導語：氫能，被譽為是21世紀最具潛力的清潔能源，一直被視為全球能源向可持續發展轉型的主要路徑之一，是一種清潔、高效、安全、可持續的二次能源，可通過多種途徑獲取。而氫能及燃料電池產業的發展，也一直需要引領者的示范引領與精耕細作。日前，山西衛視在融媒體新聞評論節目《轉型進行時》中，邀請了某能源研究會領導，同時線大同市工信局副局長劉洪文、清華大學教授、國際氫能協會副主席毛宗強，就能源領域的“未來之星”——氫能的現狀及發展進行了現場交流。轉化果平臺將交流內容分兩部分整理推出，以饗廣大讀者。
“氫氦鋰鈹硼、碳氮氧氟氖……”。氫，位于元素周期表之首，氫氣，也是世界上最輕的氣體。不過，它的能量密度卻是木材的1000倍、煤的6.8倍、汽油的3.3倍，而且它還是一種零污染的高效能源，被公認為是能源領域當之無愧的“未來之星”。
一、氫能——21世紀最具潛力的清潔能源
氫能，被譽為是21世紀最具潛力的清潔能源。近年來，世界主要發達國家都把氫能源的開發利用提到了國家能源安全戰略的高度。
2017年，日本提出了“氫能社會”的構想，將在2040年完成零碳氫燃料供給體系建設；韓國也推出了“氫經濟戰略”；在我國，氫能的開發利用在2019年全國兩會首次被寫入了《政府工作報告》中。
近期，全球范圍內已經宣布了131個大型氫能開發項目，全球項目總數達到359個。預計到2030年，全球氫能領域的投資將激增至5000億美元。國際氫能委員會預測，到2050年，全球氫能產業將創造3000萬個工作崗位，減少60億噸二氧化碳排放，創造2.5萬億美元的市場規模。
液態氫作為燃料可以把火箭推向太空，氫燃料電池汽車也已經走到你我身邊。預計到2030年，中國氫燃料電池汽車的規模將達到100萬輛，這將是一個萬億級的藍海市場。預計到2050年，氫能在中國能源領域的占比有望達到10%。
二、氫能替代化石能源變革性和戰略性意義
人類已經爆發了兩次能源革命，正在引發第三次能源革命。第一次是以蒸汽機發明引發的能源革命，煤炭成為工業基礎。第二次是以內燃機發明引發的的能源革命，石油和天然氣成為工業血液。當前，以氫能風光能等綠色能源加快替代化石能源，正在引發的第三次能源革命。氫能資源豐富，零污染，熱值高，可再循環，可儲存，應用場景豐富，作為連接化石能源和可再生能源的橋梁，已經成為人類解決發展問題、能源短缺問題和環境問題的一張重要王牌。
特別是，我國是世界上少數幾個依賴化石能源的國家，能源緊缺、能源安全，是制約我們發展的一個瓶頸，在實現中華民族偉大復興中的經濟崛起與資源、環境矛盾更加突出，尋求綠色能源更為迫切。近期的拉閘限電，深層次反映了大國復興中能源需求與能源短缺的矛盾。
習近平總書記講的能源革命，“3060”碳達峰、碳中和目標都是要實現能源轉型，從戰略上，從根本上去破解這些矛盾。風光能等綠色能源，特別是氫能的利用，為我們找到了一條光明大道。
從應用和產業角度來談，涉及商業用車、港口用的卡車、物流車。氫能產業鏈主要涵蓋氫能源端和燃料電池端。從生產到下游應用的過程，包括制氫、儲運、加氫（加氫站加氫）等核心環節。燃料電池端包括雙極板、膜電極及密封層、燃料電池系統集成、電堆及供氣系統等。這將是萬億級別的藍海，對經濟的拉動、勞動力吸附等貢獻巨大。
三、2050年氫能有望在我國能源領域中的占比達到10%
全球氫能競賽已經開始。在碳中和形勢下，氫能有望成為未來30年增速最快的低碳能源之一。2030年，中國氫能將達到3500萬噸，占比5%。到2050年占比達到10%，接近6000萬噸以上，可減排約7億噸二氧化碳。據了解，BP能源更加樂觀，到2050年氫能比例將超過10%，達18%，氫能產業全價值鏈的潛在市場規模將超過2.5萬億美元。
