2024年04月23日 星期二
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氢能源研发 要争论更要有行动

2019/10/16 14:02:021544

  去年中国化工报刊登了题为《一场白热化的业界争论:该不该大力发展氢能》的专题报道。当时,业内专家还在为我国是否要大力发展氢能而争论不休。最近从全球传来的消息显示,各国都在为发展氢能制定相关规划,先进的国家已经进入实质性开发阶段。而中国是否要大力发展氢能的争论似乎还在继续。今天,我们编发的文章是有明显倾向性的。我们的意思是,争论是必要的,行动更是必要的。 人类距利用“不需要付费的太阳能源”理想又前进了一步。不久前,美国麻省理工学院教授丹尼尔·诺切拉的研究团队宣称,他们成功研制了一种功能稳定的“人造树叶”(artificialleaf),并具备一定的推广前景。而业内人士认为,诺切拉团队的人造树叶一旦批量生产,有望推动经济向以氢能源为基础的模式发展。有关专家表示,利用 氢能,将成为解决未来人类能源危机的终极方案。 目前,欧美各国已将氢能和燃料电池确定为维系经济繁荣和国家安全的重要技术,氢有望成为维系经济的基础能源。但在我国,因为种种原因,氢能的研究利用仍处于演示阶段,发展面临困境。截至目前,我国还没有相应的氢能源开发利用相关规划及路线图。氢能的进一步发展,有待政府力量的积极推动。 西方各国热捧氢能开发利用 氢能,被称为人类的终极清洁能源。据中科院理化技术研究所低温技术实验中心李青博士介绍,氢是宇宙中最常见的元素,氢及其同位素占到了太阳总质量的84%,宇宙质量的75%都是氢。而氢能有望成为世界能源舞台上一种举足轻重的二次能源。它是一种极为优越的新能源,其主要优点有:燃烧热值高,每千克氢燃烧后的热量约为汽油的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍。其燃烧的产物为水,是世界上最干净的能源。氢气可由水制取,而水是地球上最为丰富的资源,这一自然物质的循环利用,演绎了可持续发展的经典过程。 面对全球能源枯竭的严重挑战,氢能也正在成为世界各国研究的重点。 美国已将氢能和燃料电池确定为维系经济繁荣和国家安全的技术之一。目前,美国主导氢能和燃料电池发展的两大核心部门是能源部和国防部。美国能源部的目标包括,从现有和未来的资源中获取氢能,同时推进燃料电池研究;美国国防部的研究则主要集中于氢能和燃料电池在军事方面的应用,研究重点是质子交换膜和固体氰化物燃料电池。美国各级政府均提供了大量资金,资助科研机构进行氢能研发。 此外,美国企业对氢能研发也投入了大量精力。美国专利局公布的数据显示,从2002年开始,美国氢能源专利数量有所突破,2009年达到一次峰值,近几年来也一直保持稳步上升态势。 德国和日本在氢能研究领域更是遥遥领先。德国的国家全资公司NOW公司全权负责德国的氢能燃料电池示范研究。德国“国家创新计划”(NIP)从2007~2016年的为期10年内集中精力于氢和燃料电池市场,聚焦示范与开发相结合项目,通过市场化推动氢能和燃料电池发展。项目由政府与工业界按1∶1的比例出资——政府出资5亿欧元示范,加上2亿欧元用于氢能研究与开发,同时工业界出资7亿欧元,总共为14亿欧元。 德国戴姆勒集团全球CEO蔡澈博士在第18届世界氢能大会开幕式上透露,戴姆勒将于2014~2015年量产燃料电池汽车,2015年开始商业化。德国准备到2015年建造1000座加氢站,将为10×104辆氢燃料电池车供应氢气。 日本对于氢能源的开发利用,主要集中在燃料电池、车用电池和固定装置燃料电池方面。为尽快研发、推广燃料电池车,日本采取了全额投入经费的办法,委托日本产业省的全资公司VEDO公司负责管理日本氢能和燃料电池示范项目。该项目的目标之一,就是到2025年,在全日本建立1000座加氢站。该项目从2002年运行至今,日本政府已累计投入1000亿日元(相当于80亿元人民币)。 