氢能被视作能源转型的下一个前沿 但待突破的不光是技术、价格、应用场景
氢能源看起来几乎是无懈可击的:通过电解水制备,取之不尽用之不竭;与氧反应就能产生电能,只生成水,没有碳排放。氢能获得的赞誉之词几乎是顶级的:终极能源、终极方案、零碳能源、未来燃料……仅仅在几年前,它还少有人问津,但是现在它已成为明日之星。实际上,氢能不仅仅是一种能源解决方案。它还具有许多其他优点,例如高效、清洁、可靠等。氢能技术在工业、交通、农业、医疗等领域都有应用前景,因此它被认为是未来能源发展的一个重要方向。在全球范围内,许多国家已经制定了氢能战略。中国是其中之一。
不过,氢能并非毫无问题。正如《经济学人》杂志在一篇文章中所问:“氢:救星还是幻想?”上海氢器时代科技有限公司总工程师吴亮指出:“氢能在大规模应用到来之前,需要解决许多问题。”
氢能是一种被认为是最直观的清洁能源形式,因为它使用的是可再生能源,即太阳能或风能。与化石能源相比,使用氢能的价格要高两三倍,这是由于目前氢能技术的成本仍然很高,并且氢能技术在实际应用中还面临着许多技术难点。其中,氢气的制备、存储和运输是技术难点最多的环节。虽然已经开发出了一些制备氢气的方法,但是这些方法要么成本过高,要么存在安全隐患。例如,使用催化剂将水分解成氢气和氧气需要使用高温高压的条件,这会导致能源的浪费和环境污染。另外,氢气的储存和运输也是一个问题,因为氢气是一种易燃、低密度的气体,需要特殊的安全措施来存储和运输。
氢能就像一匹千里良驹,驯服它是个难题。在上海,有一大群这样的人,他们和全球同行一起,艰难地探索着这种未来的、终极的能源。
在毗邻江苏太仓的上海电气氢能实验室里,一位科研人员在保险箱上摁了一长串密码,打开保险箱,从里边捧出一块形似小饭碗的黄色金属。
这块金属正是黄金,业内称为金靶。小小保险柜里,除了金靶,还存放着铂、铱等其他贵金属靶材。可以说这里是整个实验室最贵重的地方。
这个藏着各种贵金属的保险柜其实也藏着氢能行业最大的困境:成本。上海市节能减排中心副总经理齐康认为,氢能的中长期确定性是无疑的,但当前来看,还有几个核心瓶颈,第一个瓶颈就是价格高。
在当前的技术路径下,不管是PEM(质子交换膜)电解水制氢,还是氢燃料电池,都需要用到贵金属材料,其中金、铂每克数百元,铱每克高达千元。燃料电池价格高,使用燃料电池的氢能汽车价格相应也高,比如丰田推出的氢能源汽车Mirai,国内售价高达74.8万元起。
上海电气在氢能技术攻关方面的一大任务是降载(即减少贵金属使用量),从而降低氢能装备成本。上海电气的氢能团队从多条路径尝试降载,包括把含有贵金属的浆料更均匀地喷涂在交换膜表面。目前,这个团队已经把燃料电池中的贵金属载量在市场水平基础上降低了约30%。
业界感慨氢能的账算不过来,除了装备价格高以外,还有一个重要因素:制氢成本高。氢气按环境友好程度分为灰氢、蓝氢、绿氢。其中,绿氢由可再生资源电解水制成,全过程无含碳化合物排出,符合绿色理念,是未来能源的发展方向。但现实问题是,如果单从价格看,绿氢显著高于灰氢、蓝氢,缺乏经济性。
绿氢成本中70%是电费。要降低绿氢价格,节电是关键。“生产1标准立方氢气,国内正常水平耗4.5度电。每降低0.1度都不容易。我们新推出的制氢设备一次性把电耗水平拉到了4.0度以下,降低了0.5度。这在行业内引起了比较大的反响。”吴亮说。
在加盟氢器时代前,吴亮曾在英国学习、工作了十多年,也曾在大学里研发电解水技术。回到国内,最大的感触就是节奏太快了,他说:“国内氢能产业瞬间进入了红海,各路厂商直接进入拼刺刀阶段。”这两年,几乎每天都有关于氢能的新消息传出。
吴亮说:“在国内一年相当于干了国外五年的活儿。”他预计,以这样的速度迭代下去,几年后,氢能的价格瓶颈就可能突破。
在账面能打平之前怎么办?产业链里几千家企业要活下去。
很多专家指出,相比光伏、风电、锂电等其他新能源技术,氢能还没有找到“杀手级应用”。
那就去创造应用需求!嘉定氢能港总经理邱鹏就是这样一位创造需求的人。在这个产业园里,聚集了七八十家氢能企业。用邱鹏的话说,他就像一个足球教练,把这些链上企业组合起来,拉个队,到全国各地去找氢能项目落地场景“打比赛”。没有现成场景的,就创造新场景。
这几年,全世界都看好氢能,我国也出台了《氢能产业发展中长期规划(2021—2035)》,全国28个省区市制定了地方规划。在嘉定安亭镇,氢能港的展厅就是一个缩影。“我这里成了一个打卡点,全国各地、各委办局来看展览的人多得接待不过来,有时候一天要安排好几场。”邱鹏说。
但另一方面,放眼全国,商业化运行的氢能项目寥寥无几,各地新建的几乎都是示范项目。氢能的商业路径怎么走,谁也没有成熟经验。所以,热闹归热闹,真干却是另外一回事。做了那么多接待、讲解之后,邱鹏给来访者总结出三个“动”:“看着感动,听着激动,回去一动不动。”
也难怪很多听众“回去一动不动”。理论上,氢气前景广阔:作为燃料用于氢能汽车,作为原料用于化工,作为储能用于固定式发电……国际能源署预测,2025年氢能在全球能源总需求中的占比将达13%。可当下呢?只占0.1%——意味着氢能几乎可以忽略。
回望能源利用史,很多人难免为之彷徨。人类从前也探索过氢能利用,而且不止一次。通用汽车公司在20世纪60年代制造了第一辆氢动力汽车。再往前十年,在冷战初期,美国空军为开发氢燃料飞机,秘密建造了世界上最大的液化氢工厂。每一次,氢气都遭遇了成本和技术问题,导致这种气体难以作为一种燃料得到商业化。
氢能产业内的许多人认为,现在氢能大规模商用的时机已经成熟,而且这次情况确实不同。邱鹏也认为,在氢能产业链大规模商用之前,有必要让人们清晰地了解产业链是如何运转的,以消除他们的疑虑。
邱鹏计划在嘉定氢能港启动一个试点项目,从屋顶光伏发电开始,通过制氢、储氢和发电,最终为园区提供电力,形成一个完整的闭环系统。他认为:“即使只是一个小麻雀,我们也会把最先进的技术串联起来,构建一个能够正常运转的系统。”
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