科普7 | “碳中和”下绿氢的发展

发布日期：2021-07-06 00:00:00 来源：网络作者：鸡蛋浏览量：590

鸡蛋网络发布日期：2021-07-06 00:00:00

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随着社会的进步与发展，人类对能源的利用由高碳逐渐转为低碳、由低能量密度到高能量密度的走向路径发展。在此趋势下，氢能被认为是下一代清洁能源的代表，成为21世纪的“终极能源”。

这一切都是因为氢能拥有着诸多的优点：第一，氢能中不含碳原子，其利用过程几乎不释放温室气体或有害物质，是清洁的能量载体；第二，氢能是高密度的能量载体，具有高于汽油、柴油等传统燃料的质量能量密度。

目前，全球对氢能源的需求日渐增长，氢能产量约达每年70兆吨。但当前的氢能来源绝大多数是在煤、石油、天然气等化石燃料中提取出来的，其中具有成本低廉、技术成熟、可大规模应用等优势存在，但在制备过程中伴随着大量温室气体的排放，不利于实现“碳中和”目标的发展规划。

因此，采用上述路径制备的氢能被称为“灰色氢能”。如果能够把上述的制氢生产中所产生的CO2进行补集、利用和封存起来；则能从中，间接性的达到“碳中和”的目标，从而获得“蓝色氢能”。问题在于“蓝色氢能”是不可再生能源，生产成本与“灰色氢能”相比仍然较高，制备系统成熟度较低，距大规模应用还有一定的距离。

从环境与资源利用效率的角度来看，以上制氢方法均不是清洁高效的选择。因此，通过零污染、低成本、可持续的方式制取“绿色氢能”是未来能源发展的重点。而制取“绿色氢能”的方法主要有生物质制氢、光催化分解水制氢、电催化分解水制氢等。其中，电解水制氢技术具有悠久的历史，是相对成熟的制氢方法，是喜玛拉雅的选择。

近年来，新能源发电技术（如太阳能发电、风力发电、水力发电等）得到了快速地发展，促使可再生电能的成本不断下降，这使得利用可再生电能进行大规模电解水生产氢能成为可能。可再生电能解水过程基本不会耗费化石能源或产生温室气体，能够满足“碳中和”系统的要求。

另一方面，可再生电能解水制氢技术能够克服光电、风电等可再生电能由于昼夜、气候、区域等因素带来的间歇性、随机性、不均衡性的缺点，可有效利用难以并网的可再生电能，分布式地生产“绿色氢能”。

伴随技术的发展，世界上可再生电能解水制氢示范项目的数量和电解槽容量不断增加。可再生电能解水制氢技术在近年来更是得到了长足的发展。可以基于对催化活性中心作用机制与调控规律的认识，在进一步提升催化剂性能的同时，降低催化剂中贵金属用量或其价格，使得“绿色氢能”的成本更具有竞争力。与此同时，可以通过强化可再生能源转化系统与产氢系统之间的配合与匹配，达到提高能源综合利用效率的目的。应基于对应用场景（如交通运输、固定式发电等）特定需求的理解，优化电池结构和催化剂设计，以满足对功率密度和耐久度的要求。应在基础设施建设方面为未来“绿色氢能”的利用提供支持。如提前布局分布式加氢站的建设；调研氢能管道输送的可行性方案和安全性方案等。

我国一直致力于推动传统能源向低碳清洁能源的转型，在太阳能发电与风能发电领域的年增长量与装机量均已跃升至世界第一，在新能源领域具有丰富的研发与产业基础。我国承诺将在2060年前实现“碳中和”，国家相关部委也相继出台氢能相关政策及发展纲要，大力推动氢能产业的发展，促进了“绿色氢能”项目的落地。为实现“绿色氢能”技术的大规模应用打下理论与应用基础。