近日,歐盟清潔氫合作伙伴關系“清潔氫能聯(lián)合行動計劃”(Clean Hydrogen JU)[1]發(fā)布《2021-2027年氫能戰(zhàn)略研究與創(chuàng)新議程》,提出了到2027年氫能研發(fā)重點領域和優(yōu)先事項。歐盟在“地平線歐洲”框架下向Clean Hydrogen JU投入10億歐元用于資助氫能研發(fā)示范,此次出臺的議程明確了研發(fā)重點領域,包括:可再生能源制氫;氫能存儲和分配;氫能終端應用;交叉領域研究;氫谷示范項目;供應鏈相關技術。各領域的研發(fā)和創(chuàng)新活動如下:
一、可再生能源制氫
1、電解制氫
(1)早期研究活動。通過開發(fā)新材料/制造工藝/概念以降低不同電解技術的成本并延長壽命,涉及新型電極/膜/催化劑材料開發(fā)、電堆設計、系統(tǒng)集成等,重點技術包括緊湊型堿性電解槽、無鉑族金屬質子交換膜電解槽、固體氧化物電解槽加壓電堆、陰離子交換膜電解槽、管狀或平面質子導體陶瓷電解槽、非純水電解等。
(2)技術開發(fā)活動。涉及新型電池/電堆設計、更大面積電池/電堆組件、輔助系統(tǒng)(BoP)設計、電解系統(tǒng)監(jiān)測/診斷/控制工具和方法、高壓力電堆、可逆燃料電池和共電解概念、副產(chǎn)品氧氣和廢熱利用等。
(3)示范活動。涉及電解技術新型集成概念、案例或商業(yè)模型示范,連續(xù)大批量生產(chǎn)電池/電堆組件的自動化和質量控制流程,陰離子交換膜電解槽和質子導體陶瓷電解槽等新型電解技術的兆瓦級示范,經(jīng)濟性和環(huán)境影響,電解制氫與可再生能源、工業(yè)生產(chǎn)、原油煉化、化學品生產(chǎn)等的集成示范。
(4)旗艦行動。支持開發(fā)和示范大型電解槽(單個模塊數(shù)十兆瓦規(guī)模)及其集成系統(tǒng),實現(xiàn)數(shù)百兆瓦容量,用于并網(wǎng)或離網(wǎng)、陸上或海上,以進一步降低成本。
2、其他替代技術
(1)早期研究活動。涉及生物質和生物廢物氣化制氫、生物法制氫、微生物電解制氫、直接太陽能制氫等技術。
(2)技術開發(fā)活動。涉及沼氣重整制氫、生物質和生物廢物氣化制氫(如混合系統(tǒng)、太陽能氣化等)、生物法制氫、微生物電解制氫及其與可再生能源結合、太陽能制氫等。
(3)示范活動。涉及垃圾和生物質氣化制氫工廠、沼氣生產(chǎn)可再生氫工廠、全尺寸生物制氫反應器、中等規(guī)模(數(shù)百千瓦時)太陽能制氫等的示范。
(4)旗艦行動。支持大規(guī)模部署最具潛力的太陽能制氫技術。
二、儲氫和氫氣分配
1、儲氫
(1)早期研究活動。開發(fā)可降低成本并提高儲氫效率的新概念,包括使用低壓容器與低成本氫化物或具有高可逆性(至少1000次循環(huán)后仍保持超過90%的原始儲氫容量)的吸附儲氫材料。
(2)技術開發(fā)活動。開發(fā)成熟的地上和地下儲氫概念,并集成到能源系統(tǒng)中,涉及地下儲氫井、地下襯砌洞穴儲氫、地下儲氫的微生物活動和影響、地上儲罐、固體納米結構材料吸附儲氫、金屬氫化物和吸附儲氫材料、儲氫容器設計、地下儲氫技術經(jīng)濟分析、氫氣對天然氣地下存儲主要基礎設施影響。
(3)示范活動。通過地上和地下儲氫示范項目降低成本并提高效率,包括驗證和優(yōu)化地上儲氫方案的中等規(guī)模項目、大規(guī)模地下儲氫示范。
(4)旗艦行動。包括至少25萬立方米的大規(guī)模地下儲氫示范、能源或其他工業(yè)應用的大規(guī)模儲氫需求的政策研究。
2、氫氣用于天然氣網(wǎng)絡
