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一公斤氢燃料价格降至 35 元,才和汽油有得拼

撰文 / 周 洲

编辑 / 涂彦平

设计 / 赵昊然

" 氢能提出了 100 多年,为什么不能作为燃料大规模使用?"8 月 9 日,加拿大皇家科学院、加拿大工程院、加拿大工程研究院院士、国鸿首席科学家张久俊在 2022 鄂尔多斯零碳产业峰会上演讲时称,这是因为氢气因燃点范围宽,在室温压力下不能变成液体,对氢制备、储存、运输技术造成挑战,所以价格相对较高。

目前,全球加氢站大约有 400 座,日本有 100 座,中国约两三百座。全球加氢站预计到 2032 年达到 5000 座,尚不能达到完全规模化。

" 建立一个加氢站大约需要 1000 万 -2000 万元,只能加 200-300 公斤的氢气。" 张久俊说,燃料电池用的氢纯度很高,氢纯度需要达到 99.999%。

" 氢燃料的价格大约是每公斤 60 元," 张久俊说,它要降到 35 元,才能和汽油相媲美。目前,燃料电池率先在重卡上使用,就是因为重卡对氢气的依赖度比较小。

战略和应用

氢能发展战略是 " 碳中和 " 战略中的重要组成部分。

今年 3 月 23 日,国家发改委发布《氢能产业发展中长期规划(2021-2035 年)》。规划明确了氢的能源属性,是未来国家能源体系的组成部分。

张九俊认为,根据规划,氢能发展战略大致可以分为四个阶段目标:第一阶段目标是,可再生能源制氢量达到 10 万 -20 万吨 / 年,成为新增氢能消费的重要组成部分,实现二氧化碳减排 100 万 -200 万吨 / 年;第二阶段是到 2025 年基本掌握核心技术和制造工艺,燃料电池车辆保有量约 5 万辆,部署建设一批加氢站;第三阶段是到 2030 年,形成较为完整的氢能产业技术创新体系;2035 年形成氢能多元应用生态,可再生能源在终端消耗中的比例明显提升。

氢能源清洁无污染,来源广阔,太阳能、风能等可再生能源发电之后,电解水可以制氢。此外,燃烧中的氢气的能量密度是最高的。

张久俊说,氢气的能量密度大约是 140.4 兆焦耳 / 公斤,比汽油高三倍。高能量密度正是氢气实现新能源技术产业化的重要基础,也是氢燃料电池预计实现后来者居上的基础。

氢能利用包括制氢、储氢、用氢三个主要环节。在应用端,氢能主要应用在化工燃料、燃料电池和微电网三个场景上。

" 现在,氢气有 60% 用于合成氨化肥上,38% 用于炼油和煤的深度加工,只有非常小的一部分用于燃料电池。" 张久俊说,未来,氢燃料电池汽车将成为最大的一个应用场景。

预计到 2030 年,全球的氢燃料电池乘用车将达到 1000 万 -1500 万辆。张久俊觉得这个估计还有点保守,以中国的氢能发展趋势,到 2030 年会远远超出这个数字。

制氢和转换

目前,制氢主要来自燃烧化石燃料,主要是燃烧天然气制氢。

" 只有 4% 来自电解水制氢,价格昂贵,是化石能源制氢的两倍多。" 从事水制氢研究的张久俊说," 化石燃料制氢现在还可以用,未来我相信不会用这个方法,因为国家已经明确规定不能用化石燃料来制氢。"

根据中国氢能发展规划,到 2030 年氢产量每年达 500 万吨,到 2060 年每年达到 1 亿吨,电解水制氢占比达到 80%。

" 现在电解水制氢在学术界是热点。" 张久俊说,催化剂的发展有很多高水平的论文。

未来,中长期制氢还将加入太阳能制氢。" 利用太阳能聚集到某一个点上,达到 2500 度的时候加上催化剂,水在上面一泼,就可以产生氢气。" 张久俊称。

制氢之后,在动力行业,如何将氢转换成动能和电能?

张久俊认为主要有两种方式,一个是氢内燃机方式,也即类比传统动力系统内燃气烧油,可以用内燃机烧氢气。

" 这种方式有它的问题,燃烧会产生一氧化氮。" 张九俊说,受卡诺循环 ( Carnot cycle ) 的限制,这种方式的能量转换效率只达到 30%-40%,对内燃机系统也会造成损坏。

另一个转换方式,就是氢燃料电池产生电能来驱动汽车。

张九俊认为氢燃料电池驱动汽车的能量效率高,转换效率能达 60%-80%,污染小、噪声低,装置可大可小,应用灵活。

储存和安全

氢气目前储存有三种方式,一种是高压气体储存,一种是液态储存,一种是固态储存。

现在用的最多的最成熟的技术,是高压储气罐加氢。

日本的氢燃料电池汽车一般会使用三层结构的储气罐,三层分别是内胆,加上一层不锈钢或者合金铝,外面是碳纤维缠绕。

" 这种储气罐可以盛 700 个大气压的氢气,大约是 5 公斤氢气。" 张九俊分析道,这种规模的储氢罐可以维持 500-700 公里的续航里程。

加氢站是把液态氢气或者高压氢气经过变温变压,给汽车充氢气。

" 汽车加氢只需要 3-5 分钟,非常快,这就比锂电池电动车有很大的优势。" 张久俊说。而加氢站的普及,则成为燃料电池发展的一个障碍。因为它太贵了。

" 氢燃料的价格大约是每公斤 60 元。" 张久俊说,它要降到 35 元,才能和汽油相媲美。

为了推广加氢站建设,地方政府纷纷豪掷补贴。重庆市给予加氢站每站最高 300 万元的运营补贴,温州市和宁波市均给予 500 万元,濮阳市给予 1000 万元,武汉市则给出了 2000 万元的顶格补贴,几乎等于政府掏腰包建加氢站。

而在氢燃料电池的安全问题上,张久俊认为人们普遍存在误解。

氢气的燃点范围宽,在 17 — 70 摄氏度范围内,碰着火星就爆炸,这是利用氢气的主要安全挑战。

" 但是氢气即使爆炸,也是缩小体积的爆炸,大约是石油爆炸的 1/22。并且氢气的密度很低,一旦爆炸会在空中快速散开,燃烧速度非常快。它比爆炸的汽油要安全。" 张久俊解释道。

本文由汽车商业评论原创出品

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