氢能：全球能源行业转型的“明日之星”（图）

  [中国石化报?2023-11-24]
  ●林伟
  氢能作为重要的二次能源，来源丰富、形式多样，制备与应用均满足低碳要求，被称为“21世纪终极能源”。目前，氢能已成为全球能源行业公认的“明日之星”，将在未来智慧能源体系中扮演连接可再生能源和传统能源纽带的关键角色，发展潜力巨大。2022年3月，国家发改委出台《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，首次将氢能定位为未来国家能源体系的重要组成部分，用能终端实现绿色低碳发展的重要载体。
  据国际氢能理事会预测，在碳中和情景下，2050年氢能将满足全球18%的终端能源需求，同时可减少60亿吨二氧化碳排放。作为能源转型中备受瞩目的一环，氢能行业是一片具备万亿量级市场潜力的蓝海，各种氢能新技术的突破将为全球各国带来巨大的经济效益和社会效益，成为全球能源行业低碳转型的重要途径。
  政策支持使氢能产业进入高速发展期
  从政府层面来看，目前全球各主要经济体均在积极采取措施推动氢能产业发展。
  欧美日韩等20多个主要经济体已将发展氢能提升到国家战略层面，相继制定发展规划、路线图以及相关扶持政策，加速产业化发展进程，全球氢能产业已迈入发展“快车道”。其中，美国主要关注氢能产业推广，对燃料电池汽车、加氢站数量有明确规划，制定系列财税补贴政策支持装备制造、绿氢生产，注重液氢相关设备和产品的输出；欧盟更关注氢能发展在碳减排等方面的效用，注重标准和技术体系制定，发布了包含氢能的综合战略，目标是推动氢能作为供应可再生能源不稳定时的补充，并致力于产业链的全面发展。日本、韩国则主要关注技术开发、基础设施建设，重点支持加氢站、氢燃料电池汽车的发展，敦促用氢能取代传统能源，重点扶持燃料电池汽车销售，注重产业技术输出和氢能贸易。加拿大和澳大利亚等国则努力导入相关技术和促进氢气出口，通过政策、投资和合作来加速氢能商业化。我国目前则集中进行全产业链技术突破及产业示范，已成为全球最大最具潜力的市场。
  目前，氢能产业链的跨区域合作和国际贸易也逐步成为全球化新的亮点。欧盟正在积极探索与非洲合作发展可再生能源制氢的可能性，推动欧盟东部和南部周边邻国发展绿氢产业贸易，并通过其主导的多边投资机构或开发银行，支持周边国家绿氢项目建设。中东、北非以及澳大利亚等可再生能源资源丰富的地区正在积极布局可再生能源制氢产业，大力发展绿氢贸易，向欧洲和日本等地出口。
  氢能产业已成为全球各大企业投资热点
  从企业层面来看，目前全球各大石油公司均高度重视氢能行业发展。
  放眼全球，bp在2020年出台的十年发展战略中强调，计划将自身氢能业务增长到拥有核心市场10%的份额。壳牌每年向清洁能源领域投资10亿~20亿美元用于发展可再生能源和低碳能源业务，项目包括加氢站，光伏发电、风电及制氢等。挪威国家石油公司（Equinor）致力于将氢作为海洋交通运输的燃料替代品，与法国液空、林德、巴拉德、康明斯等26家公司组成联盟加速推进。埃克森美孚近年来多次表示要加大氢能技术、碳捕获与封存（CCUS）技术的应用。沙特阿美表示计划建造世界最大的采用光伏电和风电联合电解水制氢的工厂。虽然这些公司在氢能领域仍处于初步阶段，且投资规模与其传统石油和天然气业务相比较小，但势头不容忽视，预示着氢能将成为国际石油公司能源供应业务不可或缺的一部分。
  聚焦国内，中国石化近年来锚定打造中国第一氢能公司目标，遵循“加氢引领、绿氢示范、双轮驱动、助力减碳”思路，聚焦氢能交通和绿氢炼化两大领域，大力发展氢能一体化业务，持续完善产业链建设基础配套工作，积极构建氢能应用新场景，今年以来已在氢能产业各领域创下多项“全国首例”：建成投用我国首个甲醇制氢加氢一体站、全面建成投产我国首个万吨级光伏绿氢示范项目新疆库车绿氢示范项目、启动我国首个纯氢长输管道项目前期工作、启动建设我国首个国家能源绿氢炼化研发中心等，为我国氢能发展起到了示范引领作用。
