2022年05月24日
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人与自然|全球最大氢能项目落户中国,助力中国实现碳达峰、碳中和

作者: 李世光 | 来源:基督时报 2022年01月13日 10:07 |

氢能,古老而又现代的能源

长期以来,随着经济的发展,世界各国对于能源的需求不断增多。而人类现有的大部分能源都会在使用过程当中都会对环境造成相当程度的污染。而且煤炭、石油包括天然气等这些都是化石能源,属于不可再生能源,因此随着人类大规模的使用这些化石能源也会变得越来越匮乏。

因此,新型的清洁能源(简称新能源)就成为了各个国家争相研究的热点。而在人类已知的清洁能源当中,氢能被誉为“完美能源”,可见氢能在所有新型能源领域的突出地位。

其实氢能早已有之,笔者犹记得当年还是读初中的时候,化学老师拿着一堆瓶瓶罐罐和电池电线来到教室,然后现场给我们表演魔术“水是怎么被点燃的”。其实就是电解水,水被电解以后就生成了氢气和氧气,如此当然就可以燃烧了。

可见,其实氢气的制取是很简单的一件事情。这样说从技术上来说并没有错,可是既然如此,在人类进行新能源革命的今天,氢能为什么好像并没有大规模发展和使用呢?

突出问题有两个,一个是成本,一个是储存和运输。

制氢成本一直居高不下

须知,任何一种能源或者其他任何事物,能够大规模使用和普及的一个重要前提就是把制造和使用成本降低至平民百姓能够接受的水平。

在17世纪-18世纪,拿破仑三世做法国皇帝的那个年代,欧洲皇室和贵族当中普遍流行使用银质餐具。这个相信很多人都知道,可是或许有人不知道的是唯有拿破仑三世自己用的那一个碗却是铝制品。为什么贵为法国皇帝,既不用高贵而亮丽的银碗,也不用更加富丽堂皇的金碗,而偏偏要用色泽要暗得多的铝碗呢?原来,在大约200年前的拿破仑时代,人类冶炼和使用金银已经有了很长时间的历史,宫廷中的银器比比皆是,金器也不少见。可是,在那个时候,人们才刚刚懂得可以从铝矾土中炼出铝来,冶炼铝的技术还非常落后,炼铝十分困难。所以,当时铝是非常稀罕的东西,不要说平民百姓用不起,就是大臣贵族也用不上。拿破仑让客人们用银餐具,偏偏自己用铝碗,就是为了显示自己的高贵和尊严。

而现在,相信再也不会出现金碗银碗都不用,却非要用一个铝碗的事情了。因为铝制品已经变得非常便宜,以至于日常生活中铝制品比比皆是,从常见的手机外壳、笔记本电脑外壳,到更加常见的铝合金门窗、铝合金锅具等,到处都充斥着铝制品的身影,我们也不会觉得铝制品有多么高贵。

最近一二十年以来,随着传统能源的逐渐匮乏,氢能的出现和发展给了人类新能源产业的新的可能性。而氢能这种清洁能源,还能够实现使用过程中的零碳排放。如今,人类对于清洁能源的呼求越来越高。如何在低成本且环保的条件下成功制氢,就成为了新的问题。

据了解,目前全世界制氢技术主要分成4条路线,分别是化石原料制氢、化工原料制氢、工业尾气制氢以及电解水制氢。而在此之前,我国主要采用是一直是以传统化石燃料的煤炭制氢的方式。

制氢并不难,可是如何用人类可接受的成本大规模制氢,这个很难。

无论是化石原料制氢、化工原料制氢、工业尾气制氢以及电解水制氢,都需要消耗大量甚至是海量的能源,相比于传统化石燃料人们挖出来就能用或者简单提炼一下就能用来说,大费周章的制氢,这个一点都不划算,完全可以说是赔本的买卖——干的越多,赔的越多。

