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可再生能源制氢势在必行

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国科学报 发布时间:2021-01-10 浏览:次
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文/李灿 中国科学院院士,中国科学报

氢被誉为未来世界能源架构的核心,也被认为是最洁净的燃料。不过,如果氢气来自于化石燃料,则其制备过程并不“洁净”。目前,商用氢气96%以上是从化石燃料中制取,制氢过程中会排放大量二氧化碳,这类氢气也被称为“灰氢”。

发展氢能不可以偏离初衷。从环境和生态的角度来看,通过风电、光伏等可再生能源制氢,不仅能够实现“零碳排放”,获得真正洁净的“绿氢”,还能够将间歇、不稳定的可再生能源转化储存为化学能,促进新能源电力的消化,由此带来的生态环境效益和经济效益是难以估量的。

我国可再生能源十分丰富,开发力度也位居世界前列,新能源新增及累计装机容量均排名世界第一。为落实“2030年前碳达峰”和“2060年前碳中和”的目标,“十四五”时期还需要进一步加大力度发展可再生能源,进而进行可再生能源制氢,这将是碳减排的重要路径之一。

实际上,包括海水在内的水资源是地球上最大的“氢矿”,电解水制氢被认为是制备氢气的有效方法。但是,可再生能源电解水制绿氢能否实际解决并应用于规模化减碳,还需要克服三大难题:电解水的大规模、低能耗和高稳定性。笔者认为,这应该是“十四五”需要重点解决的工程技术难题。

要实现这三者的统一,首先需要研发新型电极催化技术、先进的隔膜和电解槽组件技术及其系统工程技术,才能克服电解水电极催化剂活性低、能量转化效率低等关键技术问题。例如,在低电压下增大产氢电流密度、降低制氢能耗,提升稳定性、扩大单体电解槽设备制氢规模等。

目前,电解水制氢均采用纯度较高的淡水为原料,若全球需氢量剧增,用丰富的海水资源直接制备氢气将是一种途径。电解海水更须具备“大规模”“低能耗”和“高稳定性”才能实现工业化应用。目前,淡水条件下的电解水技术将为电解海水制氢奠定基础,从原理和技术发展的态势看,实现电解海水制氢技术上也完全可行。

“十四五”要想把氢能产业做强、做大,可再生能源电解水制氢势在必行。一方面,可再生能源电解水制得的绿氢不仅可以直接作为燃料电池的燃料,另一方面,将其与二氧化碳相结合还可以合成甲醇。甲醇是液体燃料。它可以像汽油一样运输、储存,被输送到加氢站后再转化成氢。这样就可以缓解氢燃料电池“制、储、运、加”的安全性和成本问题。

以甲醇为氢源的氢加气站的方案具有多项优点,建议“十四五”时期进行推广。与传统的氢气加气站不同,新方案既可以解决高压运输、储存和加氢的安全问题,还能够实现二氧化碳回收和用氢全过程清洁的目标,可以形成油、醇、氢共站的新局面。

用绿色氢能转化二氧化碳合成的甲醇被称之为“太阳燃料”或“液态阳光”甲醇。“液态阳光”甲醇是一种零碳排放液态燃料,也是一种重要的绿色化工原料。若“液态阳光”甲醇能够实现大规模使用,有望替代部分由煤炭、石油、天然气等化石能源合成的甲醇,建立新型绿色低碳、高效的能源系统,催生新兴的能源经济产业。

关键字:可再生能源制氢

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