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“水氢车”背后:中国尚无大规模电解水制氢项目

北京中电丰业技术开发有限公司创始人王德军对新京报记者表示,就大规模可再生能源电解水制氢项目而言,目前尚没有一个项目真正投产。

5月23日,《南阳日报》一篇宣传水氢发动机的稿件引发热议。报道中称,已正式下线的水氢发动机由青年汽车集团于2017年8月发布。这款 “全球首辆水氢燃料汽车”号称可以通过一种特殊的催化剂将水转换成为氢气,在不加油、不充电、只加水的情况下,实现水氢燃料汽车续航里程超过500公里、轿车超1000公里。

报道刊发后,诸多专家和业内人士提出质疑,认为“水变氢”违背能量守恒定律,更有人直指“水氢车”是一场不折不扣的骗局。

不过,暂且搁置“水氢车”技术的争议,氢能源作为一种清洁能源,具有能量密度大、燃烧热值高、来源广、零污染、零碳排等诸多优点,被广泛誉为21世纪的“终极能源”。近年来,氢能和氢燃料电池汽车逐步成为我国能源发展的新热点。

新京报记者梳理了近年来我国氢能源发展的历程和存在的问题,可以看到,氢能源距离大规模落地和市场化运作仍需时日。

各级各地出台氢能发展规划

氢能源首次进入国家级发展计划是13年前。

2006年,国务院在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中提出,氢作为可从多种途径获取的理想能源载体,将为能源的清洁利用带来新的变革,同时,氢能及燃料电池技术被列为先进能源技术之一。

从此以后,一系列政策、规划相继出台。

2014年, “氢能与燃料电池” 作为能源科技创新战略方向之一被列入国务院发布的《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》。

2016年,中国标准化研究院和全国氢能标准化技术委员会发布的《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》中提出,到2020年,加氢站数量达到100座,燃料电池车辆达到1万辆,行业总产值达到3000亿元;到2030年,三个数字分别达到1000座、200万辆和10000亿元的目标。同年,国务院印发的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》也将系统推进燃料电池研发与产业化等内容纳入其中。

2018年9月,科技部高新技术发展及产业化司副司长续超前曾在中国汽车产业发展(泰达)国际论坛表示,“十四五”期间将聚焦车用氢燃料电池关键核心技术,以及制氢、储氢、加氢等核心技术的研发。

2019年政府工作报告指出,“推动充电、加氢等设施建设”,这也是氢能被首次写入政府工作报告。

在省级层面,目前,上海市、北京市、四川省、广东省等10余省、直辖市提出了各自的氢能和氢燃料汽车发展规划(见文末)。

此外,包括国家能源集团、东方电气、三峡集团等十余家央企在内的50多家企业、科研机构、投资机构在2018年初成立了中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟,以推动氢能和燃料电池。

制氢过程“不够绿”

氢能是公认的清洁能源,然而,制氢的过程却显得有些不够清洁。

氢能产业链包括制氢、氢气储运和氢能应用几个环节,其中制氢环节的清洁程度最受质疑。

目前,中国主流的制氢方法包括化石能源制氢(石油裂解、水煤气法等)、化工原料制氢(甲醇裂解、乙醇裂解、液氨裂解等)、氯碱工业副产氢、电解水制氢和生物质制氢等。

其中,化石能源制氢是目前的主流。中国石油勘探开发研究院新能源研究所副所长张福东曾表示,中国约95%-96%的氢制取来自化石燃料。但发改委能源研究所的研究团队曾撰文称,化石燃料制氢面临碳排放量高、气体杂质含量高等问题。

《财经》援引发改委能源研究所副主任熊华文及助理研究员符冠云的测算称,生产1吨氢气平均需要消耗煤炭约6-8吨,排放15-20吨左右的二氧化碳,此外还会产生大量高盐废水及工业废渣。

相较而言,电解水制氢纯度高且对环境友好,但是制氢成本高。发改委能源研究所的数据显示,目前生产1立方米氢气需要消耗大约5-5.5千瓦时电能,若采用低谷电制氢(电价取0.25元/千瓦时),加上电费以外的固定成本(约0.5元/立方米),则制氢综合成本至少在1.7元/立方米。