储氢、输氢技术亟需突破

除了低成本制氢以外,如果人类想要大规模利用氢能的话,储氢和输氢技术又是一个亟需突破的方面。

在目前人类所大规模使用的能源当中,以最常见的电能和汽油为例,这两者都很容易传输使用。电能的传输可以说是最简单的,简单到有一根电线就可以;汽油的传输也不难,可以很方便的像水一样被收纳起来,所以几乎所有传统汽车上面都会有一个油箱,没有油的话,把车就近开到加油站加油就可以了,而想要长距离运输的话也可以通过输油管道或者油轮,非常方便。

可是,氢能的储存和输送却完全不是这么简单就能解决的。

氢气能量密度高,是汽油的3倍;重量非常轻,11.2立方米的氢气重量只有1公斤;因为密度远远小于空气,所以非常容易散失;而且它还容易和很多物质发生化学反应,因此其在存储方面面临着很多挑战。

目前常用的储氢技术主要包括物理储氢、化学储氢等,最常见的物理储氢就是高压气态储氢,就像我们平时日常生活中偶尔还能够见到的煤气罐一样,化学储氢技术相对来说要复杂一些,是利用储氢介质在一定条件下能与氢气反应生成稳定化合物,再通过改变条件实现放氢的技术,主要包括有机液体储氢、液氨储氢、配位氢化物储氢、无机物储氢与甲醇储氢。。不同的储氢方式应用场景不同,通常来说,物理储氢技术更加成熟,而化学储氢更有前瞻性。

目前,无论是物理储氢还是化学储氢,都还存在着储运成本过高、不易应用、安全系数太低等问题。

日本和中国的制氢突破

而近几年,随着日本率先实现氢能产业的重要技术突破,氢能产业再次的成为了人们关注的焦点。据相关媒体报道,前段时间,日本一个氢能研究团队突破了太阳能大规模制氢的技术,这能氢能产业的发展注入了新的动力。

据有关媒体报道,近日我国新能源产业领域也传来一个堪称重磅的好消息——紧随日本之后,我国在太阳能制取氢能方面也实现了重大突破。11月30日,中国石化于北京、乌鲁木齐市、新疆库车三地举办云启动仪式,公布在我国第一个万多吨光伏绿氢示范项目——中国石化新疆库车绿氢示范项目全面启动基本建设。据相关专业人员介绍,该氢能项目一旦投产,预计氢气年产量最大将达两万吨。值得一提的是,这个位于新疆阿克苏地区库车县的光伏绿氢示范项目,不仅是中国最大,也是全世界规模最大的光伏绿氢项目。光伏绿氢项目制取氢气的主要原理就是利用光伏发电作为能源来源,然后进过系列化学反应制取氢气。该示范项目投资金额预计将达到30亿元,项目包括光伏发电、输变电、电解水制氢、储氢、输氢等五个大的部分,一旦投入生产,年产绿氢将会达到20000吨。项目预估2023年6月投入运营,生产制造的绿氢将供货中国石化塔河炼制,取代目前所使用的化石能源制氢。

氢能源的突出优势

与传统的化石燃料完全不同,氢能只要正常、合理的使用,不会产生包括二氧化碳、二氧化硫内在的任何污染物,实际上,氢气燃烧的唯一产物只有水,而水,尤其是在缺水的西北地区等地,完全可以回收再利用。

新疆库车绿氢示范项目投产以后,相比之前所使用的化石燃料,预估每年可减少二氧化碳排放量48.5万吨左右。

氢能产业的发展对于人类的未来来说,是具有着非常重要的现实意义的。氢能作为最具有发展潜力的清洁能源之一,对人类未来的经济发展和具有着至关重要的作用。除此之外,还有助于实现可持续发展的目标,彻底消除碳排放,实现从传统化石能源到新能源的顺利转型。

值得一提的是,目前世界范围内,日本在氢能领域的研发投入比较多,而中国、美国、欧洲等也对氢能技术有一些跟进,但是相对日本落后的比较多。比如日本就大力押宝了氢能源方向的新能源汽车产业,而中国、美国等明显更加注重电动车的发展。未来究竟哪条路线会脱颖而出,目前还不太好说,而现在,在新能源汽车领域,电动汽车占领了大半江山,氢能源汽车则难得一见。

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