让绿氢标准“活”起来

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  氢能的燃烧产物是水,因其环境友好性被誉为“终极能源”。氢的制取、储存、运输、应用技术也成为业界关注的焦点。但目前人类主要将氢气作为工业原料来使用,而并非主要能源来源。 

  近日,中国氢能联盟提出的《低碳氢、清洁氢与可再生能源氢的标准与评价》(以下简称《标准》)正式发布实施。该标准对标欧洲依托天然气制氢工艺为基础推行的Green Hydrogen Certification项目,建立了低碳氢、清洁氢和可再生氢的量化标准及评价体系,引导高碳排放制氢工艺向绿色制氢工艺转变。

  据了解,欧盟也将于2021年发布欧洲绿氢标准。标准接续制定将对氢能发展有何影响?不同标准如何相融?《中国科学报》采访了氢能领域相关专家。

  变政策驱动为市场买单 

  氢能有近百年的应用历史,各国一直大力倡导。仅2020年,全球多国就宣布重金投资氢能产业,欧盟发布《欧盟氢能源战略》,法国、德国、西班牙等纷纷发布国家级氢能路线图,英国提出将投资2.4亿英镑于制氢设施建设,日本、韩国也加快氢能布局规划。

  但多年来,氢多作为工业原料,比如特种钢冶炼等的保护气使用,一直未能创造煤、石油、天然气那样的产业规模,业界普遍认为这与氢能居高不下的制备、储运成本有关。

  “制造端和运营端的成本是影响氢能大范围应用的关键。”中科院青岛生物能源与过程研究所研究员李晓锦说,按工业用电价格利用可再生能源制取氢的成本较高,生产1公斤氢的电成本超过35元,只有降低到十几块才在市场上具有竞争力;以往氢燃料电池车示范运营主要靠政策驱动,这在氢能商业化导入期是非常有必要的,但想让市场买单还需要大幅度降低成本,否则氢能难以大规模商业化推广。

  上海交通大学氢科学中心副教授翁国明也表示,气态储氢密度低,且需要特殊容器;液态储氢液化能耗高,易蒸发损失,仅适用于航空领域等特殊场景;固态储氢主要是将氢以化合物的形式存储,储氢密度较大,安全性高,储运方便,但析氢动力学性能仍需优化。总体看,受限于制氢成本、储运氢技术成熟度、市场需求、社会接受度,决定了使用端对氢能的迫切性弱,氢能发展需要契机。

  2021年1月5日,生态环境部正式发布《碳排放权交易管理办法(试行)》,对全国碳排放权交易及相关活动进行了规定,包括碳排放配额分配和清缴,碳排放权登记、交易、结算,温室气体排放报告与核查等。该规定将于2月1日起正式施行。

  “氢进万家”迫在眉睫。目前,氢能主要源于化石能源生产中的副产品。“为了尽快实现节能减排,应该在现有化工和能源体系下,充分利用副产氢,吃干榨净、降本增效。”李晓锦强调。

  国际氢能协会副主席毛宗强也认为,氢能替代高碳排放能源需要时间,“氢进万家”要求氢能本身变得强大起来,价格更有竞争力、服务更便利,加氢站更普及,这些转变都需要时间。

  标准制定之难 

  事实上,化石能源制氢、电解水制氢、工业副产制氢等不同工艺生产的氢能碳排放量不同。因此,氢能有“绿氢”“蓝氢”“灰氢”之分。引导氢能绿色生产,需确定不同工艺碳排放标准。翁国明表示,“灰蓝绿”的划分主要取决于制备工艺、制备过程中是否使用了可再生资源及碳排放量大小。

  2020年12月30日,国家能源局印发《关于加快能源领域新型标准体系建设的指导意见》,其中提出在智慧能源、能源互联网、风电、太阳能、地热能、生物质能、储能、氢能等新兴领域,率先推进新型标准体系建设,发挥示范带动作用。

  从事氢能标准研究多年的毛宗强表示,从技术角度看,氢能碳排放标准的制定并不难,难在国家氢能标准化委员会(SAC/TC309)每年被允许制定的国家标准的数量有限,但氢气能源化应用是新事物,急需的标准数量较多,各类标准需要排队,因此历时较长。

  翁国明表示,标准制定要考虑国情,“尺子”太高不适合落地推广,“尺子”太低对节能减排的作用有限,同时也要考虑与国际标准的对接问题。

  “标准先行,创造与国际的对话平台,也有利于行业内尽早达成共识。大家都说一样的‘语言’,有利于打通氢市场和碳市场,促进氢能贸易国际化。”翁国明说。

  以技术促活力 

  日前,我国发布《新时代的中国能源发展》白皮书,提出加速发展绿氢制取、储运和应用等氢能产业链技术装备,促进氢能燃料电池技术链、氢燃料电池汽车产业链发展。支持能源各环节各场景储能应用,着力推进储能与可再生能源互补发展。

  李晓锦认为,要辨证看待“终极能源”的说法。在一些地域面积小的国家也许有可能在全国只推行一两种能源,但我国幅员辽阔,各地能源禀赋不同。比如,成渝地区水电资源丰富,可以采用廉价的水电资源发展绿氢产业。“多能互补的能源体系更适合中国。”李晓锦说。

  与其他新能源电池相比,氢燃料电池不惧怕低温,在冬季也能正常充电、启动,安全性高。但当前现有制氢技术并不完美,没有哪项技术能够满足各种需要。利用传统化石能源制取氢并非坦途,如煤制取氢,碳排放量较高,需要采用CCUS(碳捕获、利用与封存)技术才能降低碳的排放,但这必然带来制氢成本的增加。

  “氢燃料电池只是氢能应用的一种设备,未来氢能有多种多样的设备与技术。欧洲将氢注入天然气管道网络的示范应用。”毛宗强说,“未来,氢能的使用场景将越来越丰富,能源网络输电也能输氢,提高能源使用效率。”

  他强调,要实现氢能的广泛应用,技术研发不能停。比如,甲烷热裂解制固体碳材料和氢气是一种天然气制氢又不排放二氧化碳气体的好方法,但甲烷分子非常稳定,目前国际上还没有实现产业化。同时,氢能生产是一个复杂过程,需要国家层面统筹国家标准的制定。

  “现阶段仍需要不断推动氢能可持续性的绿色发展模式,多创新,多尝试,即使失败的数据或经验也将对氢能的普及应用产生积极作用。”翁国明提出,所有制氢工艺都应该用低碳要求自己,兼顾尾气的低碳处理,化废为宝。长远看,有望实现绿氢对灰氢的全替代。

  毛宗强也表示,技术加持、不断优化,才能保持标准的生命力。

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