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氢能大火也有隐忧:未来或将成为大国博弈焦点?

张赢 2024-05-20 08:52 · 头闻号氢能头条

近日,由新能智库、氢能100人论坛及氢能观察共同主办的第四届世纪氢能与燃料电池大会在北京顺利召开,会议探讨了氢能产业链上下游核心痛点,各专家学者、企业代表分享了现有的技术成果,同时也提出了产业发展中的瓶颈问题。

会议讨论到,在碳中和背景下,氢能发展越来越热,但需要注意的是,氢能究竟是不是真正的“终极能源”?未来氢能发展时是否会成为大国博弈的焦点?

氢能观察记者,带您一起聊聊能源战略话题。

氢气的应用场景众多,但无奈氢只存在于化合物中,自然界中并没有氢单独存在,由此带来了一个问题——若想得到氢,就要制取。

先制氢,再用氢。

这听起来似乎很多余。制氢过程本身就麻烦,并且成本很高。为了用氢先要制氢,放着现成的资源不用再去制氢?

没办法,毕竟氢燃烧后只有水,没有二氧化碳排放,最清洁,也最符合当下降碳减排的需求。

我国是世界上最大的制氢生产国,这个头衔都十分熟悉。前几年国内年制氢量在3300万吨,2022年已经超过了3500万吨。由此可见,中国势必要在氢能产业上“大展宏图”一番。

可是,当氢能逐渐成为能源转型的重要载体时,其重要性也在凸显,世界各国均在发力氢能。业内人士向氢能观察记者透露,氢作为能源,要警惕是否会成为国家战略资源。

中国

单从制氢端来看,未来一定是可再生能源制氢的技术路线,绿氢将成为氢气的“终极形态”。我国风光资源丰富,但集中在三北地区,目前国内风光制氢项目集聚地基本在内蒙古、新疆、甘肃、河北等地区,地区资源优势尽显。

根据国家发改委印发的《氢能产业中长期发展规划(2021-2025年)》,到2025年,我国可再生能源制氢量将达到10-20万吨/年。
2023年被称为“绿氢元年”,国内绿氢项目加速落地,签约数量急剧上涨。据悉,2023年国内绿氢产量达到了7.8万吨,产能已经超过100万吨,成为全球绿氢产能最多的国家,并且遥遥领先其他国家。

目前市场主流的电解水制氢技术路线是碱性电解水制氢(ALK)和质子交换膜电解水制氢(PEM),ALK技术路线主要是因其成本较低所以能够成为大多数绿氢项目的主要设备,但碱性电解槽难以适应可再生能源制氢过程中“风光波动性”这一窘境,于是就需要同时使用PEM电解槽来适应风光不稳定的问题。

然而PEM电解槽中的贵金属材料是我国所缺少的。PEM电解槽的催化剂主要是铂族贵金属,而我国贵金属产量有限,未来若大范围使用PEM电解槽制氢,或有可能因催化剂问题而受限于贵金属进口问题。国内目前有两种解决办法,一是寻找贵金属替代品,选用其他金属替代铂,或者降低铂的含量,据说国内众多企业已经开始尝试,但是似乎收效甚微;二是选择阴离子交换膜电解制氢路线,也就是AEM电解槽,同时兼顾碱性电解槽和PEM电解槽的优点,既没有贵金属作为催化剂,同时又适应风光波动性,然而目前国内AEM电解槽还没有大标方量的电解槽公开出现,看来仍然需要继续进步。

业内预测,未来PEM电解槽的规模将会超过碱性电解槽规模,也就是说,未来市场主体制氢设备主要是PEM电解槽。但若要下线更多的PEM电解槽设备,贵金属似乎必不可免,那贵金属要从何而来?并且,当氢气产能增多时,氢的能源属性就开始增强,各国之间的能源“博弈”也会愈加明显。不得不承认,国际政治形势日趋复杂,各国之间“明争暗斗”已经越来越多,能源是一个国家的基石,是国家运转的基本保障。在全球能源格局面临深度调整的大背景下,我国的能源经济安全也在面临着复杂的外部形势。

氢能是双碳目标下新型电力系统的重要纽带,氢可在源网荷储四方面与电力系统深度融合,支撑新能源大规模开发利用。从交通领域中的车的转变就可以看出,新能源汽车正在开始逐渐走入大众视野。各国之间关乎于新能源动力系统的博弈迅速发酵,近两年国内新能源汽车品牌推出的新品层出不穷,国外车企也在试图抢占市场。

当前对氢能的开发还远远没有达到氢本身可以发挥的作用。氢与氨、氢与醇、氢与电等等,均会成为未来能源结构中的重要组成部分。氢能产业具有万亿产值的潜力,对于未来氢能规模的预测,各方给出了不同答案,或是到2025年突破1万亿的产值,或是2030年氢气需求量将达到2300万吨,无论预测多少,氢能崛起已经是不争的事实。

美国

据悉,美国是全球最早提出氢能研究和使用的国家,早在1991年,美国就已经开始制定推动氢能发展的各项政策。

据统计,2022年美国有270个氢气生产设施正在运营,另有150个正在建设或规划中,这些设施主要分布于加利福尼亚、纽约、宾夕法尼亚、佛罗里达等地。据悉,目前美国有超过15000辆氢燃料电池车在运营,还有数百个加氢站为它们提供补给,此外,氢能源也在发电、冶金和化工等领域有广泛应用 。美国政府预计到2032年,美国氢能市场规模将达到100亿美元;到2036年底,将达到200亿美元。 

