原创 中国如何把握全球范围内对于清洁低碳二次能源———“21世纪终极能源”的高度重视与积极推进

2023-3-24 16:49 863 2 2 分类: 电源/新能源 文集: 氢-未来
为了应对全球能源转型和气候变化的挑战,氢能作为一种清洁低碳的二次能源,展现出了巨大的发展潜力和价值,尤其是在推动各行业实现碳中和目标方面,氢能更可发挥重要作用,由此吸引了各主要经济体对氢能开发与利用的高度关注。在元素周期表上,氢(H)是最简单也最轻的化学元素,它占据了宇宙中所有物质质量的75%,并存在于水、空气、生物质、化石燃料等多种载体中,因此氢能源的来源十分丰富。

但是,氢本身并不是一种自然存在的能源,而是一种人工制造的能源载体,需要通过一定的技术手段从其他物质中提取出来。根据制氢过程是否产生二氧化碳排放,可以将制氢方式分为灰色制氢、蓝色制氢和绿色制氢三种。灰色制氢是指从煤炭、天然气等化石燃料中提取氢气,这种方式成本较低但会产生大量温室气体;蓝色制氢是指在灰色制氢的基础上采用碳捕捉和封存技术(CCS)来减少或消除二氧化碳排放;绿色制氢是指利用可再生能源(如风能、太阳能等)通过电解水或生物质转化等方式制取氢气,这种方式不会产生任何温室气体排放,但成本较高。

从环境保护和可持续发展的角度看,绿色制氢是未来发展的主流方向。从理论上看,虽然氢是重量最轻的化学元素,但却是除核燃料外所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中能量密度最高的一种能源,在单位质量上其低位发热量为142 MJ/kg,约为汽油的3倍多。同时,由于其导热系数很高,在点火后火焰传播速度快,在汽车等交通工具上使用可以提高发动机效率,在火箭等航天器上使用可以增加推力,在机械等生产工具上使用可以提高作业效率。此外,由于其与空气混合后遇火即爆性很强,在泄漏时会迅速向上扩散消散,在安全性方面也有优势。更为重要的是,由于其与空气或其他含有有  氧物质燃烧的产物是水,不会产生诸如一氧化碳,二氧化碳、硫化物以及 酸雾等危害环境和人类健康的有害物质,因此氢能被认为是最清洁的能源之一。

对于人类的整个能源系统而言,氢的比例越高,成分结构就越干净,氢能由此被称为“21世纪的终极能源”。鉴于自身所具高效性、经济性以及安全性等多功能特征,氢的使用场景特别广泛。在工业领域,氢气可以代替焦炭和天然气作为还原剂,消除炼铁、炼钢过程中的大部分碳排放,同时氢作为十分重要的化工原料可用于合成氨、甲醇、炼化、煤制油气等生产过程,生成绿色甲醇和绿氨,带动相关生产过程中二氧化碳的显著减少和排放。在电力领域,氢气可以作为储能介质,通过电解水将多余的可再生能源电力转化为氢储存起来,在需要时再通过燃料电池或发电机将其转化回电力,从而实现可再生能源的平滑消纳和灵活调节。

在交通领域,氢气可以作为燃料电池汽车、火车、船舶、飞机等各种交通工具的动力来源,实现零排放出行。在建筑领域,氢气可以作为供暖和制冷的能源,通过燃料电池或吸收式制冷机提供热力和冷量。国际能源署与国际氢能委员会的研究成果显示,规模化是降低氢能成本的关键,一旦使用量上来,氢能源系统的制取成本会以每年20%~30%左右的速度下降,到2030年氢能产业链整体成本至少会下降50%。更为重要的是,在全球范围内实现碳中和目标需要大量投资于清洁技术和基础设施建设,在此背景下,发展氢能产业不仅有利于促进经济增长和创造就业机会,也有利于提升国家竞争力和影响力。

面对全球范围内对氢能开发与利用的高度重视和积极推进,中国作为全球最大的制造大国和最大的碳排放国,在加快推动自身经济转型升级和应对全球变暖挑战方面都有着迫切需求和巨大空间。事实上,在2022年中国已经是全球最大的制氢国家和最大的燃料电池汽车市场之一。

根据中国工程院发布的《中国新型城镇化报告(2022)》,2022年中国总体制取了3781万吨左右的氢,并且在京津冀、长三角、珠三角等地区建立了三大区域性示范应用基地。但同时必须看到,中国目前仍处于探索阶段,在技术创新、政策支持、市场开拓等方面还存在诸多不足。首先首先,技术创新方面,中国在氢能核心技术和关键设备上还存在较大差距,不仅加氢枪、压缩机、储容器和质子交换膜等关键设备,而且氢密封材料、低温金属材料、高效冷绝缘材料等关键材料等目前中国都需通过进口来解决,这不仅增加了成本,也影响了产业发展的自主性和安全性。

