已知“氢”重

2019-10-12

中国石油石化 2019年17期

关键词：制氢氢能燃料电池

○ 文／本刊记者郑丹

▲作为节能减排的先锋，加氢站给各方展示出极大的想象空间。供图／视觉中国

氢，清洁低碳、优势显著。但若想与油、气相争，则需解决制氢来源和成本等问题。

人类对社会进步与发展的追求永无止境。对能源的探求也是如此。

曾经，对石油或将枯竭的恐惧使人类把目光转向天然气和可再生能源。对零排放清洁能源的渴求又使电上升为能源互联的主角。

然而，江湖总有英豪，后浪总推前浪。

这一回，把众人的眼球吸引过来的是——氢。因为它清洁低碳、优势显著，是人类实现零碳社会的理想能源伴侣。更让人青睐的是，作为交通燃料，它比油气更低碳，比电更易加注且极其快速。这也注定了即使在这样一个能源多元化的时代，氢也不会被埋没。

“作为极具发展潜力的未来能源，发展氢能恰逢其时。”中国工程院院士、中国石化集团原副总经理曹耀峰表示。

氢能一出谁与争锋

目前，对于氢有许多说法。有人认为它是人类社会的“终级能源”，有人说它是“基础能源”。虽然上述说法仍存争议，但这体现了人类对氢能源的深厚寄望。与此同时，不免让人产生一种疑问：氢，到底是何方神圣？

先看一则笑话。

一天，煤、石油、天然气、太阳能、水能、风能等与氢在一起开会。说到污染，煤和石油不说话了；说到零排放，天然气低下了头；说到储运，风、光、水出去打电话了。会议结束时，电动汽车说：“我先走了去充个电，半小时后还有个会。”氢能源车说：“不着急，我加氢3分钟就好。”

资料显示，氢是一种资源丰富、绿色高效的二次能源，具有已知所有能源无可比拟的优势和特点。

曹耀峰表示：“氢的来源比较广泛，煤、天然气、石油、工业副产物、电解水都可制氢。特别是在传统炼油化工过程中可产生大量的副产氢。氢的能量密度高，是木材的1000倍、煤的6倍、汽油的3倍、天然气的2.5倍左右。”

国家能源局信息中心副主任何勇健指出：“氢能是实现我国可再生能源大规模跨季节储能的最佳整体解决方案。可再生能源的随机性、间歇性、低能量密度、空间分布逆向性等缺陷，氢能都能很好地去弥补。在这个转型路径中，氢能将扮演大规模储能介质和清洁二次能源的双重角色。”

从氢燃料的用途看，可以以燃料电池的形式广泛应用于汽车、卡车、火车、轮船和飞机上。

随着新能源技术的快速发展，汽车动力燃料正从单一的成品油向更清洁、更环保的绿色能源过渡。作为交通燃料，氢比油、气更低碳，比电加注更为快速。此外，由于氢燃料电池具有重量较轻的特点，因而更加适用于中型、重型卡车和长距离运输。

“现阶段，氢能清洁低碳的优势用于交通运输领域最为现实和可行。”中国工程院院士、国家能源专家委副主任杜祥琬表示。

2018年5月11日，李克强总理访问日本时，在丰田公司一款名为“Mirai”的氢燃料电池汽车前伫足，立即吸引了国内无数眼球的关注。

据媒体报道，“Mirai”是丰田在2016年正式推出的第一代氢能源汽车。它不用汽油也不用锂电池，而是使用液化氢气作为动力源。由于氢气与氧气的合成反应，它排出来的不是尾气成分而是清水，从而实现零排放、零污染。而且，一次充气3分钟左右可以行驶650公里。

提出打造“氢经济社会”的日本，在率先研发氢能小汽车之外，还制造出一系列“氢家族”产品——以氢能源为动力的轻巴、大小型卡车、铲车、垃圾回收车、电力自行车等。根据JR东日本铁路公司的计划，2021年将开始使用氢燃料电池的新型电动列车，到2024财年将列车商业化。

发展氢能恰逢其时

世界能源发展史，是一部逐步走向清洁低碳和可持续发展的历史。

在中国石化经济技术研究院专家罗佐县看来：“当前需要更多绿色低碳用能渠道，提升终端电气化比重，抑制化石能源消费。正是世界能源转型这样一种大趋势，为氢能发展提供了广阔空间。”

“十三五”以来，我国能源发展愈发重视低碳化和绿色化。可再生能源、天然气、电、乙醇汽油、生物柴油等多种能源遍地开花，纷纷在能源大舞台上展示出发展潜力。

“尽管能源调整的步伐在加快，2013年以后，我国煤炭消费量以及一次能源占比均出现下降，但是煤炭一次消费占比仍然在60%左右，能源消费结构调整压力较大。”曹耀峰指出。同时，“作为受气候变化不利影响最显著的国家之一和全球温室气体排放量最大的国家，我国面临着较大的温室气体减排压力。因此，必须加快构建以低碳能源为主的能源体系。”

放眼全球，经济的发展和社会的进步并没有让这个世界增添更多的平静。反之，世界愈发复杂多变，不确定因素层出不穷。在错综复杂的国际形势下，我国面临着日益严峻的能源安全危机。2018年，我国的油气对外依存度分别攀升至接近70%与45%，这是历史上的最高水平。把能源安全牢牢把握在自己手里的紧迫性从未这般强烈。

“随着中美贸易摩擦不断升级，单边主义和贸易保护主义抬头，地缘政治更加复杂，能源安全形势愈发严峻，急需构建多元化能源供应体系。”曹耀峰如是指出，“在这种形势下，作为极具发展潜力的未来能源，发展氢能恰逢其时。”

