隨著全球能源需求的不斷增長以及環(huán)境保護(hù)的迫切需求，尋找一種清潔、高效的替代能源已成為當(dāng)務(wù)之急。在眾多備選能源中，氫能以其獨(dú)特的優(yōu)勢脫穎而出，被視為未來能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。它不僅具有高能量密度、零污染、零碳排放的特性，而且在與可再生能源、電網(wǎng)的靈活適配耦合及下游多元化利用形式方面展現(xiàn)出巨大潛力。近些年，從國家到地方關(guān)于氫能的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃也正在逐漸明晰，這種新能源的研發(fā)和利用正在為我們的未來生活帶來更多的可能性。
氫之貌
氫，在元素周期表中排在第一位，是一種無色透明、無臭無味、難溶于水且極易燃燒的氣體。氫在自然界儲(chǔ)存十分豐富，主要以氣態(tài)、液態(tài)化合物以及固態(tài)的金屬氫化物的形式存在，如氫氣、水、礦物燃料和各類碳水化合物。
加拿大工程院院士、深圳市氫能與燃料電池協(xié)會(huì)榮譽(yù)會(huì)長、南科大講席教授王海江表示，氫氣是能源領(lǐng)域難得的理想燃料，它具有極高的(質(zhì)量)能量密度，可以從多種渠道大規(guī)模制取，無論是通過燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)還是通過內(nèi)燃機(jī)的燃燒反應(yīng)，氫氣都可以高效轉(zhuǎn)化為我們所需要的能量，同時(shí)產(chǎn)生純凈水而沒有任何其他污染，是一種清潔的二次能源。
國際氫能源委員會(huì)發(fā)布的《氫能源未來發(fā)展趨勢調(diào)研報(bào)告》稱，2050年，全球氫能源需求將增至目前的10倍，產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值將超過2.5萬億美元。
氫能源根據(jù)生產(chǎn)來源，可劃分“灰氫”“藍(lán)氫”“綠氫”三類。灰氫是只從化石燃料比如石油、天然氣、煤等制取的氫，制取過程中碳排放強(qiáng)度相對較大。藍(lán)氫是用化石燃料制取的，同時(shí)配合碳捕捉和碳封存技術(shù)，碳排放強(qiáng)度相對較低。綠氫是利用風(fēng)電、水電、太陽能、核電等可再生能源，通過電解的方式制取的氫，制氫過程基本上沒有碳排放。
在實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的背景下，綠氫無疑將成為未來氫氣的主要來源，以可再生能源電解水制氫逐步取代灰氫等傳統(tǒng)制備方式，為應(yīng)對氣候變化和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。
氫之用
氫作為內(nèi)燃機(jī)的燃料已有相當(dāng)長的歷史。早在1807年，人類歷史上第一款氫氣內(nèi)燃機(jī)在歐洲誕生，但由于制造和使用氫氣的技術(shù)遠(yuǎn)比蒸汽和汽油復(fù)雜，氫氣內(nèi)燃機(jī)被蒸汽機(jī)、汽油機(jī)搶了先機(jī)。
1960年液氫首次用作航天動(dòng)力燃料，1970年美國發(fā)射的“阿波羅”登月飛船使用的起飛火箭也是用液氫作燃料，氫已是航天領(lǐng)域的常用燃料。
進(jìn)入21世紀(jì)，隨著氣候變化、能源安全、地緣政治形勢日趨嚴(yán)峻，氫能相關(guān)利用技術(shù)快速發(fā)展，其中以燃料電池為核心的氫燃料電池汽車開始走向市場。
2015年，以豐田公司Mirai為代表的氫燃料電池汽車開始產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，美國的普拉格能源公司成功將燃料電池叉車進(jìn)行商業(yè)化落地，燃料電池逐漸從實(shí)驗(yàn)室走向市場。
不同于氫氣在空氣中燃燒發(fā)出大量光和熱。氫燃料電池內(nèi)部發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)沒有燃燒過程，氫氣在陽極與電解質(zhì)反應(yīng)，產(chǎn)生電子，電子通過外部電路產(chǎn)生電流，氧氣在陰極生成水，產(chǎn)生少量熱，發(fā)電效率可達(dá)到60%以上。
氫燃料電池具有體積小、續(xù)航能力強(qiáng)、無污染、零排放、噪音低等優(yōu)點(diǎn)，并在高海拔、高溫、高寒多復(fù)雜環(huán)境下有更加穩(wěn)定的優(yōu)勢，在零下30攝氏度的環(huán)境下能夠無輔熱快速啟動(dòng)。
氫燃料電池汽車作為一種高效、環(huán)保的交通工具，正受到越來越多的關(guān)注。日本、韓國、美國和中國都在氫燃料電池領(lǐng)域積極進(jìn)行布局和研發(fā)。
在2008年，北京奧運(yùn)會(huì)投入運(yùn)行了3輛氫燃料電池汽車，并建成了我國首座車用加氫站，開啟了氫燃料電池汽車“從0到1”的示范。截至2023年底，中國的氫燃料電池車保有量已超過1.2萬輛，氫能產(chǎn)業(yè)從探索示范階段向產(chǎn)業(yè)規(guī)模化階段穩(wěn)步邁進(jìn)。
氫之策
據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì)，到2025年，我國氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達(dá)到1萬億元;到2050年，氫氣需求量將接近6000萬噸，實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排約7億噸，氫能在我國終端能源體系中占比超過10%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值達(dá)到12萬億元。