(1)早期研究活動。涉及氫氣對不同管道材料、管道及焊接接頭、配送網(wǎng)中的金屬材料、儀表設備中的彈性體材料等的影響,以及氫氣(包括混氫氣體)的安全風險模擬、現(xiàn)有輸配網(wǎng)中污染對氫氣純度影響。
(2)技術開發(fā)活動。包括減小氫氣對現(xiàn)有輸配網(wǎng)影響的方法、優(yōu)化氫氣輸送的新材料、用于混氫氣體的計價儀表、泄漏監(jiān)測/跟蹤工具、緊湊型氫氣注入裝置、氫氣對輸配網(wǎng)壓縮設備或調壓站組件的影響、現(xiàn)有天然氣管道輸運氫的技術經(jīng)濟性等。
(3)示范活動。包括將當前離網(wǎng)項目與天然氣市場連接、建設混氫和純氫跨境管道示范項目。
(4)旗艦行動。示范跨境輸送項目,重點關注混氫技術,以及將氫氣用于工業(yè)、交通和住宅等。
3、液態(tài)氫載體
(1)早期研究活動。涉及新型氫液化技術及材料、氫載體技術等。
(2)技術開發(fā)活動。包括新型小規(guī)模液氫生產(chǎn)技術、氫載體技術的規(guī)模擴大、大容量加氫/脫氫裝置的設計與優(yōu)化等。
(3)示范活動。包括氫氣液化示范,以及將最具前景概念部署在實際應用中。
(4)旗艦行動。在技術就緒且成本夠低的情況下,支持針對不同終端應用的不同氫氣輸運方案的旗艦項目。
4、改進現(xiàn)有氫氣輸運方式
(1)早期研究活動。涉及耐純氫新型高強度輕質材料、適用于純氫的焊接工藝、氫脆/滲透研、氫氣加臭研究。
(2)技術開發(fā)活動。涉及大容量高壓長管拖車、液氫道路運輸和存儲、純氫專用終端和/或液化天然氣與氫氣共存終端。
(3)示范活動。比較不同氫氣輸運方式的技術經(jīng)濟性,并探索其整合和優(yōu)化方法。
5、氫氣壓縮、凈化
(1)早期研究活動。包括化學、電化學、低溫壓縮等新型壓縮技術,膜、電化學、熱化學等新型凈化/分離技術,天然氣管道中氫氣和雜質比例的純度管理技術,臨氫材料測試。
(2)技術開發(fā)活動。包括現(xiàn)場壓縮裝置、將氫氣注入天然氣管道的大型壓縮技術、氫氣分離技術、抗氫中毒技術等。
(3)示范活動。示范真實場景下的新型壓縮概念、氫氣凈化/分離概念等,以及將新型測量、管道和儀表技術整合到氫能項目中。
6、加氫站
(1)早期研究活動。包括加氫技術優(yōu)化、更低入口壓力的加氫技術、重型車輛加氫的特殊部件。
(2)技術開發(fā)活動。包括降低加氫站碳足跡及成本、大型車輛大規(guī)模加氫站、通過低入口壓力和靈活運行技術促進對可再生氫的使用。
(3)示范活動。包括用于重型車輛、大型船舶、火車或公交加氫站設備、組件、標準及按需加氫、緊湊型移動加氫站等新型商業(yè)模式。
(4)旗艦行動。支持加氫站運營商投資新技術,降低成本,以建立部署燃料電池汽車所需的初始網(wǎng)絡。
三、氫能交通應用
1、模塊化組件
(1)早期研究活動。涉及改進燃料電池及組件性能和成本,開發(fā)高壓車載儲氫技術及快速加氫技術,固體儲氫、低溫液態(tài)儲氫等新型儲氫技術。
(2)技術開發(fā)活動。涉及優(yōu)化燃料電池堆性能、制造、回收等,改進燃料電池系統(tǒng)設計和可制造性,開發(fā)和驗證車載儲氫集成及安全性技術。
2、重型車輛
(1)早期研究活動。涉及輔助系統(tǒng)組件、用于低成本大規(guī)模制造的重型車輛系統(tǒng)、車載儲氫技術等。
(2)技術開發(fā)活動。包括:燃料電池重型車輛規(guī)范,建模和優(yōu)化設計,生命周期成本分析工具,控制、診斷和預測程序,集成燃料電池系統(tǒng)和儲氫系統(tǒng),健康狀態(tài)監(jiān)測新概念,重型車輛燃料電池電堆,工程卡車、越野車等的輔助動力裝置概念。
(3)示范活動。包括真實環(huán)境中的性能驗證、維護人員技術培訓、車輛性能及加氫基礎設施相關數(shù)據(jù)的收集和分析、測試最具應用潛力的重型車輛應用。
