隨著我國碳達峰、碳中和“雙碳”目標的確定，氫能已經成為應對氣候變化、建立脫碳社會的重要能源之一。“牽一發(fā)而動全身”，從前端制氫關鍵技術，到終端應用場景，氫能的產業(yè)鏈較長、覆蓋面廣。隨著近幾年的快速發(fā)展，各行業(yè)在打通產業(yè)鏈條、掌握關鍵技術，降低運營成本，探索商業(yè)應用模式等諸多課題上做出努力。
氫能分別命名為灰氫、藍氫、綠氫：
灰氫，是通過化石燃料(例如石油、天然氣、煤炭等)燃燒產生的氫氣，在生產過程中會有二氧化碳等排放。目前，市面上絕大多數(shù)氫氣是灰氫，約占當今全球氫氣產量的95%左右。
藍氫，是將天然氣通過蒸汽甲烷重整或自熱蒸汽重整制成。雖然天然氣也屬于化石燃料，在生產藍氫時也會產生溫室氣體，但由于使用了碳捕捉、利用與儲存(CCUS)等技術，溫室氣體被捕獲，減輕了對地球環(huán)境的影響，實現(xiàn)了低排放生產。
綠氫，是通過使用再生能源(例如太陽能、風能、核能等)制造的氫氣，例如通過可再生能源發(fā)電進行電解水制氫，在生產綠氫的過程中，完全沒有碳排放。綠氫是氫能利用的理想形態(tài)，是我們未來要實現(xiàn)的目標。氫能產業(yè)鏈目前存在的挑戰(zhàn)包括，綠氫生產成本較高;儲運環(huán)節(jié)存在較多的短板;綠氫在工業(yè)領域的應用，需要工藝流程、整體的工藝設計的優(yōu)化與創(chuàng)新。
作為新能源，氫能具有以下特點：
1、氫的化學能高，1g氫可以放出1.4×105J的熱量，約為1g汽油產生熱量的3倍。
2、氫氣在能量轉換過程中，除釋放出巨大的能量外，不產生污染物，不會造成環(huán)境污染，因而被稱為“清潔燃料”。
3、氫的來源非常廣泛。
4、氫的用途極為廣泛。
中國對氫能的研究與發(fā)展可以追溯到20世紀60年代初，中國科學家為發(fā)展本國的航天事業(yè)，對作為火箭燃料的液氫的生產、H2/O2燃料電池的研制與開發(fā)進行了大量而有效的工作。將氫作為能源載體和新的能源系統(tǒng)進行開發(fā)，則是從20世紀70年代開始的。為進一步開發(fā)氫能，推動氫能利用的發(fā)展，氫能技術已被列入《科技發(fā)展“十五”計劃和2015年遠景規(guī)劃(能源領域)》。
自2019年兩會期間氫能及燃料電池被寫入政府工作報告、2021年氫能被正式寫入“十四五”規(guī)劃開始，氫能產業(yè)正在國內迅速發(fā)展。根據中國氫能聯(lián)盟的預計，2020年至2025年間，中國氫能產業(yè)產值將達1萬億元，2026年至2035年產值達到5萬億元。尤其是在今年的兩會上，氫能依然是能源界代表委員的關注熱點之一，氫能頂層設計、氫能產業(yè)發(fā)展方向、燃料電池車發(fā)展趨勢等方面成為熱議話題。
在實現(xiàn)“雙碳”目標的不同階段，氫能是在各種節(jié)能化技術里的決定項之一，特別在中后期其戰(zhàn)略意義非常重大。從技術層面來講，綠氫在發(fā)展后期具有較大優(yōu)勢，是合理優(yōu)化我國能源系統(tǒng)的轉型成本的方案之一。
“氫”風徐來：加快“綠氫”能源發(fā)展腳步
國家在規(guī)劃中將氫能納入到重要的工業(yè)脫碳路徑、列入工業(yè)降碳重大示范工程和作為替代能源提升清潔能源消費比重。工信部印發(fā)的《“十四五”工業(yè)綠色產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出推進綠氫煉化等技術的推廣應用。
“綠色氫”不來自任何類型的化石燃料，它是通過可再生資源獲得的。據能源市場分析師表示，由風能和太陽能發(fā)電制成的“綠色氫”可能成為比預期發(fā)展更快的且更為廉價的轉型能源。
目前比較成熟的制氫技術主要是水電解制氫，主要有三種：堿性水電解制氫、質子交換膜水電解制氫和固體氧化物水電解技術。固體氧化物電解技術因其工作溫度過高，限制了電解材料的選擇、密封和運行控制，為此始終無法得到應用和推廣。堿性電解水是目前應用較為普遍的電解水制氫方法，但存在污染，效率低等問題。
質子交換膜水電解制氫又叫PEM純水電解制氫，PEM水電解槽能在高電流密度下工作，體積小，效率高，生成的氫氣純度可高達99.999%，生產1m3氫氣的實際耗純水量約為845~880g，具有占地面積小、制氫能耗低、靈活性高，與波動性和隨機性較大的風電和光伏具有良好的匹配性等特點，被認為是非常清潔環(huán)保的“綠氫”。
“綠氫”的制造采用高頻磁場技術，能夠將水中的離子與水分離，降低水中離子的含量，達到凈化水質及降低水中離子的目的。該系統(tǒng)是萊特萊德針對常規(guī)反滲透系統(tǒng)進行的技術升級，能夠高效、穩(wěn)定、安全的生產純水，保障電解槽的純水供應，并與PEM純水電解制氫系統(tǒng)聯(lián)動操作，聯(lián)合控制，能夠實現(xiàn)全自動制水、數(shù)據遠程上傳。此系統(tǒng)與PEM純水電解制氫強強聯(lián)手，塑造“綠色”氫的未來，實現(xiàn)氫能源利用。
“綠氫”在技術可行性上，無論生產端還是應用端均已在可行性研究上有所突破或運用。在經濟可行性上，未來隨著技術發(fā)展和市場規(guī)模化，有望成本端大幅降低。如今，在我國“雙碳”目標的背景下，目光都已聚焦到“未來可期”的氫能，綠色制氫技術在氫能發(fā)展中被寄予了厚望。
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