2023年7月14日，由南方周末聯(lián)合西北工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院主辦，西北工業(yè)大學(xué)新時代企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展研究中心、南方周末中國企業(yè)社會責(zé)任研究中心承辦的第二屆中國企業(yè)責(zé)任與高質(zhì)量發(fā)展論壇在西安成功舉辦。本屆論壇以“投資有道，碳路可循”為主題，相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者、機構(gòu)代表、企業(yè)高管參會分享，聚焦“雙碳”目標(biāo)下的企業(yè)行動進展和優(yōu)秀實踐，探討低碳前沿理念、創(chuàng)新技術(shù)、碳信息披露等議題。南方周末、西工大在現(xiàn)場分別發(fā)布相關(guān)研究報告。
在當(dāng)天的論壇上，中國工程院院士、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）教授彭蘇萍指出：實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)需要在能源技術(shù)方面進行大膽的創(chuàng)新。當(dāng)前全球主要發(fā)達國家高度重視氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國具有豐富的氫能資源，煤制氫技術(shù)也趨于成熟。但如何控制好制氫過程中的碳排放、提高清潔能源制氫比例、降低燃料電池成本仍是我們面臨的挑戰(zhàn)，支撐氫能發(fā)展的核心技術(shù)和關(guān)鍵材料難關(guān)還需要進一步攻克。
以下為彭蘇萍的演講實錄：
今天會議的主題是“投資有道，碳路可循”。
眾所周知，氣候變化是當(dāng)今世界最嚴(yán)重的問題之一，也是人類未來生存和發(fā)展面臨的最大威脅之一。在“雙碳”目標(biāo)下，綠色低碳化發(fā)展道路是企業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必經(jīng)之路。
“雙碳”目標(biāo)對中國來講是個非常艱難的過程，因為中國的能源稟賦里，煤比較多，而油、氣，以及非化石能源相對較少。
以我們的核電為例，在2003年做能源規(guī)劃時，我們能源組的組長——清華大學(xué)的老校長王大中院士，希望到2020年，中國核電在一次能源結(jié)構(gòu)中最少能占比9%，最高能占16%。但是20年過去了，中國的核電在一次能源結(jié)構(gòu)里才占4%。法國的核電占比最高的時候能達到68%，現(xiàn)在也有將近60%；美國核電占比最高的時候是38%，現(xiàn)在也有將近30%；日本在福島事件之前，核電在一次能源結(jié)構(gòu)里達到40%。
我講這個比例關(guān)系是為了說明，在一次能源結(jié)構(gòu)里，核電占40%與核電占4%，對實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的差別極大，也就是說我們面臨的挑戰(zhàn)非常艱巨。因為核電是沒有二氧化碳排放的。
有人問，我們能追上40%嗎？
跟大家講第二個例子。我們國家最近二十多年來一直提倡可再生能源，但去年可再生能源在一次能源里的貢獻率，除了水之外，實際只有百分之七點多。從7%要提高到促進實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的50%，是很難的，所以我們一定要在能源技術(shù)方面進行大膽的創(chuàng)新。
氫能是加快能源轉(zhuǎn)型的重要選擇
最近二十多年來，中國和世界其他國家一樣，都希望能源的利用方式從以前的礦藏資源消耗型向天然資源再生型轉(zhuǎn)變。因此，我們希望把可再生能源的規(guī)模做得更大，同時希望能低碳化利用化石能源。
在人類歷史發(fā)展的過程中，我們的祖先對能源的利用方式主要是利用生物質(zhì)能源，也就是柴火。后來發(fā)明了蒸汽機，使煤炭得到了廣泛的利用。又后來，人類發(fā)明了內(nèi)燃機以及后來的燃?xì)鈾C，使石油和天然氣得到了廣泛的利用?，F(xiàn)在講氫能源，使能源出現(xiàn)了一種新的利用方式，也就是燃料電池。