(4)旗艦行動。開發(fā)和實施創(chuàng)新商業(yè)模式以降低風險、推進對供應鏈的開發(fā),確保燃料電池重型車輛在運營生命周期得到充分支持。
3、船舶
(1)早期研究活動。涉及低溫和高溫質子交換膜燃料電池、燃料靈活的固體氧化物燃料電池、船載儲氫技術、氫載體重整技術、安全性規(guī)范和法規(guī)(協(xié)議和標準)。
(2)技術開發(fā)活動。包括燃料電池集成設計,運行靈活性和耐用性,安全、高效存儲和集成大量氫氣及其衍生燃料的技術,港口新型大規(guī)模儲氫和加氫技術。
(3)示范活動。包括燃料電池和氫基燃料存儲在船舶的部署,港口大容量加氫基礎設施,大型船舶的新型燃料電池技術驗證。
(4)旗艦行動。開發(fā)和實施創(chuàng)新商業(yè)模式以適應當?shù)毓芾盹L險和氫供應鏈發(fā)展,確保船舶在運營生命周期得到充分支持。
4、鐵路
(1)技術開發(fā)活動。涉及低溫壓縮儲氫或液態(tài)儲氫等車載儲氫概念、列車專用燃料電池系統(tǒng)架構、燃料電池與新一代電力電子和電池技術相結合、大容量加氫站。
(2)示范活動。示范不同類型氫能列車,商業(yè)可行性和環(huán)境性能,測試用于鐵路的大容量加氫站,制定列車維護和支持策略。
(3)旗艦行動。部署約100輛氫能列車,支持歐洲大陸加氫基礎設施整合。
5、航空
(1)早期研究活動。涉及航空燃料電池膜電極組件、液氫罐、氣氫壓縮機、液氫泵、閥門和傳感器。
(2)技術開發(fā)活動。包括開發(fā)可擴展燃料電池模塊、高質量密度燃料電池輔助系統(tǒng)、大容量液氫罐、液氫燃料處理技術、新型組件和系統(tǒng)控制技術、低氮排放高效氫燃燒室、評估/量化氫動力飛機的非CO2影響。
(3)示范活動。包括燃料電池及液氫系統(tǒng)的安全相關系統(tǒng)架構和航空集成示范、加氫可行性示范等。
四、氫能供熱和供電
1、固定式燃料電池
(1)早期研究活動。包括開發(fā)新型材料、電堆技術、組件及制造工藝,以及基于離子導體和質子陶瓷導體的先進可逆燃料電池概念。
(2)技術開發(fā)活動。包括:輔助系統(tǒng)組件和運行過程的標準化,燃料電池與(智能)電網(wǎng)、離網(wǎng)和分布式可再生能源集成系統(tǒng),新型大規(guī)模制造方法,商業(yè)/工業(yè)規(guī)模熱電聯(lián)產(chǎn)裝置和/或主發(fā)電裝置,可逆燃料電池集成技術。
(3)示范活動。包括示范微型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、下一代商業(yè)/工業(yè)規(guī)模熱電聯(lián)產(chǎn)和/或主發(fā)電裝置、食品/生物產(chǎn)業(yè)等的燃料電池熱電聯(lián)產(chǎn)技術、可逆燃料電池與現(xiàn)場可再生能源發(fā)電和/或沼氣/合成氣的集成、自動化生產(chǎn)及質量保證工具和技術。
(4)旗艦行動。支持通過燃料電池熱電聯(lián)產(chǎn)滿足工業(yè)和其他大規(guī)模應用的發(fā)電和中、低品位熱需求。
2、氫燃氣輪機、鍋爐和燃燒器
(1)早期研究活動。純氫燃氣輪機的燃燒物理、火焰穩(wěn)定性和燃燒動力學研究,關注開發(fā)新型干式低排放燃燒技術。
(2)技術開發(fā)活動。包括:開發(fā)電廠集成概念、商業(yè)模型和相關價值鏈,安全概念、標準和規(guī)范,工業(yè)鍋爐純氫燃燒器,氫氣和更高供氣壓力對密封性和熱老化行為的影響。
(3)示范活動。示范在選定工業(yè)基地(規(guī)模從幾十至數(shù)百兆瓦)使用先進燃氣輪機供電和供熱,包括升級現(xiàn)有工廠以安全使用氫氣。