各國積極布局推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我國也將氫能納入國家能源戰(zhàn)略體系。2019年，氫能首次寫入政府工作報(bào)告，明確指出要推動(dòng)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)。在今年的政府工作報(bào)告中，提出大力推進(jìn)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)，加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，加快前沿氫能、新材料等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國家能源局印發(fā)的《2024年能源工作指導(dǎo)意見》中明確，要編制加快推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的相關(guān)政策，有序推進(jìn)氫能技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，穩(wěn)步開展氫能試點(diǎn)示范，重點(diǎn)發(fā)展可再生能源制氫，拓展氫能應(yīng)用場景。
地方層面，廣東出臺(tái)行動(dòng)計(jì)劃，加快培育氫氣制儲(chǔ)、輸運(yùn)、加注以及氫燃料電池裝備制造、低碳零碳工業(yè)應(yīng)用的“制儲(chǔ)輸用”全產(chǎn)業(yè)鏈;內(nèi)蒙古允許在化工園區(qū)外建設(shè)太陽能、風(fēng)能等可再生能源電解水制氫項(xiàng)目和制氫加氫站，不需要取得危險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)許可;山東發(fā)布通知對氫能車輛免收高速過路費(fèi)，試行兩年……截至2024年1月，我國發(fā)布超過438個(gè)地方氫能相關(guān)政策，覆蓋29個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)、超過90個(gè)地級市，其中省級政策數(shù)量達(dá)113個(gè)，涉及氫能相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新、氫能供應(yīng)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、應(yīng)用場景支持等。其中，氫能在交通領(lǐng)域的應(yīng)用，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期商業(yè)化及降本的重要突破口。
氫燃料電池現(xiàn)階段在交通端的優(yōu)勢應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在大功率、重載、長續(xù)航里程的公交、重卡、冷鏈物流、市政專用等車輛，再逐步推廣到船舶、航空等領(lǐng)域。王海江院士表示，燃料電池汽車關(guān)鍵材料、部件的國產(chǎn)化，大功率燃料電池系統(tǒng)的探索，高壓氣態(tài)或液態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)、冷啟動(dòng)及熱管理技術(shù)，都是我國氫燃料電池汽車行業(yè)目前的重點(diǎn)攻關(guān)方向。
氫能制備、儲(chǔ)運(yùn)及應(yīng)用有機(jī)結(jié)合是氫能迅速走向規(guī)模化、商業(yè)化的關(guān)鍵。有專家表示，目前氫能在實(shí)際的應(yīng)用規(guī)模較小，氫能產(chǎn)業(yè)鏈降本及綠色發(fā)展還面臨不少痛點(diǎn)難點(diǎn)。比如，大規(guī)模低成本制綠氫上存在技術(shù)難題;大規(guī)模跨季節(jié)儲(chǔ)能引用的技術(shù)、成本、商業(yè)模式問題尚未解決;氫氣儲(chǔ)運(yùn)相關(guān)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)暫未完善，都成為氫能規(guī)模化發(fā)展的掣肘，還需要上下游企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)齊心協(xié)力進(jìn)行突破。
氫之難
深圳明確氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略性地位，緊抓產(chǎn)業(yè)發(fā)展窗口。
2021年，深圳提出將氫能與燃料電池作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域進(jìn)行布局發(fā)展;同年出臺(tái)《深圳市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2025)》，按照規(guī)劃，到2025年在應(yīng)用示范推廣上，實(shí)現(xiàn)氫能在交通運(yùn)輸、分布式發(fā)電、前沿新興及交叉等領(lǐng)域的應(yīng)用示范，其中示范燃料電池車輛不少于1000輛，建設(shè)加氫站不少于10座，分布式能源、熱電聯(lián)供及備用電源應(yīng)用不少于100套、氫能船舶1-3艘、氫能無人機(jī)不少于100架;2022年，出臺(tái)“20+8”產(chǎn)業(yè)政策，明確氫能作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群重要組成，重點(diǎn)部署氫能產(chǎn)業(yè)培育工程。
深圳市氫能與燃料電池協(xié)會(huì)秘書長張祎瑩表示，通過對深圳市產(chǎn)業(yè)鏈的梳理，深圳氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有良好的基礎(chǔ)和較強(qiáng)的創(chuàng)新能力，但也面臨氫氣供應(yīng)及基礎(chǔ)設(shè)施不足、產(chǎn)業(yè)聚集不明顯等短板和挑戰(zhàn)。深圳可通過加強(qiáng)統(tǒng)籌謀劃、協(xié)調(diào)推進(jìn)全市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，進(jìn)一步完善基礎(chǔ)設(shè)施，加大力度構(gòu)建穩(wěn)定氫氣供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化解決加氫站、氫儲(chǔ)運(yùn)等涉氫項(xiàng)目審批流程，完善燃料電池汽車、加氫站等購置和運(yùn)營補(bǔ)貼機(jī)制，加大氫能和燃料電池在深圳的試點(diǎn)示范和應(yīng)用推廣力度。(深圳特區(qū)報(bào)記者 聞坤)
作者：聞坤
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