目前，一些城市的人們或許已經(jīng)乘上了氫能動(dòng)力的公共汽車(chē)，或者開(kāi)始采用氫燃料重型卡車(chē)來(lái)運送貨物。中國氫能聯(lián)盟理事長(cháng)凌文預計，到2050年，氫能在我國將實(shí)現大規模應用，其在能源結構中占比有望達到10%以上。
最有前途的能源
氫，在元素周期表中位列第一，是目前已知最小的原子。氫也是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)，宇宙質(zhì)量的75%都是氫。
氫有什么特點(diǎn)呢？它的燃燒熱值高。除核燃料以外，氫的燃燒熱值居各種燃料之首，是液化石油氣的2.5倍，汽油的3倍。并且，氫是零碳的。它燃燒生成水，水電解又可以生成氫，是一種可循環(huán)使用的清潔能源。
“如果說(shuō)風(fēng)電、光伏發(fā)電是當前新能源行業(yè)的主導力量，氫能源就是能源領(lǐng)域的未來(lái)之星。”中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì )主席萬(wàn)鋼表示，氫能非常符合全球能源發(fā)展的新趨勢，被行業(yè)譽(yù)為21世紀最有前途的能源之一。
在人類(lèi)發(fā)展史中，能源利用方式的轉型和變革貫穿期間。最初，火的發(fā)現開(kāi)啟了人類(lèi)文明的源頭。柴火使食物的能量密度得以提高，人類(lèi)因此可以通過(guò)短時(shí)間進(jìn)食獲取足夠高的能量。而以煤為動(dòng)力的蒸汽機的使用，開(kāi)啟了人類(lèi)工業(yè)化進(jìn)程，使人類(lèi)的生產(chǎn)率得以大幅提升。隨后，石油、天然氣的使用大大提升了人類(lèi)活動(dòng)半徑。人們的交往更為頻繁，交通更為便利。
“這其實(shí)就是一個(gè)減碳加氫的過(guò)程，也是人類(lèi)能源利用方式演變的總體趨勢。”國家科技部原部長(cháng)徐冠華表示。
“這個(gè)大方向，是向更加清潔、低碳的能源轉型。”凌文說(shuō)，目前可再生能源比重的大幅上升，表明全球能源轉型的過(guò)程已經(jīng)開(kāi)始加速。
比如煤是高碳能源，以碳元素為主，含有少量氫、硫、氮等元素。石油的主要成分是丙烷(C3H8)和丁烷(C4H10)，氫的比重逐步上升。到了天然氣，主要成分為甲烷(CH4)，碳原子和氫原子的比重達到了1∶4。
而越來(lái)越多的研究發(fā)現，氫的來(lái)源非常廣泛，既可借助傳統化石能源如煤炭、石油、天然氣等用低碳化技術(shù)制取，也可以通過(guò)風(fēng)電、光伏、水電等可再生能源制備。同時(shí)，氫的利用形式很多樣，可以通過(guò)燃燒產(chǎn)生熱能，在熱力發(fā)動(dòng)機中產(chǎn)生機械功，并且用氫代替煤和石油，不需對現有技術(shù)裝備作重大改造；此外，又可以作為能源用于燃料電池直接產(chǎn)生電能，為燃料電池車(chē)、分布式發(fā)電設施提供動(dòng)力。它還可以?xún)Υ?，能夠?shí)現持續供應、遠距離輸送。
因此，氫能被冠之以未來(lái)的能源、終極能源的稱(chēng)呼。中國氫能聯(lián)盟戰略指導委員會(huì )常務(wù)副主任干勇表示，氫能將成為改變傳統能源的終極目標，發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)是人類(lèi)能源結構調整和產(chǎn)業(yè)結構轉型的必由之路。
各國加快探索
事實(shí)上，世界各國已經(jīng)紛紛啟動(dòng)對氫能的研究和嘗試。并且，在前些年遠景規劃的基礎上，一些有規模的試點(diǎn)業(yè)已啟動(dòng)，氫能產(chǎn)業(yè)鏈開(kāi)始逐步顯現。
在美國，有關(guān)部門(mén)2001年就曾勾畫(huà)出氫能發(fā)展的藍圖：在未來(lái)的氫經(jīng)濟中，美國將擁有安全、清潔以及繁榮的氫能產(chǎn)業(yè)，美國消費者將像現在獲取汽油、天然氣或電力那樣方便地獲取氫能。2003年，美國宣布啟動(dòng)總額超過(guò)12億美元的氫燃料計劃。
目前，美國已經(jīng)從政策的評估、制定轉向以技術(shù)研發(fā)、示范為起點(diǎn)的系統化實(shí)施階段。2017年，在美國加利福尼亞州，殼牌石油與豐田合作，在當地建立了7座加氫站，使全州的加氫站數量增加到了25座。一個(gè)擁有5座加氫站的供應商甚至宣布，他們提供的氫氣每公斤少于10美元，這一定價(jià)被看作氫能定價(jià)的關(guān)鍵里程碑。
在歐洲，歐盟25國促成的歐洲研究區專(zhuān)家認為，到2020年，成員國中會(huì )有5%的新型汽車(chē)和2%的船舶使用氫能產(chǎn)品；到2030年后，其市場(chǎng)占有率不斷提高，預計屆時(shí)氫能制造主要來(lái)自于可再生能源和先進(jìn)的核能。其中，德國在氫能和燃料電池技術(shù)上處于領(lǐng)先地位。德國制定并執行了嚴格的氫能法規和標準，涉及氫能的生產(chǎn)、運輸、加注、車(chē)輛的使用和購買(mǎi)等。2017年，寶馬、奔馳等車(chē)企已開(kāi)始商業(yè)化發(fā)展氫燃料電池汽車(chē)。