(4)旗艦行動。支持通過燃料電池熱電聯(lián)產(chǎn)滿足工業(yè)和其他大規(guī)模應用的發(fā)電和中、低品位熱需求。
五、交叉領域
1、生命周期可持續(xù)性評估、回收和生態(tài)設計
(1)早期研究活動。進一步優(yōu)化質子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池和電解工藝的回收技術,如回收貴金屬和關鍵材料。
(2)技術開發(fā)活動。開發(fā)質子交換膜電解槽、陰離子交換膜電解槽、堿性電解槽、聚合物電解質燃料電池以及儲氫材料的回收工藝。
(3)協(xié)調和支持行動。包括:生態(tài)設計/可持續(xù)設計準則,燃料電池和氫基技術制造的生態(tài)效率,產(chǎn)品環(huán)境足跡分類規(guī)則(PEFCR),區(qū)域生命周期可持續(xù)性評估,供應鏈生命周期分析和生命周期成本核,生命周期可持續(xù)性評估指標數(shù)據(jù)庫。
2、教育和公眾接受度
(1)早期研究活動。采用最新IT技術開發(fā)創(chuàng)新教育方法,并在利益相關者的培訓中實施,如數(shù)字模型、數(shù)字孿生、應用實驗室等。
(2)技術開發(fā)活動。包括與社會科學相結合發(fā)展公眾教育以提升公眾信任度,發(fā)展和建立氫能及燃料電池技術相關的虛擬大學。
(3)協(xié)調和支持行動。包括教育、培訓的多語言材料,專業(yè)技能人員培訓計劃。
3、安全、規(guī)范、法規(guī)、標準
(1)早期研究活動。包括:氣氫、液氫意外釋放時的行為和影響,非金屬材料中的氫脆、熱侵蝕和影響,氫氣安全加注和存儲協(xié)議,燃料電池和車載儲氫健康狀態(tài)識別,加氫過程審查,氫氣對燃氣器具燃燒和性能影響,氫氣生產(chǎn)、分配、存儲和應用的性能測試標準化,氫氣以及氫/甲烷混合物價值計算,住宅和商業(yè)建筑中引入氫能的相關標準。
(2)協(xié)調和支持行動。包括制定相關法律和許可法規(guī)、支持培訓、開發(fā)開放的風險評估工具包、明確監(jiān)管障礙。
六、氫谷
研發(fā)優(yōu)先事項包括:在港口、機場等部署氫氣生產(chǎn)、輸運及應用,結合氫氣生產(chǎn)、輸運、儲存的工業(yè)中心,結合氫氣生產(chǎn)和使用的物流樞紐,開發(fā)區(qū)域氫能中心。
七、供應鏈相關技術
(1)早期研究活動。涉及新型制造技術和工藝、快速缺陷檢測等。
(2)技術開發(fā)活動。包括:氫能供應鏈關鍵組件和子系統(tǒng)的供應、弱點和瓶頸的持續(xù)監(jiān)測和差距分析,改進制造方法以提高生產(chǎn)速度和循環(huán)性,確定不同應用中的臨氫材料,生產(chǎn)技能培訓,整合新的制造技術,使用人工智能等數(shù)字技術改進燃料電池即關鍵設備的制造和/或維護,開發(fā)數(shù)字孿生工具,探索分布式賬本技術。
(3)示范活動。包括:大中規(guī)模制造能力范圍內(nèi)的供應鏈創(chuàng)新方法與質量措施實施,開發(fā)泛歐技術(測試)平臺。
[1] Clean Hydrogen JU是歐盟推進氫能研發(fā)創(chuàng)新的重要平臺,是“燃料電池與氫能聯(lián)合行動計劃”(FCH-JU)及其二期計劃的后續(xù),成員包括歐盟委員會、“氫能歐洲”組織(Hydrogen Europe,代表歐洲工業(yè)界)和歐洲氫能研究協(xié)會(Hydrogen Europe Research,代表歐洲研究機構)。
原標題:歐盟清潔氫能聯(lián)合行動計劃提出至2027年研發(fā)重點活動