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)低估了氫能在未來(lái)能源供給體系中的地位。電很難存儲(chǔ)，氫恰相反，相信未來(lái)的氫將會(huì)具有跟電同等的地位。”郭烈錦直言。

那么，大規(guī)模、低成本的潔凈氫從哪里來(lái)，又將如何切實(shí)實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排目標(biāo)？

郭烈錦建議，必須發(fā)展?jié)崈舻吞忌踔敛慌欧哦趸嫉?、以化石能源為一次能源的發(fā)電技術(shù)以替換當(dāng)前傳統(tǒng)的以化石燃料燃燒為基礎(chǔ)的火電及常規(guī)熱化學(xué)氣化制氫，同時(shí)大力發(fā)展風(fēng)電、光伏和水電的全周期、全方位的發(fā)電制氫技術(shù)，並大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。

“構(gòu)建氫電互補(bǔ)互換的能源有序轉(zhuǎn)化體系，同時(shí)統(tǒng)籌考慮體系中的碳集循環(huán)，并結(jié)合自然界中富集的二氧化碳，將其資源化高值利用，是廉價(jià)、潔凈的制氫路線。”郭烈錦說。

傳統(tǒng)的煤氣化制氫是將煤炭部分氧化放熱后，再與水蒸氣變換重整的過程，可以概括為“以空氣為基”，這種技術(shù)路徑污染、低效。但如果“以水為基”，通過水-煤直接接觸、吸熱還原直接氣化制氫的方法，即可實(shí)現(xiàn)清潔、高效制氫的目標(biāo)。

他進(jìn)一步解釋，該技術(shù)路線是將煤置于超臨界水蒸汽環(huán)境中，通過還原反應(yīng)，制取氫氣和二氧化碳，之后將溶解了二氧化碳的超臨界水蒸汽推動(dòng)輪機(jī)做功發(fā)電，做功后氣水分離自然得到高純度的二氧化碳，同時(shí)得到遠(yuǎn)高于現(xiàn)在燃煤發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率，“無(wú)論何種裝機(jī)規(guī)模下，單臺(tái)機(jī)組的煤電轉(zhuǎn)化效率，均將比相同規(guī)模的火電機(jī)組至少提高5到10個(gè)百分點(diǎn)。”

“再結(jié)合可再生能源規(guī)模制氫，以及可再生能源驅(qū)動(dòng)的二氧化碳循環(huán)高值化轉(zhuǎn)化利用，還可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢氣中的二氧化碳利用，并將工業(yè)生產(chǎn)過程中的廢水、廢液利用起來(lái)。這應(yīng)該是未來(lái)以煤炭為原料，規(guī)?；?、低成本制取潔凈氫，同時(shí)解決煤炭利用過程中二氧化碳排放問題的重要路徑。”郭烈錦表示。

據(jù)測(cè)算，大規(guī)模以此技術(shù)路線制取的氫氣，每標(biāo)準(zhǔn)立方米成本不高于0.6元，即生產(chǎn)1公斤氫，成本不足10元。經(jīng)過20多年的努力，目前該技術(shù)路線已經(jīng)開始規(guī)?；墓こ淌痉?。

“基于化石能源的清潔無(wú)污染制氫、可再生能源的低成本高效大規(guī)模制氫，構(gòu)建新型的氫電互變、集中與分布式并存耦合互補(bǔ)的能源供給體系，將會(huì)帶來(lái)多種產(chǎn)業(yè)及全鏈條的人類社會(huì)生產(chǎn)和生活方式的顛覆性變革?？梢允刮覈?guó)立足于富煤的資源稟賦，獨(dú)創(chuàng)性引領(lǐng)世界能源技術(shù)和能源供給體系的變革。”郭烈錦說。

李燦院士：


若等量替代現(xiàn)有煤制甲醇

“液態(tài)陽(yáng)光”有億噸級(jí)碳減排潛力

“綠色氫能將是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)切實(shí)可行的路徑之一。”中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)李燦表示。

當(dāng)下，碳排放最主要來(lái)自于火力發(fā)電，交通領(lǐng)域的汽油、柴油、天然氣使用，以及煤化工、化工、煉油、冶金、合成氨、水泥等，這些均是剛性排放二氧化碳的工業(yè)。李燦認(rèn)為，大自然吸收二氧化碳的量很有限，要解決二氧化碳問題，根本方法是提高可再生能源比例，降低化石能源使用比例。

“可再生能源主要是太陽(yáng)能，以及以太陽(yáng)能為代表的其他可再生能源，比如風(fēng)電、光伏發(fā)電、生物質(zhì)、水電等。”他解釋稱，這類資源非常豐富，不用擔(dān)心實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和不夠用。

“在當(dāng)前化石能源仍占主導(dǎo)的情況下，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和，除了靠節(jié)能減排、降低單位GDP能耗，以及碳捕獲存儲(chǔ)技術(shù)外，大力發(fā)展風(fēng)電、光伏等可再生能源已經(jīng)成為共識(shí)。”李燦說，預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)風(fēng)電和光伏裝機(jī)量將達(dá)到12億千瓦，化石能源占比將降到75%以下，其中煤電占比將降至40%以下；到2060年，煤電占比將降至20%左右。

李燦進(jìn)一步指出，如果將光伏、風(fēng)電、水電變成燃料（如綠色氫能），“這其中最關(guān)鍵的就是制氫過程，即電解水制氫，相當(dāng)于儲(chǔ)電。“1噸氫可產(chǎn)生3.3萬(wàn)度電，也就是說產(chǎn)生1噸氫相當(dāng)于儲(chǔ)存了3.3萬(wàn)度電。”

不僅如此，以綠氫和二氧化碳為原料制取甲醇，有助于實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排的同時(shí)，還可緩解我國(guó)液體燃料短缺的問題，同時(shí)解決化石液體燃料的清潔能源替代問題，助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和。“這種來(lái)源的甲醇就是‘液態(tài)陽(yáng)光’，實(shí)際上就是將氫的能量轉(zhuǎn)移到甲醇里，而甲醇是基本的化學(xué)中間體，可替代汽油廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)。”李燦說。

“每合成1噸甲醇，就可轉(zhuǎn)化1.375噸二氧化碳。若液態(tài)陽(yáng)光實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，其規(guī)模完全可與目前國(guó)內(nèi)煤制甲醇產(chǎn)量（8000萬(wàn)噸）相當(dāng)，如此可轉(zhuǎn)化上億噸的二氧化碳。”李燦說。

眾所周知，電能不易存儲(chǔ)，氫氣的儲(chǔ)運(yùn)也是制約其規(guī)模化推廣應(yīng)用的主要障礙。而甲醇常溫常壓處于液態(tài)，恰可彌補(bǔ)這一不足，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定的儲(chǔ)存。

“甲醇是理想的化學(xué)儲(chǔ)氫載體，1噸甲醇可以放出187公斤氫氣。如此，制氫與氫能儲(chǔ)存的安全性問題，均可通過液態(tài)陽(yáng)光甲醇工藝實(shí)現(xiàn)。”李燦說。

原標(biāo)題：三位院士為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展獻(xiàn)策！