氫能源的利用方式跟以前的能源利用方式不一樣。這是一種化學(xué)反應(yīng)，在一定溫度下，離子的躍變產(chǎn)生了一種放電作用；而內(nèi)燃機、蒸汽機和柴火主要是通過燃燒產(chǎn)生的能量，是物理發(fā)電。這是我今天講的第一個概念。
第二個概念，我們發(fā)明了內(nèi)燃機，但并沒有把以前的煤炭蒸汽機替換掉，現(xiàn)在我們國家的燃煤電廠主要是通過燒鍋爐即蒸汽機起作用。我們今天討論氫能源，并不是像某些宣傳，認(rèn)為氫可以替代以前的所有能源，而是在探討一個各種能源和各種能源利用方式共存的模式。
以前我們認(rèn)為氫主要是一種能源，后來我們通過研究，發(fā)現(xiàn)用氫來吸納可再生能源是一種非常有用的儲能方式。因此，氫就有兩個屬性特征：一個是能源的屬性特征，另一個是儲能的屬性特征。它在今后的能源技術(shù)發(fā)展中會占有自己應(yīng)有的地位。
迄今為止，全世界有大約80個國家提出了重視氫能的發(fā)展規(guī)劃。日本以前跟中國一樣，能源消費主要依賴進口煤和進口油氣。“雙碳”目標(biāo)不僅對提出中國嚴(yán)格要求，對日本這樣的發(fā)達國家也一樣提出要求，所以日本希望能從以前進口煤、進口油氣向進口氫轉(zhuǎn)變；澳大利亞是能源出口國，以前主要出口的是煤，現(xiàn)在它的氫能發(fā)展規(guī)劃主要是出口氫氣；歐洲處于工業(yè)化后時期，目前發(fā)展氫能主要是為了工業(yè)脫碳；美國發(fā)展氫能主要是為了保證能源的穩(wěn)定性，因為氫能燃料電池的發(fā)展技術(shù)是最穩(wěn)定的一種能源技術(shù)。中國是高碳國家，煤在一次能源結(jié)構(gòu)中占比較多，我們發(fā)展氫能主要是為了改善能源品質(zhì)。
氫能源與燃料電池發(fā)展的途徑
2020年全世界純氫產(chǎn)量嚴(yán)格統(tǒng)計是7500萬噸，若稍微放開一些指標(biāo)，能超過1億噸。氫氣主要用于化工精煉和合成氨等領(lǐng)域。我們國家是世界上最大的制氫國，2022年我國的氫氣產(chǎn)能超過4500萬噸，產(chǎn)量超過3350萬噸。我們主要用于化工精煉以及化肥的生產(chǎn)。
在交通領(lǐng)域里，氫占的比例小于0.1%。為什么要提這個比例？因為現(xiàn)在很多同志都提出來要發(fā)展可再生能源制作的“綠氫”，但我們國家在當(dāng)前的發(fā)展階段，穩(wěn)定、可靠、便宜的氫是不能放棄的。
從世界范圍看，北美、歐洲的氫氣，主要是通過天然氣制氫。我們國家是煤制氫，在過程里有二氧化碳的排放，因此在發(fā)展氫能源的過程中，如何把二氧化碳的排放控制好，這是我們要關(guān)注的問題。
現(xiàn)在世界上遵循的一種技術(shù)方式是高溫固體氧化物燃料電池的制氫技術(shù)，因為固體氧化物電解槽制氫具有高溫運行、效率比較高、耗電量比較少的特點，比常規(guī)質(zhì)子膜的發(fā)電及堿性電解槽要省電1/5到1/3。另外一個方式是通過高溫共解可以把二氧化碳消納掉，這個技術(shù)受到了美國、歐洲各國的關(guān)注。
現(xiàn)在，美國BloomEnergy已經(jīng)做出了130kW的制氫示范裝置；德國的Sunfire已經(jīng)做出了2.6兆瓦的示范系統(tǒng)；丹麥的TopsoeA/S做出500兆瓦的產(chǎn)能，這是一個工廠化的實施；我們國家也在積極研究。
關(guān)于加氫站的問題，2022年全世界有727座加氫站，中國占40%左右，估計到今年年底中國占世界的加氫站會超過一半，即世界有超過一半的加氫站都是我們中國的。
供氫的過程，目前主要是利用壓縮氫氣的供氫方式，世界上有人提出可以通過液氫的方式。不過目前液氫的成本比較貴，主要運用于航天系統(tǒng)，要在民用系統(tǒng)上應(yīng)用還需要一段時間。
氫能利用的方式主要是靠燃料電池轉(zhuǎn)化，現(xiàn)在作為轉(zhuǎn)化裝置的燃料電池有兩種：一是質(zhì)子膜燃料電池，二是固體氧化物燃料電池。質(zhì)子膜燃料電池工作溫度是90度以下或者90度左右，它工作溫度比較低、啟動比較快，在交通領(lǐng)域應(yīng)用得比較廣，目前，在我們國家交通領(lǐng)域主要是質(zhì)子膜的燃料電池。
固體氧化物燃料電池，它的工作溫度在700度-800度之間。因為它工作溫度高，能量轉(zhuǎn)化就比較高，它對原料的要求沒有這么高，可以是粗氫，它不用像質(zhì)子膜需要高純度的氫，而且碳?xì)?、天然氣、液化氣也可以作為它的原料供?yīng)方式。目前，固體氧化物燃料電池發(fā)電主要以分布式發(fā)電、小區(qū)的集中供電的方式得到了推廣。