因此,电解水制氢迟迟不能普及。发改委能源研究所一位研究人员向新京报记者表示,作为世界第一产氢大国,中国氢气产能超过2000万吨/年,其中,电解水制得氢气仅占不到1%。

要想降低制氢过程中的污染,上述研究人员表示,集中制氢有助于污染的集中处理,可以一定程度缓解对环境的污染。

该研究人员预计,到2050年,随着用氢需求的增长、可再生能源用电成本的下降以及电网对清洁电力消纳能力的提升,可再生能源电解水制氢的环保优势将更加凸显,经济上的劣势也将逐渐减弱。

氢能产业落地难

回到氢能汽车产业,据世界氢能协会预计,到2050年,氢能汽车将占到全球汽车总量的20%到25%。届时,全球20%的二氧化碳减排要靠氢能来完成;氢能将创造3000万就业岗位;减少60亿吨二氧化碳的排放。

具体到我国,5月24日,中国汽车工程学会副秘书长王菊在2019浦江创新论坛成果发布会上表示,截至目前,中国市场有41家整车厂商参与了氢能燃料电池汽车的生产制造,市场上已有56款燃料电池汽车车型,25家燃料电池系统集成商,20多个省市发布相关政策和规则,25座在运营的加氢站以及45座在建加氢站,仅2018年氢燃料电池产业相关投资及规划资金已超过850亿元。

然而,北京中电丰业技术开发有限公司创始人王德军对新京报记者表示,就大规模可再生能源电解水制氢项目而言,目前尚没有一个项目真正投产。“可再生能源电制氢、储能、再发电、利用是零污染的最理想的氢能源利用方式,但是这个循环还不好实现。”

原因之一是前文提到的成本问题。一家燃料电池汽车企业高管杨远林(化名)告诉新京报记者,汽车的氢燃料电池系统对氢气品质要求较高,一般需要通过电解水制成。而在电解水制氢成本高企的情况下,企业或难收回成本。

因此,囿于高成本,现阶段更多企业还是选择使用碱性电解水制氢,即在水中加入少量氢氧化钾或氢氧化钠,以提高导电性。“电解过程中原则上不消耗碱性物质,也是清洁的。”王德军补充道。

另外,电解水制氢对地点的要求也较高。杨远林说,与锂电池汽车是能源围绕车不同,氢燃料电池汽车是以车围绕能源的形式进行,“氢能的发展需要因地制宜,可再生能源电解水制氢需要在资源丰富的地方进行。”

此外,政策、标准的缺失和不完善也是阻碍之一。“氢能是超前的,配套规范是滞后的。”杨远林表示,尽管多个省市都提出了氢能发展规划,但是并非所有地方都随即明确了相应的归口管理单位、审批流程、补贴标准等配套细节。

王德军表示,氢能发展最大的障碍不是技术和市场,而是各方的配合。作为一种能源,氢能牵涉到多个行业和多个利益相关方,需要进行更好的沟通和协调。

附表:省级氢能和氢燃料电池规划

2017年9月,上海市,《上海市燃料电池汽车发展规划》

2017年9月,四川省,《四川省“十三五”汽车产业发展指导意见》

2017年12月,北京市,《北京市加快科技创新培育新能源智能汽车产业的指导意见》

2018年7月,吉林省,《关于加快推动全省新能源汽车产业创新发展的指导意见》

2018年8月,广东省继6月发布《关于加快新能源汽车产业创新发展的意见》后出台了《氢燃料电池汽车产业发展工作方案(征求意见稿)》

2018年9-10月,山东省,《关于印发山东省新能源产业发展规划(2018-2028年)的通知》、《山东省高端装备制造业发展规划(2018-2025年)》

2018年10月,天津市,《天津市新能源产业发展三年行动计划(2018-2020年)》

2018年11月,河南省,《河南省新能源及网联汽车发展三年行动计划(2018-2020年)》

2019年1月,浙江省,《浙江省汽车产业高质量发展行动计划(2019-2022年)》

2019年3月,海南省,《海南省清洁能源汽车发展规划》

2019年4月,山西省,《山西省新能源汽车产业2019年行动计划》

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