近日，由中國(guó)石化主辦的氫能應(yīng)用現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)推進(jìn)會(huì)暨高質(zhì)量發(fā)展論壇在北京舉辦。中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)石化副總工程師謝在庫(kù)在主題演講中表示，氫能助推工業(yè)企業(yè)減碳，對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)至關(guān)重要，目前，氫能工業(yè)應(yīng)用大有可為，要大力發(fā)展氫能、氫能產(chǎn)業(yè)及氫能經(jīng)濟(jì)。
從能源結(jié)構(gòu)變革趨勢(shì)來(lái)看，雙碳目標(biāo)下可再生能源比重將會(huì)越來(lái)越高。謝在庫(kù)表示，能源結(jié)構(gòu)決定了二氧化碳排放情況。“在雙碳目標(biāo)下，能源化工的重要發(fā)展方向包括分子煉油、綠色化工、高端材料、節(jié)能工藝、循環(huán)化工、二氧化碳技術(shù)、可再生能源、氫基工業(yè)、人工智能等。其中，氫基工業(yè)與氫能是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的關(guān)鍵。”氫能既是二次能源、能源載體，也是工業(yè)原料，將支撐未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，所以要發(fā)展氫能、氫能產(chǎn)業(yè)以及氫能經(jīng)濟(jì)。
“未來(lái)氫能經(jīng)濟(jì)在我國(guó)工業(yè)中的比重和份額將比現(xiàn)在高，它涉及了工業(yè)、交通、建筑、發(fā)電等各個(gè)行業(yè)。氫產(chǎn)業(yè)將從灰氫、藍(lán)氫發(fā)展到綠氫。”謝在庫(kù)表示，要推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)創(chuàng)新，特別是綠氫的核心技術(shù)創(chuàng)新。
制氫：可再生能源制氫已經(jīng)具有生命力
謝在庫(kù)認(rèn)為，在可再生能源發(fā)電中，電解水制氫在未來(lái)一段時(shí)間中所占比重是非常大的。“當(dāng)前，我國(guó)可再生能源發(fā)電成本已在大幅度下降。可再生能源電解水制氫已經(jīng)具有生命力。”
電解水制氫主要有三類技術(shù)路徑。一是目前廣泛應(yīng)用的堿性電解水制氫，其特點(diǎn)是啟停較快，已在工業(yè)上應(yīng)用，還要發(fā)展系統(tǒng)集成和配套技術(shù)。二是質(zhì)子交換膜電解水制氫，它的特點(diǎn)是啟停快，但面臨貴金屬電催化劑成本高的挑戰(zhàn)，還需進(jìn)一步研究復(fù)合材料、非貴金屬材料來(lái)降低成本。三是固體氧化物電解水制氫，因部分電能被熱能取代，轉(zhuǎn)化效率可達(dá)85%以上，期待該技術(shù)盡快突破材料的高溫穩(wěn)定性，在大規(guī)模電解水制氫方面發(fā)揮作用。
此外，核能制氫也是重要發(fā)展方向，包括高溫氣冷堆與固體氧化物電解水制氫的耦合、以及熱化學(xué)循環(huán)制氫，其關(guān)鍵是要突破耐高溫材料及相關(guān)裝備。
“光催化制氫是人類能源利用方式的重要目標(biāo)。”謝在庫(kù)提到，除了可再生能源電解水制氫、核能制氫，還有光催化制氫、生物制氫等方法。
儲(chǔ)氫：化學(xué)儲(chǔ)氫已在相關(guān)場(chǎng)景下示范應(yīng)用
在氫儲(chǔ)能方面，謝在庫(kù)從化學(xué)角度進(jìn)行了分享。
“因?yàn)榭稍偕茉从胁▌?dòng)性，所以要在光伏和風(fēng)能充足時(shí)將電能儲(chǔ)存起來(lái)，在需要時(shí)釋放儲(chǔ)存的電力。”謝在庫(kù)提到，氫儲(chǔ)能的重點(diǎn)是選擇合適的儲(chǔ)氫化合物，如甲醇、氨、有機(jī)化合物等，其關(guān)鍵是脫氫和加氫的體系協(xié)同，目前還面臨很多挑戰(zhàn)。據(jù)他透露，中國(guó)石化團(tuán)隊(duì)已在這方面有多年研究積累。
談到儲(chǔ)氫，液態(tài)陽(yáng)光是熱點(diǎn)話題。謝在庫(kù)表示，我國(guó)科學(xué)家已開(kāi)展了以甲醇為載體的將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的技術(shù)探索與示范，就是通過(guò)光伏發(fā)電、電解水制氫、氫與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇的路線。
用氫：氫基工業(yè)內(nèi)涵豐富
在用氫方面，謝在庫(kù)認(rèn)為，氫基工業(yè)內(nèi)涵很豐富。
“化學(xué)工業(yè)離不開(kāi)氫。”謝在庫(kù)表示，中國(guó)石化正在發(fā)展綠氫煉化，把綠氫引進(jìn)煉化流程以降低二氧化碳排放。煤化工的二氧化碳排放是非常高的，但如果與綠氫耦合，就可以降低二氧化碳排放，而且，相比于合成氣經(jīng)甲醇制烯烴，合成氣直接制烯烴將進(jìn)一步節(jié)能減排。我國(guó)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)都進(jìn)行了大量探索，已經(jīng)進(jìn)行到中試階段。
氫基工業(yè)也包括鋼鐵、冶金等流程。“鋼鐵工業(yè)、冶金工業(yè)一般采用高爐-轉(zhuǎn)爐煉鋼流程，其二氧化碳排放也是比較高的。但是，如果從碳還原變成氫冶煉，二氧化碳排放將大幅度下降，甚至沒(méi)有二氧化碳排放。”
氫基工業(yè)還包括建材領(lǐng)域。“碳酸鹽分解占了建材領(lǐng)域大部分的碳排放。已經(jīng)有了降碳的思路，也有比較清晰的發(fā)展路徑，但是技術(shù)還沒(méi)有突破。將建材工業(yè)和化學(xué)工業(yè)進(jìn)一步耦合，即把碳酸鹽分解與可再生能源氫或甲烷等供氫分子耦合，可以降低二氧化碳排放。”
“建設(shè)電化學(xué)工廠乃至光化學(xué)工廠，是我們實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展氫基工業(yè)的重要一環(huán)。”謝在庫(kù)認(rèn)為，這就要研究熱催化、電催化、生物催化、光催化來(lái)支撐石化、冶金、建材及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。“中國(guó)石化在化石能源制氫方面有很好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)，正在推進(jìn)可再生、可持續(xù)的氫能核心技術(shù)發(fā)展。這是一個(gè)開(kāi)放合作、大有可為的領(lǐng)域。”