這一發展前景，對中國，對世界，意味著：氫能在能源轉型中會發揮更大作用，創造更多發展機遇。
一是氫能作為媒介，使得“萬能互鏈”，能源互補，跨能源網絡協調優化，氫能發揮遠距離輸送、大規模存儲和“氫－電”互換特性，有效耦合化石能源和可再生能源系統，構建新的現代能源體系。
二是大規模儲存，解決可再生能源消納、平抑波動性和間歇性。以德國為首正嘗試風電、太陽能電解制氫產業鏈，然后利用氫制甲烷“電轉氣”模式。
三是綠氫貿易改變中國能源版圖；可再生能源發展不再單一依靠電網，除了從電網輸出，還可以從“氫網”輸出；棄光、棄風、棄水能，通過氫的儲能、消納“削峰填谷”。這些都會產生巨大的商業機會。前不久山西省能源研究會與德國政府能源機構簽署了長期合作協議，就是要搭建清潔能源發展平臺，推動包括氫能在內的新能源技術、設備、商務互動合作。
煤炭制氫，煤氣化制氫的成本最低。山西迎來由“煤都”向“氫都”轉變的機遇，已經出臺的山西省“十四五”規劃中，將氫能作為山西“七大先導性未來產業”進行重點培育的決策是正確的。
氫能發展同時是一個系統問題，從制氫到運氫，每一個過程都充滿挑戰。氫能產業面臨諸多技術瓶頸和產業短板。從核心部件看，氫燃料電池的膜電極、高壓儲氫罐等設備主要依賴進口。從安全標準看，氫氣具有易燃易爆易泄露等特性，氫能的開發尤其是安全問題，事關氫能發展的命運，如果安全沒解決不好，對整個行業影響將是致命的，要吸取發展核能的教訓。氫能目前所處階段類似于鋰電池在2010年的階段，尚屬于整個行業的導入階段，未來隨著技術的不斷突破和規?；档统杀?，將加快氫能源商業化進程。
四、“氫”啟未來 “煤都”變“氫都”
燃料電池公交已在大同市圈了粉，現在大同有一百多輛氫燃料電池公交運營，供給燃料的是一座集制氫加氫為一體的加氫站，這是全國目前已運行的唯一的一座。今年還要再建兩座，別看數量少，關鍵是技術含量高。在這條自動化生產線上，4臺機器人平均每小時能組裝4套發動機，年生產能力可達到1萬套，產值達到一個億。
目前在大同已經形成了應用端氫燃料電池汽車、制氫加氫一體的加氫站以及氫燃料電池汽車發動機生產線等氫產業規?；l展。從“煤都”變“氫都”，大同在這一領域走在了全國的前列
五、從氫能端和燃料電池兩端發力倒逼整個產業鏈的完善
發展氫能是大同市轉型發展的一次難得機遇，從氫燃料電池公交這一場景應用切入，從氫能端和燃料電池兩端發力，帶動制氫、儲氫、氫燃料電池和整車制造在內的完整產業鏈形成。
氫燃料電池制造，依托新研氫能和雄韜氫雄的氫燃料電池項目，引入先進技術實現對膜電極、質子交換膜、催化劑、氫氣循環泵等關鍵技術和設備的開發，并進行示范和生產。
氫能源應用領域——依托陜汽、中植、中車集團等在大同市的產業基礎，加快氫燃料電池整車裝備和關鍵技術突破。近期，主要進行燃料電池公交車、大巴車、機車、物流車、專用車及重卡等車輛裝備的制造和量產。遠期，進行乘用車裝備的制造和運營示范；進行固定應急電源、移動電源和氫燃料電池家用熱電聯供系統的開發、生產和試點建設。
啟動氫氣規?；迫?、提純、運輸工程，開展可再生能源發電-電解水制氫以及分布式甲醇制氫示范。在城區內物流密集區域，推廣氫燃料電池物流車的應用；打造垃圾清運、灑水車等氫燃料市政車輛的示范城市；在旅游景點開綠色氫燃料旅游用車、擺渡車等示范標桿項目。逐步形成以可再生能源制氫發電-煤制氫為主體的氫能能源供應體系，構建制氫-運氫-加氫-用氫的完整產業鏈，完善氫燃料汽車核心裝備研發、制造、產業化及應用各環節上的產業鏈，形成氫能產業的閉環、循環、健康發展形式。
