燃料电池在工作过程中,通过氢气和氧气反应发电,排放物只产生水,不会排放二氧化碳等温室气体。作为一种清洁能源技术,燃料电池具有零排放、无噪音等优点,但其对环境的影响也存在一定的争议。
燃料电池具有优秀的环保性能,但其消耗的氢燃料需要人工大规模生产,燃料电池发电过程中使用的水也需要经过净化处理,此外,制氢所使用的电解水设备也可能释放出一些污染物。
因此,尽管燃料电池技术本身是相对清洁的,但在实际应用中仍然可能对环境造成一定的负面影响。
氢燃料生产过程中产生的碳排放不可忽视
工业副产氢也被称为灰氢,灰氢主要是通过化石燃料燃烧产生的氢气,生产过程中会产生碳排放。工业副产氢主要来源是氯碱副产制氢、焦炉煤气制氢、轻烃裂解制氢(丙烷脱氢、乙烷裂解)、合成氨/甲醇等工艺。其中焦炉煤气副产氢供给量较大,占比70%左右。网络公开数据显示,当前的3400万吨氢产量中,有3000多万吨都是灰氢。
西班牙学者Valente等研究发现,天然气重整制氢过程的碳排放、能耗、酸性物质排放占生命周期的30%以上,远高于风电制氢。
氢的供给途径影响着氢能的环保性,灰氢的大量使用并无法达成双碳目标,氢能和电一样,目前存在怎样实现它的来源无碳化的问题,需要探寻其它制氢路径减少、消除碳排放。
于是,通过风、光等可再生能源发电,采用电解水制氢的方式生产的绿氢,成为未来氢能发展的主要方向。长期来看,绿氢能在根本上解决碳排放问题。国家发改委原副主任张晓强曾提出,将来对于石化、钢铁、化工等企业,如果能实现灰氢转绿氢,就会为整个绿氢应用提供一个巨大的场景。
虽然绿氢成为减碳的希望,但依靠当下的技术也做不到完全的0污染、0排放。
绿氢主要来源是电解水制氢,电解水制氢又分为碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢、固体氧化物电解水制氢。其中碱性电解水制氢系统中具有腐蚀性液体,在电解槽生产、使用的过程中会对环境产生影响。
同时,当前国内虽开始使用废弃光电资源进行绿氢生产,但还在进行示范运营,尚未大范围推广。大部分绿氢生产使用的电力,还是来自化石能源,在生产链上游仍会出现碳排放。
燃料电池在生产制造、使用过程中产生的资源消耗,也需要作为燃料电池环保与否的评估因素
国内的研究重点主要集中在不同制氢方案的成本和环保性,除此之外,也需要把燃料电池系统生产环节的能耗与成本也纳入考虑范围。
有研究表明,燃料电池堆和储氢罐的生产过程会对环境产生较大影响。同时,氢的输送和储存阶段也会产生能源消耗和碳排放。这些生产过程可能涉及废水、废气和固体废弃物的处理,如果处理不当会对周边环境和生态系统造成潜在的危害。
相比起锂电池报废后由于回收价值低等原因造成的污染,燃料电池的回收价值相对较高,有利于资源循环利用。
不过,燃料电池废料回收主要依赖化学提炼,需要把燃料电池进行破碎后,使用化学制剂提取其中的铂金属等物质。当前进行燃料电池回收的目的主要在于降低生产成本,过程中会产生有害物质排放,对环境造成一定影响。
中国科学院科技战略咨询研究院副研究员姬强指出,推进碳达峰、碳中和成为国家重大战略,既是对国际社会的庄严承诺,也是推动高质量发展的内在要求。能源转型是必然趋势,能源转型是能量系统出现了重大结构性变化,往往由对不同燃料的需求和可获得性所驱动的。能源转型必然是一个长期曲折的过程,可再生能源对化石能源的替代需要循序渐进。未来随着绿氢和燃料电池系统的技术革新,燃料电池的环保性将会进一步提升。
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