欧盟对于氢燃料和燃料电池的研究一直非常重视。2002年10月,欧盟成立了“氢燃料和燃料电池技术”高级研究小组。早在2003年,欧盟委员会就制定了“欧盟氢能和燃料电池发展路线图”。 世界各国对于氢能的开发利用都投入巨大。在去年5月举办的第18届世界氢能大会开幕式上,美国能源部燃料电池技术发展部负责人称,美国2011年财政年度中氢能开发的预算为2.56亿美元。包括燃料电池系统,氢燃料,氢能技术研发,氢安全、法规、标准等多项与氢能有关的项目。数据显示,包括德国、法国、英国在内的8个欧洲国家对氢能的累计投资为:2005年为5.3亿欧元,2015~2020年可达26.11亿欧元,2020~2025年可达143.2亿欧元,2025~2030年可达592.1亿欧元(其中制氢投资约占50%,加氢站投资约占20%)。

我国氢能发展面临诸多瓶颈 我国在氢能领域的研究和开发起步其实不晚,最早可追溯到20世纪60年代初。当时为发展航天事业,我国对作为火箭燃料液氢的生产、氢燃料电池的研制与开发进行了大量工作。氢能技术曾一度被列入《科技发展“十五”计划和2015年远景规划(能源领域)》,氢能和燃料电池的科学研究也得到了进一步支持。李青介绍说,在之前的基础课题(“973”计划)和应用性研究(“863”计划)方面,国家对于氢能非常重视。科技部“863”项目“十一五”期间的氢能专题系统研究在2008年有不同程度的进展。同年,第十七届世界氢能大会授予中国科技部部长万钢2008年度格罗夫(Grave)奖,以表彰其在推动燃料电池汽车方面的贡献。 “十一五”节能与新能源汽车重大项目的“863”计划公布以后,商务部计划在氢能源汽车研发方面,对国内企业提供数十亿元的资金支持。由此,国内多家汽车企业开始着手开发氢能源技术。 但是,一个事件明显拖住了氢能发展的脚步。2007年3月,一封《开发车用动力技术、尽快减轻交通能源压力的建议》,由26位国内外传统发动机专家写成并联合签名,送至相关部门。 “氢燃料电池汽车未来的前景,还存在很多不可预测的因素。如果氢燃料汽车研究到最后,发现需要走别的技术途径,这就使大规模投资的氢燃料汽车前功尽弃。”26名专家提醒,如果中国盲目跟从部分跨国公司的步伐,将大量的财力、人力、物力完全“押宝”在氢能源汽车的研发上,很可能给作为支柱产业的中国汽车工业带来巨大的伤害。 “不同专家观点的分歧让中国政府部门在发展氢能方面显得犹豫不决。”清华大学教授、中国可再生能源学会副理事长、国际氢能学会常务理事毛宗强说。这种摇摆态度也体现在了氢能标准的制定上。据悉,国外有关氢能技术规范和标准方面的活动十分活跃,发达国家的标准体系已日趋完善,并有诸多介入氢能的标准组织。2008年,我国也相继成立了“全国氢能标准化技术委员会”和“全国燃料电池标准化技术委员会”,并陆续制定了十几个相关标准。“但这两年不行了”,同时身为全国氢能标准化委员会副主任的毛宗强表示,“前几年每年差不多国标委会给几个(制定氢能相关标准)指标,但是这两年一个指标都没有。” 标准的缺失对氢能的发展产生了极大影响。毛宗强透露,因为缺乏标准,上海的一个加氢站在建成一年后还不能完成验收。 毛宗强表示,在发达国家纷纷把氢能作为国家战略的背景下,我国截至目前还始终没有国家级氢能路线图,而关于发展氢能产业的相关政策和条文更是不常见。“关于制定国家级氢能路线图,我们向有关部门反映了多次,但一直没什么结果。”毛宗强说。 另外,尽管目前我国已把新能源汽车确立为战略性新兴产业,但氢能在新能源产业、燃料电池汽车在新能源汽车产业中的定位依然模糊。同济大学汽车学院新能源汽车工程中心教授王哲认为,这不利于对企业的研发和生产投入进行正确引导,也无法带动社会力量参与。氢能和燃料电池发展战略缺失,将直接影响我国氢能和燃料电池的发展速度。 我国氢能和燃料电池的一些关键技术与国际先进水平仍有差距。