碳中和目標推動氫能發展

 氫氣很難從自然界中直接大量獲取, 需要依靠不同的技術路徑和生產工藝進行制備. 目前, 主要制氫路徑包括石化能源重整, 工業副產提純和電解水制氫. 根據生產來源和碳排放量的不同, 氫氣可以分為灰氫(石化), 藍氫 (副產), 綠氫 (電解) 三種類型. (國外還將核能制氫稱為粉氫)

氫氣作為化工生產的原料和中間產品, 通常會通過石化能源重整制氫, 工業副產提純制氫等方式進行制取. 相比上述兩種方式, 電解水制氫的原料和生產過程都以清潔能源為主, 應當作為大力發展的最重要的制氫技術路線.

氫的儲存主要有氣態儲氫, 液態儲氫和固體儲氫三種方式. 高壓氣態儲氫已得到廣泛應用, 低溫液態儲氫在航天等領域得到應用, 有機液態儲氫和固態儲氫尚處於示範階段. 高壓氣態儲氫具有充放氫速度快, 容器結構簡單等優點, 是現階段主要的儲氫方式.

氫的主要用途包括燃料用氫, 原料用氫, 儲能用氫三類. 氫能可以在多個生產和消費環節作為替代能源進行使用, 在重工業, 交通, 建築, 電力行業中均有不同的應用場景, 其中最主要的用途包括燃料用氫, 原料用氫, 以及儲能用氫三類.

採用氫儲能優處是儲存的能量很大, 可達TWh級; 儲存的時間也很長, 可達幾個月, 另外氫和合成天然氣除了可用於發電外, 還可有其他利用方式 (如交通等). 缺點為從發電到用電的全周期效率只有 30%-40%. 雖然電解水制氫可以實現零碳, 但是由於技術不夠成熟, 所以導致成本太高.

目前, 全球氫氣的主要生產, 消費領域都來自於石化能源. 2021 年天然氣制氫占比 62%. 全球氫氣需求主要集中在化工領域, 對純氫的需求方面, 煉化端需求占比 33%. 對摻氫混合氣需求方面, 生產甲醇占比 10%, 其他 (如供熱等) 占比 23%.

未來全球氫氣需求將持續增加, 以工業及交通需求為主, 交通需求增速最快. 根據國際氫能委員會預測, 至 2050 年, 全球氫氣需求達 6.60 億噸, 是 2020 年需求量的 8 倍. 其中, 交通運輸將成為拉動全球氫氣需求增長的主要方面.

中國是全球最大的氫氣生產國, 也是最大的消費國, 生產和消費領域的氫氣大多來源於石化燃料. 2020 年, 煤制氫占總量 57%. 從終端消費看, 氫氣消費領域集中在合成氨, 甲醇等產品, 而現有電解水制氫則主要用於浮法玻璃, 電子等產業.

超過 130 多個國家和地區提出了碳中和目標, 氫能等新興 能源技術加速推進, 包括日本, 德國, 美國, 中國等在內的 42 個國家和地區都已經推出氫能政策, 各國發展氫能的驅動力分為三大方面: 深度脫碳, 保障能源安全和實現經濟增長. 

2050 年清潔氫能將貢獻約 10% 的碳減排量. 2030, 2040 和 2050 年美國清潔氫需求將分別達到 1000, 2000 和 5000 萬噸/年. 確定了美國清潔氫能價值鏈的近,  中, 長期發展規劃, 其中包括清潔制氫, 輸送和存儲基礎設施, 終端應用與市場採用和使能因素等環節.