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綠氫,能源轉型中的關鍵角色

發布時間: 2021年07月12日

近期,國際能源署發布題為《2050年凈零排放:全球能源部門路線圖》的報告說,到2050年全球實現二氧化碳凈零排放將需要大約5.2億噸的低碳氫氣,其中來自可再生能源的綠氫要占到約60%。而目前全球氫氣年產量約為7000萬噸,其中灰氫占比約95%。綠氫產業擁有廣闊的發展空間,也面臨著緊迫的轉型壓力。

氫作為二次能源,其生產離不開一次能源。按照生產來源,世界能源理事會將氫氣分為灰氫、藍氫和綠氫三類。灰氫指由天然氣、煤等化石燃料生產的氫氣,制取過程成本最低,但碳排放量高,在化工行業應用普遍;藍氫是灰氫的“升級版”,在氫氣生產環節配合碳捕捉和封存技術,能夠減少90%左右的碳排放,成本相應更高;綠氫則是利用風能、太陽能等可再生能源發電,再電解水生產氫氣,成本最高。其中,綠氫從源頭上杜絕了碳排放,是真正意義上的清潔能源。

用綠氫代替灰氫作為化工原料,是實現化工行業深度脫碳的重要途徑。此外,綠氫還能幫助解決可再生能源發電過剩困境,化解棄風、棄光、棄水等現象,提高可再生能源的利用率,可廣泛用于交通、建筑和工業等各個領域。不過,高昂的生產成本制約了綠氫的大規模發展。據國際能源署報告,綠氫價格目前為每千克3.5至5歐元,遠高于灰氫的每千克1.5歐元。

目前,穩定、快速、大批量制取綠氫的技術路線主要為電解水,具體可以分為堿性電解水、質子交換膜電解水和固體氧化物電解水三類。堿性電解水是當前的主流技術,需要保證兩個電極的壓力均衡,以防止氫氧混合產生危險,因此難以與具有快速波動特性的可再生能源發電配合;質子交換膜電解槽在運行中具有更好的靈活性和反應性,但需要鉑和銥等貴金屬,未來需進一步降低貴金屬使用量或發掘成本低廉的催化劑;固體氧化物電解水制氫技術具有更高的理論效率,但仍處于實驗室驗證階段,且其對高溫熱源的需求可能會限制在商業應用階段的經濟可行性。

隨著各國加大力度應對氣候變化,綠氫產業正迎來發展熱潮。今年2月,歐洲30家公司聯合啟動了世界最大綠氫項目之一,選址在太陽能富集的歐洲西南部伊比利亞半島。這30家企業覆蓋了綠氫產業鏈的上中下游,包括太陽能開發商、電解槽供應商、大型能源和工業集團以及融資機構等,目標是在2030年前將綠氫的價格降到每千克1.5歐元,每年生產360萬噸綠氫。此前,德國、荷蘭、丹麥等宣布了多個以海上風電制氫為主的綠氫項目。中國首個規劃中的吉瓦級電解廠——北京京能內蒙古項目預計每年可生產40萬至50萬噸綠氫。有統計顯示,目前全球約有70個在建或規劃綠氫項目,很多是由政府和關鍵能源企業共同主導,產業布局空前加快。

未來,綠氫的成本下降不僅有賴風電、光伏等行業的降本增效,還要依靠以電解槽為代表的全產業鏈的技術進步。隨著產能擴大、輸配基礎設施建設加快,氫能產業鏈的規模效應將日益顯著,這也將促進更多研發力量參與其中,從而大幅降低成本,推動綠氫的進一步普及。

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