2022年9月美国能源部发布《国家清洁氢能战略和路线图(草案)》,指出到2050年清洁氢能将贡献约10%的碳减排量,到2030年、2040年和2050年美国清洁氢需求将分别达到1000万吨/年、2000万吨/年和5000万吨/年。据悉,目前全球液氢产能主要集中在北美,接近480吨/天。

欧盟

欧盟氢能发展政策较为完善,科研体系也较为成熟。2019年《欧洲绿色协议》提出,到2030年工业部门的氢能应用中绿氢占比超过50%,对航运用燃料电池和加氢站建设提出了更具雄心的发展目标。

2022年,欧盟发布REPowerEU计划,计划提出多个促进氢能发展政策,力争到2030年实现2000万吨绿氢的供应,成立“欧洲氢能银行”,投资30亿欧元助力发展氢能市场。REPowerEU中提出到2030年欧盟将达到自产1000万吨可再生氢,进口1000万吨可再生氢(600万吨氢+400万吨氨)的目标。以1000标方电解槽为例,按年利用4000小时计算,一台电解槽一年可产氢314.65吨。要达到1000万吨的产量,电解槽装机规模约139.04GW。

为支持可再生能源发展规划,保持本土产业优势,欧盟委员会于2023年3月发布了《净零工业法案》草案。草案提出欧盟电解槽制造商应进一步提高产能,使2030年电解槽总装机量达到100GW。欧洲各国也纷纷提出了电解槽装机目标,支持绿氢产业的发展,其中德国计划2030年实现10GW电解槽装机,意大利5GW,西班牙4GW,荷兰4GW。

韩国

韩国政府承诺到2050年实现净零碳排放,并于2020年7月发布绿色新政,承诺在2025年前投入130亿英镑用于绿色出行领域。其关键推动因素之一是韩国氢能汽车的发展:韩国希望在2030年前生产50万辆氢能燃料电池汽车用出口及国内消费。

韩国是全球首个成功量产氢能汽车的国家,目前正致力于研发续驶里程最长的氢能汽车。韩国占全球公用事业规模固定式燃料电池装机总容量的三分之一,其最大的汽车生产商现代集团于2013年推出了全球首款氢能燃料电池商用车,并于2020年推出全球首款燃料电池卡车。

韩因政府于2019年发布了其氢能经济路线图。根据路线图,韩国政府致力于在2040年前部署15GW公用事业规模的燃料电池以及2.1GW的商用和民用燃料电池。在交通领域,致力于在2040年前实现590万辆燃料电池乘用车和6万辆燃料电池公交车上路行驶,1200个加氢站将为上路车辆提供加氢支持。

预计韩国氢能产业规模将从2020年的14.1万亿韩元(折合91亿英镑)增长到2030年的26.8万亿韩元(折合173亿英镑),增幅达一倍。这一增长将主要受到现代及斗山等大型当地企业投资的驱动,这些企业日益将氢能视为未来经济增长的引擎。现代汽车计划投资7.6万亿韩元(折合49亿英镑)用于其“2030燃料电池愿景”计划并通过销售自产燃料电池车辆或将其燃料电池系统授权给全球各国其他0EM商使用以进一步利用其在燃料电池领域的先发优势。

日本

众所周知,日本车企——丰田汽车近两年正在大力发展氢能源技术。此前有新闻透露,丰田已经拿下全球70%的氢能专利。日本在发展氢能这一问题上,似乎从来没有迟疑过。
日本资源匮乏这个问题使得这个国家需要不断地想尽办法获取二次能源,日本拥有多个大型核电站,利用核能提供电力等资源。但核能发展并不会长久,距离福岛核电站仅20公里的浪江町曾是日本核电大县,但其中的居民早已集体搬迁。

发展核能有利有弊。尽管核能相对而言能效更高,产生的碳排放较少,可以减少对化石能源的依赖;但是其带来的放射性物质具有极大的危害,核泄漏带来的安全问题会直接影响核能发展。

好在,日本在发展氢能的道路上已经从“摸着石头过河”走上了可以窥见曙光的好兆头。

2023年6月6日,日本经济产业省颁布修订后的《氢能基本战略》,计划未来15年内投资15万亿日元推动氢能广泛应用,以实现脱碳、稳定能源供应和经济增长。《氢能基本战略》的主要战略方向包括打造稳定、价廉、低碳的氢能和氨供应链,加强氢能产业国际竞争力的《氢能产业战略》,以及保障氢能安全应用的《氢能安全战略》。

战略明确,2050年氢气(包含氨)年供应量将从2030年的300万吨增长至2000万吨,并预计2030年日本国内普及约80万辆乘用车当量,加氢站数量达到1000座,普及300万台家用燃料电池热电联产系统(Ene-Farm),燃料电池发电效率从40~55%提高至60%。

部分信息资料来源:

“氢能十解”之一:解锁氢能新纪元

《韩国氢能经济 市场信息报告》2021年1月

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