六、打造全國最大的氫能重卡示范場地
在目前全國最大的氫能重卡示范場地——美錦能源華盛化工園區，每天園區內有100輛重卡負責煤炭和焦炭的運輸，而這些重卡不需要柴油，它們的動力源是氫燃料電池。據測算這一輛氫燃料電池重卡按一年行駛10萬公里計算，可以實現碳減排120噸，100輛就能減排12000噸。
目前，華盛化工配套建設的制氫工廠已經投入使用，制氫工廠規模每小時2000立方米，成本每千克12元，配套的加氫站每千克氫氣售價不超過20元。
到今年年底將會把氫燃料重卡的數量提高到300輛，加氫站也會繼續增加。氫燃料的功率密度是傳統化石燃料的3倍以上，尤其是對于中重卡車來說是最理想的燃料。作為A股上市企業，目前在氫能產業完成全產業鏈布局的唯一一家企業，眼下在全國范圍內控股投運的加氫站達到8座，“十四五”期間，美錦能源規劃建設投資上百座加氫站，投入新燃料物流車重卡商用車上萬輛。
美錦打造的全國最大的重卡示范場所，對山西對全國的重載物流運輸市場帶來的變革。山西作為全國重載物流運輸大省之一，目前境內的重卡運輸車，柴油車比例就達到75%左右，山西75%的在營柴油車都是“柴轉氫”的潛在對象。
為此，山西在最新出臺的“十四五”規劃中，把氫能作為“七大先導性未來產業”進行重點培育，而之所以做出這樣的戰略抉擇離不開山西發展氫能得天獨厚的優勢
七、煤企“氫”裝上陣實現規模高效低成本制氫
目前，一座年產600萬噸的焦化廠正在整合，每年可以產生22億立方米的副產品焦爐煤氣，架一根管道，只用一分鐘，焦爐煤氣就變成了高純度的氫氣，而且制作成本只有電解水制氫的四分之一。眼下，山西多家煤企紛紛“氫”裝上陣。兩個月前，在孝義市鵬飛集團，一個總投資近100億元的煤制氫產業項目開始啟動；在清徐縣美錦的煉焦爐每小時可產生12萬方的焦爐煤氣，相比電解水和化石燃料制氫，煤制氫成本最低。
美錦高純氫項目負責人竇鵬敏說，我們經過初提純的3個9（99.9%）的氫氣，進入這八個吸附塔進行精提純，雜質含量可以降到百萬分之一以下，也就是我們通常所說的5個9的高純氫（99.999%）。
美錦工業高純氫項目，目前已完成投資80億元。一期可年產1570噸高純氫，到項目全部投產后，每年可實現產值27.3億元。
項目全部投產后，年產高純氫2萬噸，可以為5600臺公交車、8000臺物流車或2200臺重卡提供運營保障，同時在省內省外建設加氫站，實現制氫、加氫聯動。
陽煤化工與清華大學聯合研制出的煤制氫設備晉華爐，煤炭轉化率高達98%以上，生產的氫氣純度可達99.99%；在晉能控股集團，正在推進氫氣回收技術改造工程，改造完成后，每年可回收氫氣5000噸
八、氫能發展的過程充滿挑戰
當期制氫方式主要有四種：化石燃料制氫、工業副產物制氫、電解水制氫、生物質制氫及其他。氫能在技術和經濟性等方面仍需進一步探索，發展氫能需要大量投資，降低氫氣生產成本尤為關鍵。目前，全球98%的氫氣來自灰氫，1%是綠氫，1%為藍氫。經過數年發展，綠氫及藍氫成本逐步降低。電解槽是可再生能源制氫的基本設備，需要實現電解裝置的規?；a。但因為可再生能源制氫，電解水制氫的方式雖是一個未來的方向，但其成本高昂，耗電量巨大，還需要進一步研發突破。只有做到“綠色氫能”，才能實現未來能源的可持續發展。如果氫能的大規模開發依靠煤制氫、天然氣制氫，就解決不了“綠色”的問題，同時，燃料電池也談不上清潔技術，“只有從可再生能源出發進行氫能制備，整個鏈條才屬于清潔技術?！?