其次,政策支持方面,中国在制定和实施氢能相关政策上还不够系统和协调,目前各地区各部门出台的政策措施多为零散和分散的,缺乏顶层设计和统一规划,导致政策执行力度不够、政策效果不明显、政策衔接不顺畅。再次,市场开拓方面,中国在推动氢能产业化和商业化上还面临诸多挑战,包括制氢成本过高、加氢站建设滞后、燃料电池汽车普及率低、消费者认知度不足等问题。此外,在制氢方面以灰氢为主要产出,产业链绿色升级尚存壁垒。

另外,在金融支持体系方面也有待完善,目前氢能建设的融资渠道偏窄,投资回报周期长,风险较高。为了在全球氢能竞争中抢占先机和制高点,中国需要从战略层面加强对氢能发展的重视和支持,并从以下几个方面着手:
一是加强技术创新和攻关。要组建创新联合体,围绕产业链进行科技攻关,在此基础上依托大型能源企业成立联合研发和推广应用平台,有效整合社会资源,推动全社会相关领域科研力量的广泛参与和协同攻关,聚焦核心技术,加快突破薄弱环节,同时也为新技术新产品的推广应用提供成熟的产业依托和试用平台。
二是完善政策法规和标准体系。要制定并实施国家层面的氢能发展规划和行动计划,并将其纳入国家能源战略体系中;要出台并落实一系列有利于促进氢能发展的税收优惠、补贴扶持、价格倾斜等政策措施,并建立相应的监督评估机制;要制定并完善一套涵盖制氢、储运、利用等各个环节的安全管理、质量控制、环境保护等法律法规和标准规范,并加强执法监管。
三是培育市场需求和消费习惯。要积极开展宣传教育活动,提高公众对氢能的认知度和信任度;要鼓励各地区各行业开展示范项目和试点工程,在重点领域如钢铁、化工、电力、交通等推动氢能的广泛应用和消费;要建立并完善氢能市场体系,包括制定合理的氢能价格机制,建设统一的氢能交易平台,发展多元化的氢能供应链等。
四是加快绿色制氢和碳中和进程。要以绿色制氢为主要方向,加大对可再生能源电解水制氢、生物质转化制氢等技术的研发和推广力度,并在全国各地开辟绿色制氢基地;要以碳中和为目标,逐步淘汰高碳排放的灰色制氢方式,并在蓝色制氢过程中加强对二氧化碳的捕捉和封存;要以循环利用为原则,充分利用工业副产品、废弃物等资源进行制氢,并将制氢过程中产生的水回收利用。
五是拓宽金融支持渠道和方式。要加大政策性金融对氢能建设的支持力度,包括设立重大专项、产业基金等产品,提供低息贷款、信贷担保、风险补偿等服务;要激发商业性金融对氢能建设的参与积极性,包括鼓励行业协会、龙头企业带头设立氢能发展专项投资基金,鼓励私募股权基金投资氢能绿色环保产业等;要创新绿色金融产品和工具,如将绿色制氢技术纳入绿色信贷及绿色债券的指导目录,在碳交易市场搭建氢能产业板块交易机制等。
最后,作为一种清洁低碳的二次能源,氢能在全球能源转型和应对气候变化的进程中具有重要意义和巨大潜力。中国作为全球最大的制造大国和最大的碳排放国,在加快推动自身经济转型升级和应对全球变暖挑战方面都有着迫切需求和巨大空间。因此,中国需要从战略层面加强对氢能发展的重视和支持,并从技术创新、政策法规、市场需求、绿色制氢、金融支持等方面着手,以期在全球范围内抢占先机和制高点,实现自身可持续发展和共同富裕。

作者: 气体圈子无锡, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-4038724.html

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文章评论5条评论)

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自做自受 2023-3-27 14:58

气体圈子无锡: 以前我没得选,现在我想做一个好人。
   曾经也是这样想,遇到难题问师傅,问多了,师傅说:别问了,经历了就知道了。多年以后,发现师傅没说,也不用说:知道了就没有了。
人生看似有选择其实没选择。
如今我对什么是“好”的知道就是:好是没有度,合格有标准。什么是标准呢?谁来定?

气体圈子无锡 2023-3-27 13:48

自做自受: 我觉得可不可以接受是相对的。
传统能源热放的副产物,之前不是可以接受吗?现在不接受了吗?
以前我没得选,现在我想做一个好人。

自做自受 2023-3-27 13:20

气体圈子无锡: 文章中说的很明白了,相比较传统能源比如煤炭木材等,氢燃烧放热的副产物都是可以接受的
我觉得可不可以接受是相对的。
传统能源热放的副产物,之前不是可以接受吗?现在不接受了吗?

气体圈子无锡 2023-3-27 11:06

自做自受: 氢转化到其它任何人类需要的能源,过程中需要消耗那些地球自然资源呢?都不会排放吗?绿色制氢成本较高,不就意味着消耗较多?排放较多?氢转化是符合能量守恒定 ...
文章中说的很明白了,相比较传统能源比如煤炭木材等,氢燃烧放热的副产物都是可以接受的

自做自受 2023-3-25 16:07

氢转化到其它任何人类需要的能源,过程中需要消耗那些地球自然资源呢?都不会排放吗?绿色制氢成本较高,不就意味着消耗较多?排放较多?氢转化是符合能量守恒定律和物质不灭定律的吧?
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