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杜祥琬院士:发展氢能不应违背初衷
加入时间:2019-07-01        来源:第一元素网


  从发展初衷说氢能
  
  在我国和全球能源体系中,石油的作用非常重要,我国的石油战略在目前和一段时间内是稳油,由于石油是不可再生资源,在我国一次能源中对外依存度最高,以及石油燃烧造成污染和温室气体排放等原因,我们还必须控油,控制煤炭消耗的总量。
  
  最近,中国油控研究项目发布《中国传统燃油车退出时间表研究》报告,结论是2050年我国有望告别传统燃油车,目前我国车用石油消耗是石油总消耗量的42%,车用汽柴油消耗占比更是超过了成品油消耗总量的80%。
  
  传统燃油车如果逐步退出,将大大减少尾气的排放,减少雾霾,包括污染物和温室气体排放。交通能源将逐步由混合动力车、纯电动车和氢燃料电池车取代。
  
  这个报告还指出,我国柴油消费量目前已经达到了峰值区,汽油消费量将在2025年左右达峰。燃油车终端温室气体排放有望在2024年达峰,而2040年和2050年终端温室气体排放水平将较峰值分别下降51%和57%。
  
  氢能用途有多种,发展氢燃料电池交通用能是最现实的主攻方向,我们发展氢能的初衷就是要减少污染和温室气体排放,我们讲不忘初心,牢记使命,氢的使命就是减少污染和温室气体排放。
  
  从战略高度来说,发展氢燃料电池车还有利于国家安全,包括两个方面。
  
  第一,有利于我国能源的供需安全,我国能源对外依存度最高的是石油,而且国际形势非常敏感,增加了我们能够掌控的交通能源动力,可以减少对能源的依赖,保障能源的供需安全。
  
  第二,有利于我国能源的环境安全,包括气候安全。
  
  发展氢产业是否一定符合上述初衷呢?这要取决于拿什么来制氢。制氢是氢产业链条的前端,也就是源头,现在制氢的技术很多,需要分析,需要选择。
  
  目前产的氢多半来自于化石燃料,我们的初衷是减少污染和温室气体排放,所以依赖化石燃料的制氢路线可持续吗?符合发展氢的初心吗?
  
  这个问题值得我们思考,提出这样一个问题来,制氢的渠道很多,如何选择符合初心的,把氢产业建立在科学基础上,使之可持续、高质量地发展?
  
  为此,有氢能专家提出“氢能伦理”概念,这是开发利用氢能的准则,核心是可持续发展。也就是说,我们更加重视符合初心的制氢手段的选择,比目前的经济性更起长远作用的是可持续性,可持续性也会变成未来的经济性。
  
  能源全局中的氢能
  
  一次能源分为两大类,一类是化石能源,包括煤、油、气,另一类是非化石能源,即可再生能源,包括水能、太阳能、风能、生物质能、地热、海洋能等。化石能源和非化石能源产生一系列二次能源,包括电、热、氢。
  
  凡是化石燃料,只要燃烧都会产生二氧化碳燃料,非化石能源没有这样的问题,但有些非化石能源有间歇性,如风和光要有储能相配合,能源全局大概是这样一个关系。
  
  从制氢来说,化石能源也好,非化石能源也好,技术上都可以走通,但只有非化石能源是无排放的。
  
  目前用氢量不是很大,目前可以用工业副产氢,这个量很大了。再加上可再生能源弃风弃光弃水,用电解水来制氢。这两个渠道的氢来源已经不少了,将来发展起来需要更大规模的氢,更大规模的产氢应该立足于可再生能源制氢,这样才能做到全产业链没有排放。
  
  煤制氢是可以走,但是煤制氢很复杂,煤制氢的基本反应方程式是C+2H2O=CO2+2H2-Q,煤+炭+水一定产生热量,Q产生二氧化碳和氢,氢出来了,二氧化碳也必须产生。
  
  可以想到,二氧化碳排放可以用CCS将碳捕获然后存储。我们现在能不能完全把排放的二氧化碳进行捕获并且存储了?如果全部捕获了,煤制氢是否还便宜、经济?
  
  煤制氢没有问题,氢拿去替代油开车,从头到尾全周期的结果是什么呢?是烧了煤,省了油,燃油车排放转移。问题是这样的结果是否符合我们的初心?
  