“立足战略高度，发展氢燃料电池产业有利于国家安全。”杜祥琬指出，“这包括能源的供需安全、能源环境安全和气候安全。”

我国发展氢能的战略意义明显。那么，大规模制氢在我国是否可行？

“中国发展氢能符合国情要求，氢能在国计民生各领域有着广泛的应用。”曹耀峰表示。在他看来，不管是制氢的产业链，还是储氢的产业链，还是用氢的产业链，方方面面，氢在我国国计民生各个领域都有一定的市场。而且，氢能与传统油气产业链的关系十分紧密，与石油石化行业的契合度极高。

作为我国最大的炼化产品生产销售企业和一体化的能源化工公司，中国石化提供了全国1/3的化工产品、60%的油品需求。在氢能产业发展上，中国石化具有独特优势，包括资源规划、炼化生产（制氢用氢、副产氢）、油气储运及零售终端建设、运维等多方面的技术基础与整合优势。

除工业副产氢外，我国广袤的西部地区有大量的风光资源，人口稠密的东部沿海地区有丰富的水资源，如果充分利用于发展氢能，前途无限光明。

这也解释了“氢能热”为什么能在我国迅速燃起。据悉，全国已有超过20个城市出台相关产业规划，已经建设或规划中的氢能小镇近30个，绝大多数诞生在近一年的时间里。

“目前，工业副产氢再加上弃电的可再生能源（电解水）制氢这两个渠道来源的氢已经很不少了。根据目前的研究，发展氢燃料电池也是足够的。将来的发展，会需要更大规模的氢。更大规模的产氢应该立足于可再生能源等非化石能源制氢，做到全产业链从头到尾尽量没有排放。”杜祥琬说。

▲供图／视觉中国

石油企业先行一步

大趋势当前，石油企业拓展多元化能源的脚步深入至氢领域。在这个过程中，石油企业与汽车企业的合作研发以及合作建站成为特点。有超过40年制氢经验和超过10年加氢站运营经验的BP在1978年申请了第一个氢燃料电池相关专利。BP同戴姆勒克莱斯勒、福特公司合作研究先进燃料电池技术，并在北京建成了中国第一座加氢站。

壳牌2016年成功开发了液氢运输船，将澳大利亚丰富的低质褐煤转化为氢气，液化后船运至日本。2017年2月，又与丰田合作在加州建造了7座加氢站，并计划2030年前在英国投资加氢设施。

“从趋势来说，越来越多的国家、企业、部门认识到发展氢能产业是一个趋势和潮流。总体判断，除非储能电池电动车、超级电容替代产品和技术取得重大突破，氢能产业发展的大势是不可逆转的。”北京清洁燃料协会会长、北京邮电大学教授张永泽表示。

中国的油企也敏锐地捕捉到氢产业发展的信号。与充电站的悄然布局相比，这一次，国内石油石化企业的行动颇为“高调”。

7月1日，国内首座油氢合建站——中国石化佛山樟坑油氢合建站在广东建成。

这是全国首座集油、氢、电能源供给及连锁便利服务于一体的新型网点。樟坑油氢合建站日加氢能力达到500kg，主要服务周边使用氢燃料的公交线路及物流运输车队。来这里加注氢燃料的公交车只需4分钟即可完成加注，续航里程达300公里。

从页岩气、地热到氢能，作为央企节能减排先锋的中国石化一直在为社会提供丰富多样的清洁能源和绿色产品，推动能源供给侧结构性变革。

中国石化集团销售有限公司副总经理张毅表示：“公司正在加快构建‘油气氢电非’融合发展的高价值生态圈，推进油气传统能源向综合能源供应升级。”

据悉，中国石化下一步将全面推进氢能源的相关工作，包括建立专门办事机构，统筹规划启动整体布局，并对燃料电池开展相关研究。目前，已确定了10座加氢站的选址。

“传统油气企业要落实国家新能源战略，成为新能源产业的参与者、推动者和引领者，推动能源供给侧变革。”曹耀峰指出，“中国石化在发展氢能产业方面具有优势：强大的制氢能力、成熟的能源安全管理经验、全面的网络站点体系。”

目前，欲进入氢加注产业链的企业普遍认为建站寻址难，而中国石化可依托遍布全国的3万余座加油站在现有网络基础上构建国内最大的加氢网络。专家认为，这不仅能建立起在氢能产业市场的独特竞争优势，而且能对我国氢能汽车产业的加快发展起到巨大的引领推动作用。

试水氢能源，国内油企在不同地区开展了各种合作，对象包括当地政府部门、公交系统、氢能源企业和汽车企业。

▲试水氢能源，安全“瓶颈”不容回避。

张毅表示：“我们优先关注京津冀、长三角、珠三角和海南四个地区。在这四个地区，中国石化的氢气产量比较丰富，相应的加油站配套设施网络比较健全。”

作为2022年北京冬奥会的战略合作伙伴，中国石化将为北京和张家口冬奥会氢燃料电池车提供氢气供应、车辆加氢和加氢站运营保障。当前，这两个地方的加氢站的建设正在加速进行中。

另一大石油央企中国石油也毫不迟疑地吹响了进军氢能源领域的号角。

今年4月，中国石油北京销售分公司与北京海珀尔氢能科技有限公司签署战略合作协议，在北京地区建设液气油氢混建站及附属氢能应用示范展示中心。根据协议，双方合作将位于北六环和京藏高速交汇处的加油站扩建为液气油氢合建站。该站建成后，将有效缓解市内现有燃料电池车辆能源需求，并为2022年冬奥会燃料电池示范车辆提供加氢保障。

此外，国家能源投资集团、东方电气、三峡集团、中国中车、中国船舶、中国一汽等一批央企也在瞄准氢能源的产业风口，并积极布局。

氢，风高欲远飞。