在实现碳达峰碳中和的路线图中,我们重点发展可再生能源的像光伏太阳能、风能这样的能源形式,另外在交通领域里面发展以电动汽车为代表的新能源汽车,其实在整个工业领域里边,也有通过减少化石能源的应用,减少生产过程中间能量的使用,来减少二氧化碳的排放。
除了这些之外,可能也听到过氢能的开发和利用,虽然说氢能的利用在今天不论从产业链还是成本的角度,目前还并不具备太大的优势。
但是如果从二氧化碳的排放角度来看的话,氢燃烧之后生成的是水,释放的是热量,这个过程中间没有任何温室气体的排放,从这个意义上来说,其实氢是一个纯粹的绿色能源,也正因为此,今天我们看到不论是实体产业还是资本市场,对氢的开发和利用是被寄予厚望的。
这一节我们就来聚焦一下,在国内市场上目前氢能的开发和使用情况,我们每年的生产规模大概是什么水平?在全球处在一个什么样的位置?另外在的生产制造过程中间主要有哪些技术路线?这些技术路线的二氧化碳排放、生产成本以及能量转化效率又是怎么样的?
我想通过这些对比之后,就可以来判断出来,在可展望十四五期间,哪些形式会是未来氢能开发和利用的最重要的技术路径?展望未来更长的周期里面,哪些技术路线会被我们寄予长期的希望?
先看一下截止到2020年我国氢的产能和具体的产量,这些数据来自于中国煤炭加工利用协会,仅供大家参考。
2020年全年,中国氢产能3300万吨,顺便告诉你全球在2020年氢产能是7000万吨,也就是说中国产能大体上占了全球的一半。
说完产能之后,我们再来看看产量,中国实际上氢在2020年是2500万吨,应该说这个数字是相当之大的。
谈这些数字之前,您可能对中国的氢也许还会认为只处在实验室或者处在一些极小规模的生产状态,但实际上已经达到了几千万吨的产能和产量,应该说绝对达到了大规模状态了。
中国氢的产量占全球的产量大体在50%左右,即使回到10年前,中国每年的氢产量也超过了1500万吨,也就是说氢实际上工业品,不论是在工业领域的应用,还是以能源方式应用,都具有很长时间的探索和大规模使用了。
下面我们看一下氢的生产主要是有哪些技术路径,在中国以外的海外市场主要是靠天然气,通过天然气来提炼氢,在国内主要靠的是煤炭来制氢,国内煤炭制氢在2020年占到了氢产量来源的62%,天然气制氢占了19%左右,这两种形式占比加在一块达到了80%,其他像工业生产过程中间的尾气副产品来提炼氢占比在18%左右,可能你听到过比较多的,通过电解水这种方式来提炼氢,似乎很美好,但实际上产能还是比较少的,只占到了1%。
我们看看生产出来这么多,主要用作什么了?可能你听到了,比方说用于储能,用于发电,用于燃烧热量,实际上在今天氢的最主要用途还是化工用途,比方说以2020年氢的用途来看,目前合成氨用氢占比达到了37%,你注意这个显然是一个化工领域的用途了。
另外在甲醇制造的过程中用氢占到了氢用途的19%,炼油的过程中用氢占到了氢用途10%,直接作为燃料的燃烧占比只有15%,并不像大家所想象的那么多,其他领域里面占比19%。
也就是说在今天我们看到氢的用途里边,最主要的是化工原料的用途。
我们展望一下到2050年中国氢大约需求量会怎么样,因为今天展望2050年,这个差距肯定是相当之大的,但至少告诉了我们一些氢未来的主要方向会有很大的需求空间。
这个数据是来自于国家发改委能源研究所的一个报告,仅供大家来参考,在工业领域里边把氢作为两个用途,一个是作为原料,广泛应用到钢铁、化工、石化这些行业里边,来替代煤炭、石油等化石能源。
在能源方面,氢能通过燃料电池的技术进行,像热电的联产,满足分布式的工业电力和热力的需求,预计在工业领域里面氢的需求在2050年会达到3500万吨。
另外就是交通领域里边,交通领域最主要是我们今天看到的比方锂电池这种动力电池的方案,但你不要忘了锂电池实际上它使用的是电,如果我们的电还很大比例靠的是火力发电煤炭的话,就意味着说,其实你虽然没有燃烧汽油柴油,但实际上你间接的还是在使用煤炭,仍然是在过程中排放了大量二氧化碳。
国际上一些能源巨头今天投入大量资源用于氢的研究,很重要的原因就在于此,认为氢是一个真正意义上的绿色能源,未来氢能和类似于锂电池为代表的化学动力电池可能会形成互相竞争的技术路径。
预计在交通领域里面,未来到2050年对氢作为燃料的需求4000万吨。
第三个就是建筑和我们的日常生活,今天我们在比方说居家生活、取暖、做饭,其实背后都有大量的温室气体排放,未来这些都是可以用氢来替代的,需求量多少?大约未来有2000万吨左右。
这个加起来就意味着到2050年,国内氢的需求量将会1亿吨左右,有一些不同的研究机构认为可能到时候要达到好几亿吨,也就说展望2050年,不同研究机构对未来的分歧很大,这是非常正常的,因为毕竟还太遥远了,技术的成本、可行性今天还无法准确的来冻结。
国家发改委能源所也谈到了,在本世纪末把全球气温平均升高控制在两度之内的目标如果要实现的话,就需要氢的利用达到1.5亿吨。
当然了目标最理想的是希望把温度升高控制在1.5度之内,这也是第26届联合国气候大会所定的一个比较理想的目标,如果要去实现的话,恐怕对氢这种纯粹的绿色能源的需求会进一步提高。
1月29日,国家发改委和国家能源局联合印发了《“十四五”新型储能发展实施方案》(以下简称“《方案》”)。《方案》指出,到2025年,新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段、具备大规模商业化应用条件。
方案将将氢(氨)储能列入“十四五”新型储能核心技术装备攻关重点方向、“十四五”新型储能标准体系重点方向以及“十四五”新型储能技术试点示范。开展依托可再生能源制氢(氨)的氧(氨)储能等试点示范,将探索风光氢储等源网荷储一体化和多能互补的储能发展模式列入“十四五”新型储能区域示范。
方案提出,到2025年,氢储能、热(冷)储能等长时间尺度储能技术取得突破。
氢储能优势:规模大、周期长、可跨季节储能
氢储能是指氢能作为一种媒介,实现“可再生能源发电-水电解制氢-氢燃料电池发电”的能量转换过程,从而有效解决可再生能源的波动性和间歇性,起到稳定电网的作用。
下图是氢储能和几种储能方式比较。
云海金属在机构调研时表示,镁基固态储氢材料,作为氢的可逆“存储”介质具有优良的吸放氢性能以及长期循环无动力学衰减和容量损失的优点,可实现大容量固态储氢,常温常压长距离运输。不但可降低氢气的储运成本和能耗,且安全便捷,有望成为氢储运领域的重要关键材料。镁基固态储氢材料技术我们处在研发阶段,未来会适时介入该产业。目前我们公司的技术合作伙伴有上海交大、重庆大学等相关技术研发团队,都在开展镁基储氢研究。
本文作者可以追加内容哦 !