關(guān)于燃料電池車，2022年底，全世界的燃料電池車超過了67315輛，中國有12682輛，占世界的1/6。世界上主要是乘用車為主，中國主要是商用車為主。去年除了商務(wù)車，中國的重卡也得到了比較好的發(fā)展。
關(guān)于燃料電池的出貨方式，固體氧化物燃料電池在去年、前年得到了比較好的發(fā)展，也在大規(guī)模應(yīng)用。美國在這一方面做得比較好，BloomEnergy目前主要把燃料電池作為小區(qū)和公共場合的發(fā)電方式，在蘋果公司的總部、商場、醫(yī)院等人口比較密集、對能源品質(zhì)要求比較高的地方得到利用，現(xiàn)在日本和中國也都在積極推廣。
中國礦業(yè)大學(xué)從“十二五”開始做燃料電池研究，去年最新研發(fā)成功的二氧化碳近零排放的煤氣化發(fā)電技術(shù)，主要利用了固體氧化物燃料電池和固體氧化物電解槽。我們希望在煤炭的燃燒過程中實現(xiàn)二氧化碳不排放。在這個過程中，我們做了1兆瓦的熱供、500千瓦的發(fā)電方式，并得到了科技部的驗收，完成了這個任務(wù)。
其中一次發(fā)電效率達到53%，在發(fā)電的過程中我們把二氧化碳高濃度地富集，使二氧化碳的濃度超過94%，我們還通過高溫的二氧化碳跟高溫的水蒸氣，把二氧化碳成功直接轉(zhuǎn)化為了甲醇。關(guān)于這方面的研究，除了我們，廣東省能源集團和潮州三環(huán)公司去年年底也做出了210kW高溫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。
中國礦業(yè)大學(xué)主要希望通過煤氣化制氫研究，讓以煤為主的發(fā)電方式不排放二氧化碳。大家都認(rèn)識到了二氧化碳的問題，這對一個以煤為主的國家的能源發(fā)展來說，是個緊箍咒，我們必須要把這個緊箍咒破掉。
氫能不利于存儲，液化成本高等難題研制了氫能遠距離輸送。所以，在2016年，美國、日本和澳大利亞提出了“氫2.0規(guī)劃”，把以前純氫的制備和應(yīng)用向氨的方式轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化過程中，氨的安全性和穩(wěn)定性都得到了認(rèn)可，所以這個方式得到了世界各國的響應(yīng)，像中東的石油大國提出了“綠色甲醇”的計劃。
綠氨作為綠氫的載體，在我們國內(nèi)也得到了很多的提倡，例如福州已經(jīng)成立國內(nèi)首家氨氫能源重大產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新平臺，寧夏回族自治區(qū)的寧東基地已經(jīng)成立寧夏氨氫產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，魯西集團、大連和山西的一些企業(yè)也都在研究。
對于氫在運輸過程的安全性問題，人們提出了天然氣管網(wǎng)摻氫。中國做摻氫很早，20世紀(jì)80年代，在中國推進大中城市煤氣化的過程中，人造煤氣的氫含量達到百分之三十幾，我們通過研究認(rèn)為，中國很快能掌握這個技術(shù)且能推廣。
氫能在交通領(lǐng)域應(yīng)用有一些新動向。我們認(rèn)為中國在重卡方面有比較好的發(fā)展前途，在船舶運輸方面也得到了比較好的運用。去年中國重卡的燃料電池汽車已經(jīng)超過了2000臺，達到2465臺，這方面發(fā)展的勢頭比較好。
我國氫能源與燃料電池發(fā)展存在的問題
我們國家具有豐富的氫資源，我們已經(jīng)掌握了煤制氫的技術(shù)。中國是世界第一大汽車國，這為中國的氫能發(fā)展提供了一個好的平臺。但很多關(guān)鍵的零部件和卡脖子的技術(shù)，還需要進一步攻克。
首先是制氫問題。中國的煤制氫技術(shù)比較成熟，但在煤制氫的過程中有大量二氧化碳排放。通過這幾年的努力，CCS（碳捕獲和封存技術(shù)）的成本在大幅降低，最近國家已經(jīng)推廣和實施了好幾個煤制氫和CCS聯(lián)動的百萬噸項目。
其次是儲運方式。在運輸過程中，除了槽車運輸外，我們還希望發(fā)展管道運輸。一個多月之前中石化就宣布他們正在做300公里的氫運輸管道試驗。