山西的優勢至少三個：資源、技術、政策。資源上，山西省是國家重要的能源基地，擁有豐富的煤炭資源。煤炭制氫，煉焦的過程中的副產品單會產生大量的氫氣，從制氫的成本來看，煤氣化制氫的成本是最低的，極具競爭力。就從大同看，大同市境內探明煤炭儲量為312億噸，具備低成本煤制氫的天然優勢。目前正在籌建的年產11萬噸煤制氫項目，每立方米制氫成本約為0.8元，比天然氣制氫和電解水制氫更具優勢。眾多新能源領軍企業紛紛搶灘山西布局氫能賽道，焦爐煤氣制氫、氯堿尾氣制氫等一批重點項目相繼立項建設。僅北京首航艾啟威節能技術股份有限公司則計劃在大同市建設至少3座制氫工廠、10至20座加氫站和3至5座分布式氫能源電站，他們看中的也是這一點。技術上的優勢，在于我們歷史上有傳統的煤化工技術隊伍。
政策支持是發展氫能的關鍵推動力。政策上，山西能把氫能產業發展好的優勢還集中新能源產業發展政策支持方面。當前國內出臺氫能產業相關政策主要分為產業發展、技術研發、財政支持三個方面。產業發展方面，需要政府統籌規劃氫能產業發展路線，分階段推進氫能技術升級和產業升級。技術研發方面，需要重點突破制氫、儲氫、燃料電池等關鍵技術攻關。提高能源終端利用效率方面，需要依托氫燃料電池技術，建立分布式能源網絡，做到區域或城市電力、熱能和冷能的聯合供應。財政的支持要有力度和引導性。如我前面說的，山西迎來由“煤都”向“氫都”轉變的機遇，已經出臺的山西省“十四五”規劃中，將氫能作為山西“七大先導性未來產業”進行重點培育，后續借助國家能源革命排頭兵和綜合改革試驗示范區的獨特政策環境可以發力?？梢灶A見，在不遠的將來，氫能會像煤炭一樣，成為山西下一張王者榮耀的名片，氫能產業將如雨后春筍般茁壯成長。
九、氫能產業是未來產業重點發展的方向
在煤制氫、焦爐煤氣制氫方面山西的先天優勢得天獨厚。截至目前，山西省新能源和可再生能源發電機組占比超過30%，新能源發電量321億千瓦時，同比增長76%；風電裝機容量達2047萬千瓦，光伏裝機容量達1337萬千瓦，位居全國前列。這為山西開辟規?；娊馑茪湫沦惖绖撛炝藯l件。
從氫的制取方式來講，最普遍和最成熟的方式是化工制氫，其具有生產規模大、技術成熟的特點。但這樣制取的氫氣大都含有相當數量的碳，根據不同的碳排放量，又把氫分為灰氫（含有碳）、藍（含碳但已經過碳捕集和回收）。目前，山西的煤制氫技術已經很成熟，可以達到99.999%的提純。將來的綠氫（不含碳）就是我們要開辟的新賽道。綠氫是指完全由水電、風電、光伏等可再生能源發電，通過電解水制取的氫，在生產過程中沒有碳產生，所以最符合碳減排要求。這方面已有企業在突破這方面的技術，比如潞安集團正在做。煤制氫、焦爐煤氣制氫方面還是電解水制氫，主要取決于經濟成本和經濟效益。
電解水成本偏高，降成本主要依賴電價。由于電費占整個水電解制氫生產費用的80%左右，因此水電解制氫成本的關鍵在于耗能問題。存在兩條降成本途徑：一是降低電解過程中的能耗，可通過開發 PEM（質子交換膜電解） 及 SOEC（固體氧化物電解） 技術來實現；二是采用低成本電力為制氫原料，關鍵在于依靠光伏和風電的發展。以大工業電價均價0.61 元/ kW·h 計算，當前電解水制氫的成本為3.69元/Nm3。
當用電價格低于0.50元/kWh 時，電解水制備的氫氣成本才可與汽油相當。光伏系統發電成本0.5930元/kWh，風電度電成本約為0.3656 元/kWh，且在未來仍有一定的下降空間。在制氫過程中，通過使用CCS技術，提升氫的生產，降低制氫成本。
內蒙古、山西原煤產量領先，煤價也相對偏低。當煤炭價格為 600元時，大規模煤氣化生產氫氣的成本為1.1元/ Nm3。如果在煤資源豐富的地區，當煤炭價格降低至200元/噸時，制氫氣的成本可能降低為0.34元/ Nm3。但由于現在煤炭價格高起 1200元/噸，下降空間有限，且煤氣化制氫企業已形成較大規模，未來煤制氫降成本空間較小。
從傳統制氫，到電解水制氫，技術的成熟必將抵達氫能獲取的終極目標——綠氫。山西未雨綢繆，在這些方面，立足傳統優勢而不拘泥于傳統，把比較優勢轉化為彎道超車換道領跑的勢能。
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