  氢能技术正在全球范围内蓬勃发展
  目前，氢能相关产业链主要包括上游制氢，中游氢储运、加氢站以及下游多元化等应用场景。
  在氢气制取环节，化石燃料制氢凭借成熟技术及成本优势仍旧是全球制取氢气的主要方法，可满足工业用氢需求。而电解水制氢、副产氢提纯、分布式制氢等满足交通用氢和可再生能源制氢技术正在示范发展。其中，作为支撑绿氢应用的电解水制氢技术是最大热点。目前，电解水制氢主要有3种技术路线：碱性电解水制氢（AWE）技术、质子交换膜电解水制氢（PEM）技术和固体氧化物电解水制氢（SOEC）技术。其中，AWE电解水制氢技术相对成熟、电解槽制造成本较低，更具经济性，已实现大规模应用。PEM电解水制氢技术则因生产效率高、氢气后精制简单、可适应光伏风电波动性的特点受到行业的高度重视，在欧洲得到较为广泛的推广应用。SOEC电解水制氢技术属于新兴制氢技术路线，尚处于研发验证阶段。未来利用可再生电力的电解水制氢技术仍需要通过产研结合来进一步降低其投资成本。
  在氢气输运环节，典型技术包括高压气态储氢、低温液态储氢、固态金属储氢、载体化合物储氢等。其中，高压气态储氢使用便捷，已经实现商业化运营，但储氢密度较低。低温液态储氢能明显提高储存效率，相应技术已在欧美和日本实现商业化。固态金属储氢安全性高，能保持氢气高纯度，但吸放氢性能和循环使用性能有待改善。近年来，无机和有机氢载体因具有储氢密度高、运输便捷等优势被视为颇具前景的储运技术，成为重点研发领域，正在开展示范应用。
  天然气制氢是当前获取氢气的主要途径
  根据国际能源署（IEA）发布的《全球氢能回顾（2022）》报告显示，2021年全球氢气总产量为9423万吨，从制取途径上看，天然气制氢占62%、煤制氢占19%、副产氢占18%，电解水制氢约4万吨，形成的碳排放约10亿吨/年。氢气作为石油炼制、合成氨、甲醇等化学品的必要生产原料，其化学品属性突出。从消费途径上看，石油加工、合成氨和合成甲醇也是当前氢气的主要消费途径，占比分别为36.4%、36.08%和17.3%，还有约8.7%的氢气用于冶金和浮法玻璃生产。而用于火箭燃料、燃料电池车用、光伏晶硅还原等能源需求的氢气消费量极低，占比甚至不足1%。
  据麦肯锡2022年发布的《全球能源展望报告》预测，到2035年，全球氢能需求将进一步增长至1.77亿吨，其中化工占42%、炼油占15%、公路运输占15%、炼钢炼铁等新兴产业占16%，空运和海运以及其他板块共占12%；到2050年，全球氢能需求将达到5.36亿吨，主要应用在化工、炼油、交通、冶金、建筑和储能。其中增长最多的领域是交通、冶金、建筑和储能。预计到2050年，供应氢气中90%以上将由可再生能源制备，低成本的绿氢生产线及配套的可再生能源供应、电解槽、CCUS等领域技术将成为突破口。
  发挥能源属性将成为氢能发展的关键
  发挥氢气的能源属性是氢能产业未来发展的关键，如在使用环节中应用于交通、建筑、储能等领域。质子交换膜燃料电池技术是氢能交通和氢储能的技术基础，目前发展已相对成熟，国外处于商业化示范应用阶段，国内在公交、轻卡冷链运输和重卡短驳等方面正在营造场景和开展示范应用，同时在移动式电源等领域进行拓展，还处在商业化导入阶段。
  展望未来，氢能产业的发展趋势还包括：在制氢方面，通过电力成本与设备成本的协同降低，逐步凸显绿氢的经济优势；在储氢方面，氢的长距离运输将以天然气管道掺杂或新建纯氢管道输氢为主，中短距离以多种储运技术结合，因地制宜发展；在应用氢方面，氢能将广泛应用在交通、工业、发电、建筑和储能等领域，随着氢能技术的不断成熟和制氢成本的不断下降，氢能的应用场景将更为多元化。在政策支持、资本青睐等多重有利因素的影响下，预计氢能产业的发展将呈现出星火燎原之势。
  （作者为中国石化石油化工科学研究院副院长）