  我们很多地方明白这一点。吉林白城用太阳能和风能发电,电解水制氢,延伸至全产业链条,源头是风、光可以在源头做到零排放、零污染。
  
  张家口提出利用风、光的资源优势,低成本制氢,以大巴车、物流车为主发展氢燃料电池车,整个思路也非常清晰,这都是值得肯定的。
  
  说几句我的理解。感谢能源情报研究中心对欧洲主要是德国、日本、美国制氢做法的非常仔细的研究和报道,欧洲提出,能源系统将由太阳能和风能等可再生能源来主导,由其产生的绿色氢能和绿色电力将取代化石燃料。
  
  这里的绿色氢能指的是绿色的可再生能源,化石能源也能产生氢,他们叫蓝色氢。蓝色氢技术要向绿色氢过渡,可以用化石燃料做一点氢,但最终走向要绿氢,就是可再生能源制氢。
  
  日本提了一句话,利用可再生能源电力制氢(P2G)技术被市场看好。美国有一个管理上的提法很明确,能源部在能效和可再生能源办公室下面设立燃料电池技术办公室,负责全国氢能的管理。
  
  几点讨论
  
  讲一个真实的故事。我国有几位同志访问冰岛,发现冰岛这个国家开车没有加油站,全国只用几个加氢站就解决问题了。回来以后就向中央打报告,“氢能经济”就要到来。
  
  这是个很新的提法,当时领导批复工程院问怎么回事,工程院给了一个回答,冰岛只有几十万人,整个能源全是可再生能源,靠的是什么?水电和地热,这两个足够他们国家用了,根本没有污染和温室气体排放。
  
  冰岛的能源结构,71%是水电,29%是地热,这是老天爷给的,低成本,不仅可以发电,还可以用来制氢。在冰岛,16个加氢站满足了全国的需要,他们只有30万人。
  
  冰岛的国情是这样,如果中国的可再生能源发展起来,有了足够的可再生能源并且足够便宜的话,可以逐步增加制氢量。
  
  冰岛的终端能源,不管是电、热,还是氢,都来自可再生能源,这是冰岛的现实。这个事过去16年了,世界上没有哪一个国家把冰岛模式进行推广,欧洲、美国、日本都发展得不错,一下子称氢能经济还有点问题,但是冰岛也没有说氢能社会,有电、地热直接用了,为什么经过氢呢?
  
  日本各个媒体介绍了日本《氢能与燃料电池路线图》,这个路线图分三步走,第三步“零排放制氢、运氢、储氢等整体运作”,日本提得很清楚。最终大规模用氢、制氢,还是第三步零排放制氢。
  
  我看到不止一个媒体用了“氢能是人类的终极能源”这个提法,终极能源是什么意思?人类最终依靠的能源就是终极能源,人类最终靠氢能,人类终极能源就是氢。而氢是二次能源,需要由一次能源产生,只靠氢而没有可制氢的一次能源是不可能的,所以,“终极能源”这样的提法是否合适?
  
  “氢能社会”。日本这样提了,媒体醒目的标题是“日本吹响氢能的集结号”,马上文件里给了一个定义,氢能社会指的是以氢为主要能源的经济社会,以氢为主的经济社会叫做氢能社会不过分,但是有这样一个社会吗?
  
  以氢为主要能源的经济社会,如果指的是一次能源,氢本身不是一次能源而是二次能源,如果指的是二次能源,二次能源还有电和热,氢成为二次能源一个非常重要的部分,但是我们会有一个二次能源都用氢的社会吗?
  
  离开一次能源,氢就变成无源之水、无根之木,我们说氢能社会,不如扎实做好“氢动力汽车革命”更实际。未来氢批量生产、批量制作要靠非化石能源的话,不如称之为“非化石能源社会”。
  
  现在的能源结构还是以化石能源为主,将来逐步转型非化石能源为主的能源社会,“非化石能源社会”才是实在的、严谨的、科学的提法。
  
  还有一种提法,“能源转型的进化史是减碳加氢”。我打了一个问号。能源转型的重要内容是从化石能源转向非化石能源,转向太阳能、风能,减了碳,加氢不一定。太阳能、风电可以直接发电了,并不一定加氢。
  
  能源的进化是走向低碳化、无碳化,要用好氢,但不能说能源进化就需要加氢。
  
  最后,做好符合初衷的氢能产业要有一个明确的指标,很多地方用有了多少氢能燃料电池车作为指标来衡量产业。
  
  然而,替代多少吨油还不够,减排多少吨二氧化碳才是我们发展氢能的目的,要用减排二氧化碳来衡量战略目标是否实现。能源转型是为了可持续发展,总趋势是低碳化,发展氢能要从源头可持续发展。
  
  

(责任编辑:李婷)
 
 
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