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中國(guó)科學(xué)院院士李燦:可再生能源制氫勢(shì)在必行
(時(shí)間:2021-1-12 10:48:20)
  氫被譽(yù)為未來(lái)世界能源架構(gòu)的核心,也被認(rèn)為是最潔凈的燃料。不過(guò),如果氫氣來(lái)自于化石燃料,則其制備過(guò)程并不“潔凈”。目前,商用氫氣96%以上是從化石燃料中制取,制氫過(guò)程中會(huì)排放大量二氧化碳,這類氫氣也被稱為“灰氫”。
  發(fā)展氫能不可以偏離初衷。從環(huán)境和生態(tài)的角度來(lái)看,通過(guò)風(fēng)電、光伏等可再生能源制氫,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)“零碳排放”,獲得真正潔凈的“綠氫”,還能夠?qū)㈤g歇、不穩(wěn)定的可再生能源轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存為化學(xué)能,促進(jìn)新能源電力的消化,由此帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益是難以估量的。
  我國(guó)可再生能源十分豐富,開發(fā)力度也位居世界前列,新能源新增及累計(jì)裝機(jī)容量均排名世界第一。為落實(shí)“2030年前碳達(dá)峰”和“2060年前碳中和”的目標(biāo),“十四五”時(shí)期還需要進(jìn)一步加大力度發(fā)展可再生能源,進(jìn)而進(jìn)行可再生能源制氫,這將是碳減排的重要路徑之一。
  實(shí)際上,包括海水在內(nèi)的水資源是地球上最大的“氫礦”,電解水制氫被認(rèn)為是制備氫氣的有效方法。但是,可再生能源電解水制綠氫能否實(shí)際解決并應(yīng)用于規(guī);瘻p碳,還需要克服三大難題:電解水的大規(guī)模、低能耗和高穩(wěn)定性。筆者認(rèn)為,這應(yīng)該是“十四五”需要重點(diǎn)解決的工程技術(shù)難題。
  要實(shí)現(xiàn)這三者的統(tǒng)一,首先需要研發(fā)新型電極催化技術(shù)、先進(jìn)的隔膜和電解槽組件技術(shù)及其系統(tǒng)工程技術(shù),才能克服電解水電極催化劑活性低、能量轉(zhuǎn)化效率低等關(guān)鍵技術(shù)問題。例如,在低電壓下增大產(chǎn)氫電流密度、降低制氫能耗,提升穩(wěn)定性、擴(kuò)大單體電解槽設(shè)備制氫規(guī)模等。
  目前,電解水制氫均采用純度較高的淡水為原料,若全球需氫量劇增,用豐富的海水資源直接制備氫氣將是一種途徑。電解海水更須具備“大規(guī)模”“低能耗”和“高穩(wěn)定性”才能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。目前,淡水條件下的電解水技術(shù)將為電解海水制氫奠定基礎(chǔ),從原理和技術(shù)發(fā)展的態(tài)勢(shì)看,實(shí)現(xiàn)電解海水制氫技術(shù)上也完全可行。
  “十四五”要想把氫能產(chǎn)業(yè)做強(qiáng)、做大,可再生能源電解水制氫勢(shì)在必行。一方面,可再生能源電解水制得的綠氫不僅可以直接作為燃料電池的燃料,另一方面,將其與二氧化碳相結(jié)合還可以合成甲醇。甲醇是液體燃料。它可以像汽油一樣運(yùn)輸、儲(chǔ)存,被輸送到加氫站后再轉(zhuǎn)化成氫。這樣就可以緩解氫燃料電池“制、儲(chǔ)、運(yùn)、加”的安全性和成本問題。
  以甲醇為氫源的氫加氣站的方案具有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn),建議“十四五”時(shí)期進(jìn)行推廣。與傳統(tǒng)的氫氣加氣站不同,新方案既可以解決高壓運(yùn)輸、儲(chǔ)存和加氫的安全問題,還能夠?qū)崿F(xiàn)二氧化碳回收和用氫全過(guò)程清潔的目標(biāo),可以形成油、醇、氫共站的新局面。
  用綠色氫能轉(zhuǎn)化二氧化碳合成的甲醇被稱之為“太陽(yáng)燃料”或“液態(tài)陽(yáng)光”甲醇!耙簯B(tài)陽(yáng)光”甲醇是一種零碳排放液態(tài)燃料,也是一種重要的綠色化工原料。若“液態(tài)陽(yáng)光”甲醇能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模使用,有望替代部分由煤炭、石油、天然氣等化石能源合成的甲醇,建立新型綠色低碳、高效的能源系統(tǒng),催生新興的能源經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)。
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