日本因自身能源缺乏，非常重視新能源開(kāi)發(fā)，也是最早系統制定氫能發(fā)展規劃的國家。日本1993年啟動(dòng)世界能源網(wǎng)項目，其目標是構建一個(gè)環(huán)球能源網(wǎng)絡(luò )以實(shí)現氫能的高效供應、輸送和利用。
日本新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展機構氫能主任大平英二在中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)高峰論壇上表示，氫能已經(jīng)成為日本的基本戰略，成為全球首個(gè)國家戰略。2050年，日本希望將氫氣作為可再生能源后的另一種新能源，并且制定了使氫氣價(jià)格從2030年的3美元/千克降至2050年2美元/千克的目標。
突破與挑戰并存
干勇表示，氫能在交通領(lǐng)域的應用將會(huì )率先突破，尤其是重型卡車(chē)采用氫燃料電池，在運行環(huán)境和運行成本，包括續駛里程和加氫時(shí)間上擁有不錯的前景。
2016年3月份，我國制定的《能源技術(shù)革命創(chuàng )新行動(dòng)計劃（2016-2030年）》提出，把可再生能源制氫、氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng )新作為重點(diǎn)任務(wù)；把氫的制取、儲運及加氫站等方面的研發(fā)與攻關(guān)、燃料電池分布式發(fā)電等作為氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng )新的戰略方向；把大規模制氫技術(shù)、分布式制氫技術(shù)、氫氣儲運技術(shù)、氫能燃料電池技術(shù)等列為創(chuàng )新行動(dòng)。
2017年，科技部和交通運輸部出臺的《“十三五”交通領(lǐng)域科技創(chuàng )新專(zhuān)項規劃》明確提出，推進(jìn)氫氣儲運技術(shù)發(fā)展，以及加氫站建設和燃料電池汽車(chē)規模示范，形成較完整的加氫設施配套技術(shù)與標準體系。
在這個(gè)背景下，我國氫能產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化步伐正不斷加快，一些地方和能源企業(yè)紛紛布局氫能項目。
2018年1月份，武漢市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃建議方案出爐。該規劃建議，到2025年，力爭氫能燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值突破1000億元，成為世界級新型氫能城市。
2022年，北京和張家口將聯(lián)合舉辦第24屆冬奧會(huì )。在冬奧會(huì )的規劃中，將大量采用清潔的氫能源汽車(chē)用于通勤、物流。為此，張家口已經(jīng)引入了70多輛氫能源公交車(chē)；與此同時(shí)，引入了多家企業(yè)生產(chǎn)氫燃料電池，并與國家能源集團探討設立制氫和加氫設施，以期建立起氫能產(chǎn)業(yè)鏈。
然而，這僅是萬(wàn)里長(cháng)征的第一步。據統計，2017年我國氫氣產(chǎn)量約為2100萬(wàn)噸，其中用于生產(chǎn)合成氨、甲醇的原料氫占比約65%，用于石油煉制加氫等的占比約33%，工業(yè)氫氣占比約2%，用作氫能載體仍?xún)H為示范性工程。
萬(wàn)鋼表示，與發(fā)達國家相比，我國在燃料電池基礎研究和技術(shù)發(fā)展、氫能裝備制造等方面仍相對滯后，特別是一些關(guān)鍵技術(shù)與國外仍存在差距，產(chǎn)業(yè)鏈較為薄弱。在基礎設施方面，制氫、供氫和加氫的系統先進(jìn)性有待提升，制氫成本有待降低，氫設施標準落后等也制約著(zhù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
中國航天科技101所副總工程師劉玉濤表示，儲氫、運氫中的“卡脖子”問(wèn)題可以考慮用液化氫的方式解決。
他介紹，目前采用進(jìn)口的氫氣傳感器，監測時(shí)間要在幾秒左右，而中國航天級傳感器的監測時(shí)間已經(jīng)能做到1秒左右。在儲氫環(huán)節，對于能實(shí)現大規模存儲、遠距離輸送的液態(tài)氫，早在上世紀60年代中國就能大規模生產(chǎn)。液化氫的產(chǎn)業(yè)化、規?；瘜?huì )成為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大推動(dòng)因素。
變化已經(jīng)開(kāi)始，未來(lái)正向我們走來(lái)。國際氫能委員會(huì )預計，到2050年，氫能可以滿(mǎn)足全球能源總需求的18%或全球一次能源總需求的12%，氫能及氫能技術(shù)相關(guān)的市場(chǎng)規模將超過(guò)2.5萬(wàn)億美元。