第三，關(guān)于燃料電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)政策問題。在我們國家，質(zhì)子膜燃料電池存在的問題主要是成本問題，我們跟國際相比還是有差距。固體氧化物燃料電池方面，我們國家的應(yīng)用場景、系統(tǒng)的研究還缺乏，產(chǎn)業(yè)政策還需要和地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展結(jié)合在一起，目前來講，同質(zhì)化情況比較嚴(yán)重。
對氫能源與燃料電池發(fā)展的戰(zhàn)略思路
針對這些問題，在今后的20年里，國家需要進一步制定引領(lǐng)戰(zhàn)略，優(yōu)化相關(guān)推動政策，在技術(shù)的開發(fā)以及自主可控方向做好工作。
工信部在兩年前就提出了燃料電池補貼計劃，即以京津冀、長三角、大灣區(qū)和武漢為主的經(jīng)濟地帶、經(jīng)濟比較發(fā)達的地區(qū)實行燃料電池車的補貼，后來在山東提出了“氫進萬家”的計劃。但是發(fā)展氫能不能像以前的動力電池車的推廣模式一樣，靠大規(guī)模的補貼來推動發(fā)展，我們還是要尊重能源的屬性，以穩(wěn)定、可靠、低成本的方式推進中國燃料電池技術(shù)的全面發(fā)展，今后還是要以降成本為主體。
所以，在2025年以前，我們主要是靠政策引導(dǎo)和局部示范。前面提及的4個燃料電池示范區(qū)和“氫進萬家”的導(dǎo)入，都是國家層面對氫能發(fā)展的支持。希望在2035年以前能實現(xiàn)以市場驅(qū)動為主的氫發(fā)展的商業(yè)模式。最近幾年，通過國家的鼓勵和大家的熱情和奮斗，我們的氫技術(shù)越來越成熟。我們認(rèn)為2035年能實現(xiàn)中國氫能源發(fā)展的奮斗目標(biāo)，到2050年的時候希望氫能源產(chǎn)業(yè)鏈能夠為國家的“雙碳”目標(biāo)、高質(zhì)量發(fā)展作出貢獻。
我們對燃料電池做了規(guī)劃，希望通過努力，到2050年燃料電池的壽命要超過4萬個小時，成本小于300塊錢。在3年前做規(guī)劃的時候，我們在想這個目標(biāo)是不是提得過大了。但到現(xiàn)在為止，日本豐田公司的產(chǎn)品成本已經(jīng)降至300塊錢，所以我認(rèn)為通過我們的努力，到2050年是可以實現(xiàn)的。我們還希望把質(zhì)子膜燃料電池的工作溫度，通過技術(shù)創(chuàng)新提高到130度，也就是把制氫的純度降下來。因為通過試驗，我們發(fā)現(xiàn)工作溫度達到130度后，一個九純度的氫就可以作為原料的一種供應(yīng)方式，但現(xiàn)在要四個或五個九純度的氫，成本還是太高。
我們希望固體氧化物燃料電池和固體氧化物電解槽的系統(tǒng)成本到2050年左右達到1000元。燃煤電廠的制造現(xiàn)在的成本是1500元-1700元，壽命達到10萬個小時。如果這樣的話，我們今后可以為替代現(xiàn)在的燃煤電廠做好技術(shù)的準(zhǔn)備，因為現(xiàn)在燃煤電廠的壽命，服務(wù)年限是8萬個小時，這就可以為我們奠定一個基礎(chǔ)。
要做好這些工作，首先要加強頂層設(shè)計?，F(xiàn)在國家發(fā)改委和國家能源局在這方面做了比較好的系統(tǒng)的頂層設(shè)計，去年公布了中國2035年的燃料電池和氫能發(fā)展規(guī)劃。其次要建立健全產(chǎn)業(yè)政策、安全監(jiān)督及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。關(guān)于氫的安全性，現(xiàn)在氫是作為危險化學(xué)品來規(guī)劃的，我們希望氫能向油品的管理機制轉(zhuǎn)化，現(xiàn)在應(yīng)急管理部聯(lián)合工信部等有關(guān)部門組織專家在做這方面的探索。第三，要加大對氫能基礎(chǔ)設(shè)施全產(chǎn)業(yè)鏈的補貼政策及金融支持，也需要金融資本的進入，現(xiàn)在也得到了這方面的鼓勵，國有資本有序進入，使規(guī)?；l(fā)展氫產(chǎn)業(yè)鏈得到最有力的保障。最后，我們要建立氫能基礎(chǔ)設(shè)施關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與核心裝備自主化的長效機制。
我的匯報到此結(jié)束，謝謝大家的聆聽！
原標(biāo)題：彭蘇萍：中國氫能源與燃料電池發(fā)展戰(zhàn)略研究
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