如我国作为公交车示范运营的燃料电池客车,运行寿命目前还未超过3000小时,而美国UTC公司研制的城市客车用燃料电池发动机系统寿命已在道路试验条件下超过5000小时;我国的燃料电池发动机在燃料电池系统低温储存与启动方面仍未达到国际先进指标。另外,我国还面临全球都遇到的氢能利用成本过高的问题。 此外,我国燃料电池汽车尽管已通过奥运、世博等重大活动平台开展了示范应用,但与国外相比,缺乏长效的应用推广机制。在加氢站的规划、建设与运行方面与国外比也存在不小差距。毛宗强透露说,目前全球有200个加氢站,但我国仅有4个,其中有3个是国家每个花3000多万元投资建设,但建成后仍在顺利运行的只有一个民营加氢站。在氢气输送管道方面,全球的氢气输送管道有3000多千米,我国仅有百十千米。 并且,我国还面临氢能研究专业人才缺乏和研究经费不足的困境。发达国家企业投入氢能研究的经费要比政府多。相比较,我国研究氢能的经费几乎全部依靠政府,而且我国在氢能研究领域的投入也很少。 总的来说,“我国氢能的研究和利用目前还处于演示阶段。”李青如此总结道。 尽快明确思路并真正行动起来 尽管如此,专家的态度还是比较乐观。毛宗强表示,我国在氢能源发展上还是有一定地位的。据他介绍,氢能的开发利用包括制氢、储氢、输氢、氢气加注、用氢等5个方面。我国在制氢和储氢环节的某些领域位于全球前列。在化石能源制氢方面,我国鄂尔多斯拥有全世界最大的制氢工厂,用煤制氢,年产400万吨氢气。在储氢材料稀土方面,全世界产能都被中日垄断,我国产能达到1.5万吨。而在高压储氢方面,我国制成了全球容积最大的储氢罐。 2008年北京奥运会上,我国制造的氢燃料电池汽车得以展示,最高时速可达150千米。2010年上海世博会上,我国展出的氢燃料电池车达196辆,令德国的科技部部长都深感惊讶。另外,国内汽车企业也在努力,上汽集团就表示,将在2015年生产1000辆氢燃料电池车。 毛宗强还展示了神奇的一幕:将一包“袋泡茶”一样的粉剂放进水里,很快就不断冒出气泡,产生大量的氢气,不需电源插座就能为手机等电子产品充电。他表示,在国内的江浙地区,生产该产品的企业大批存在。 “我国在氢能工业链的各个环节都已具有基础,如果政府能够支持,将其有机串联起来,我国的氢能利用就会飞速发展,为国家的能源战略作出切实贡献。”毛宗强说。 对于进一步发展氢能,毛宗强提出了几点建议。 首先,也是最主要的,是政府应加大对氢能产业发展的支持,发挥主导性作用。如制定氢能产业发展战略,主导从氢能关键原材料、核心技术,到应用领域、产业布局等方面的发展方向。同时,通过制定扶持和鼓励政策推动氢能关键原材料、核心技术、零部件和产品的研发,鼓励政府相关部门带头使用氢能产品,想办法增加氢能相关项目的研究经费。 “氢能将在10~15年后影响我国能源系统,在解决当前能源供应问题的同时,应给予氢能足够的重视。”毛宗强说,中国氢能研发得到了科技部的大力支持,但对于氢能产业化发展,仅有科技部的研发支持远远不够,政府各部门,包括发改委、工信部、科技部、中科院、自然基金委、环保部等都要合作推动氢能发展,避免部门利益之争。 其次,企业挂帅。鉴于氢能产业链对于国民经济的影响以及未来氢能产业规模的庞大,特别是氢能产品应用领域和氢供应链,将会形成跨地域、跨行业的大型企业群和服务网络,应由相关企业挂帅,推动氢能产业化发展。氢供应链的发展也需要大型企业牵头,保障整个氢能源网络的安全、合理布局,以及氢能工业的可控。加氢站的建设完全可以参考加油站网络建设模式,吸引社会资金参与建设和经营。 最后,还要积极发挥专家的作用,实现信息公开。要充分发挥专家在氢能领域的研究、开发、应用方面的作用。同时也严格要求专家自律,要求有重要话语权的专家不得在企业兼职,为企业牟利,建立专家评审规避制度。同时建立信息公开制度,从氢能发展战略制定,到氢能具体项目立项、评审、验收、成果等都要做到信息公开化。要防止那种已经证明行不通的“用市场换技术”的做法在氢能领域蔓延。同时,政府应大力推动各种示范应用市场、零排放区域的各种发电应用市场、各种复合氢能产品的特殊应用领域市场等的完善。