中国工程院院士彭苏萍:发展氢能要抓住6个应用场景

编者按 5月11日,由《中国化工报》社有限公司和潞安化工集团有限公司主办的2024山西能源·化工高质量发展科创大会在太原举行,政府部门领导、院士专家及企业家代表齐聚一堂,激荡思想、启迪智慧。中国工程院院士、中国矿业大学(北京)教授彭苏萍在会上做专题报告,特分享如下。


中国工程院院士彭苏萍:发展氢能要抓住6个应用场景

  中国和国际上的能源部门都提出,尽可能多用新能源,减少化石能源的使用。实际上可再生能源除了水之外,目前风能太阳能发电占比依然很低,因此仅靠可再生能源是很难实现“双碳”目标的。我们还要走另外一条路径,将化石能源实现低碳利用,低碳的利用就是加氢减碳过程。

  从氢能的应用看,在中国,氢能在很长一段时间内是不可能替代其他能源的,今后很长一段时期将是多种能源共融。

  谈及氢能源,就要考虑到氢的三个属性:一是能源属性;二是原料属性;三是储能属性。所以,氢能源要综合考虑三个特征属性,否则就限制了我们对氢能源整个产业发展的布局。

  那么,中国该如何发展氢能源?

  实际上,还是要确保实现稳定可靠低成本,且安全。

  在2016年左右,因纯氢成本高、安全性问题,日本和美国等国家就将制纯氢向绿氨转化,解决了制氢安全性和成本问题。之后,中东石油公司开始发展绿醇。但实际上目前绿氨、绿醇规模仍难以上去,因此还是需要下功夫把传统化石能源生产过程中的二氧化碳消纳掉。我认为,传统能源只要把二氧化碳消纳掉,一样是绿色、清洁的。

  中国为什么还要发展氢能源,实际上主要目标还是减碳。我国的能源体量比较大,二氧化碳排放量比较高,但之前人均碳排放量较低。但2013年之后,中国人均碳排放量超过世界的平均水平。另外,世界上新增二氧化碳的大部分都在中国。所以,中国没有退路。

  此外,今后在国际贸易中,所有贸易都要核算碳足迹。因此,二氧化碳减排成为中国头上一个“紧箍咒”,我们一定要去破解这方面的问题。

  今后,该如何发展氢能?我认为一定要抓住六个应用场景。

  一是氢电耦合,消纳可再生能源,提高可再生能源占比。

  氢(氨)储能能量密度高,储存成本低,适于大容量、长周期可再生能源消纳,是新型电力系统的有力支撑。氢能与燃料电池技术可应用于新型电力系统中“源、网、荷”各环节,提高可再生能源利用率,保障能源安全。

  二是煤气化燃料电池技术应用。

  整体煤气化燃料电池发电(IGFC)可以提高煤气化发电效率,降低CO2捕集成本,同时实现CO2及污染物近零排放,是煤炭发电的根本性变革技术。

  三是氢(泛氢)能源耦合煤化工、石油化工,实现碳中和。

  氢是合成氨、合成甲醇、石油化工和煤化工行业中的重要原料,绿氢化工是实现化工行业深度脱碳的重要途经;绿氨生产甚至可以摆脱对煤炭产地的依赖,向绿氢产能中心聚集,突破固体氧化物电解池(SOEC)高效制氢及化工品技术,服务国家能源转型战略。

  四是氢(泛氢)燃料重卡等领域应用。

  重卡使用场景对动力/续航能力要求较高,氢能是替代柴油重卡的更佳路线,公交、重卡等商用车是最符合我国国情的氢燃料电池商业发展模式,氢燃料电池重卡在矿山、煤炭、港口等固定运输专线具有很好应用前景。

  五是氢(泛氢)燃料电池船舶应用。

  船舶行业每年的碳排放量在11.2亿吨以上,约占世界CO2排放总量的4.5%。国际海事组织提出,到2050年将航运业的CO2排放量比2008年减少50%的目标,氢能船舶是氢燃料电池示范推广的下一个 “风口” 。我国交通部也提出推广燃料电池等动力船舶,推进氢能等在行业的应用。

  六是氢冶金应用。

  随着国内钢铁冶金行业碳排放的逐步增加,相关企业也开始着手布局氢冶金,宝武集团、河钢集团等相继开展相关氢冶金的研究及项目建设。值得一提的是,晋南钢铁利用钢化联产条件下化工板块与钢铁板块的资源互补优势,在国内率先开展了高炉氢冶金减碳应用,开发了高炉氢冶金装备。

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