原創(chuàng) 觀察者網(wǎng) 周宇舫 科工力量 2023-06-27 19:01 發(fā)表于上海
劉泰生國家萬人計(jì)劃科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，東方電氣（福建）創(chuàng)新研究院有限公司執(zhí)行董事、總經(jīng)理
6月2日，由中國東方電氣集團(tuán)有限公司與謝和平院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合開展的全球首次海上風(fēng)電無淡化海水原位直接電解制氫技術(shù)海上中試在福建興化灣海上風(fēng)電場(chǎng)獲得成功。據(jù)了解，海水無淡化原位直接電解制氫技術(shù)成果由謝和平院士團(tuán)隊(duì)于2022年11月30日在Nature正刊發(fā)表，被評(píng)為2022年中國科學(xué)十大進(jìn)展之一。觀察者網(wǎng)專訪了東方電氣集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司副總經(jīng)理、東方電氣(福建)創(chuàng)新研究院有限公司執(zhí)行董事、總經(jīng)理劉泰生，探討本次技術(shù)突破對(duì)于氫能行業(yè)的意義。
12月16日，深圳大學(xué)/四川大學(xué)謝和平院士團(tuán)隊(duì)與東方電氣股份有限公司、東方電氣（福建）創(chuàng)新研究院有限公司簽署“海水無淡化原位直接電解制氫原創(chuàng)技術(shù)中試和產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用”的四方合作協(xié)議。觀察者網(wǎng)：海水直接電解制氫是困擾世界半個(gè)多世紀(jì)的難題，它主要面臨的難題是哪些？從海水制氫概念提出后，全世界就在不斷探索。迄今為止50多年，效果仍然不理想。電解海水制氫，有兩種路徑，第一是先淡化海水，再進(jìn)行制氫，這是現(xiàn)有各種技術(shù)的結(jié)合。第二是海水直接電解制氫，即把電解槽泡在海水里直接操作。近50年來，海水直接電解制氫的進(jìn)展還不足以達(dá)到走出實(shí)驗(yàn)室，更不用提商業(yè)化。目前僅僅能夠在實(shí)驗(yàn)室里持續(xù)100-200個(gè)小時(shí)。海水成分復(fù)雜，里面有多種元素、離子化合物等，在電解過程中會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)性反應(yīng)，導(dǎo)致失效。舉例而言，在陰極，氫離子變成氫氣，同時(shí)，鈣離子、鎂離子也會(huì)發(fā)生反應(yīng)，生成氫氧化鈣、氫氧化鎂，產(chǎn)生固體物質(zhì)。一旦累積，就會(huì)沉積在催化劑或電極表面堵塞導(dǎo)致失活，從而使整體效率下降，無法進(jìn)行電解。這是在陰極上可能發(fā)生的問題。在生成氧氣的陽極，由于存在氯離子，在生成氧氣的同時(shí)會(huì)生成氯氣，這是競(jìng)爭(zhēng)性副反應(yīng)。氯氣生成后溶解在水里會(huì)生成次氯酸，造成腐蝕。這些問題也導(dǎo)致了一系列后續(xù)問題的發(fā)生。這是最典型的發(fā)生在海水直接制氫領(lǐng)域的問題，在陰極和陽極上會(huì)發(fā)生沉積、腐蝕、堵塞、失活等各種問題。根本原因是，由于海水成分復(fù)雜，可能同時(shí)存在多種競(jìng)爭(zhēng)性副反應(yīng)，引發(fā)不可預(yù)料的結(jié)果，目前還沒有完美的解決方案，因此傳統(tǒng)的海水直接電解制氫領(lǐng)域進(jìn)展一直不明朗。觀察者網(wǎng)：為什么純水淡化這條路線也不經(jīng)濟(jì)呢？海水通過設(shè)備進(jìn)行淡化，存在兩方面問題。第一，設(shè)備成本高；第二，設(shè)備占地大。過去，膜技術(shù)沒有突破時(shí)，只能通過熱法進(jìn)行淡化，不但成本高，而且需要熱源，很麻煩。即使后來膜法被發(fā)明，電費(fèi)與反滲透膜的成本也較高。此外，海水通過膜法淡化后，還面臨著濃縮廢水處理問題，也需要額外設(shè)備與成本。尤其是在某些特殊應(yīng)用場(chǎng)景，不具備相應(yīng)空間條件。同時(shí)，整體系統(tǒng)檢修和維護(hù)工作量也較大?？偠灾Ｋ良兯匐娊?，成本較高，占地較大。因此，雖然這條路理論上行得通，但從經(jīng)濟(jì)性上有一定挑戰(zhàn)，國內(nèi)外也少有人嘗試。觀察者網(wǎng)：請(qǐng)您談一下這次物理力學(xué)過程和電化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的直接海水制氫原理。如果大家對(duì)這個(gè)原理感興趣，可以直接去看《自然（nature）》上的這篇論文，其實(shí)已經(jīng)講得很清楚了。我可以再簡(jiǎn)化一下，便于大家理解，可能跟與論文的內(nèi)容不一定完全對(duì)應(yīng)。電解水制氫領(lǐng)域，市場(chǎng)占有率最高且成熟度最高的主流技術(shù)是堿性電解水制氫，占據(jù)電解水制氫領(lǐng)域99％以上市場(chǎng)份額，是最主流、經(jīng)濟(jì)性最好、單位功率最高的技術(shù)。其電解液是30%濃度的氫氧化鉀溶液，而海水是3%鹽濃度的溶液。氫氧化鉀溶液中水的摩爾濃度明顯低于海水中水的摩爾濃度。按照傳質(zhì)的基本原理，由于濃度差，海水中的水會(huì)自然向堿性電解液流動(dòng)，這是一個(gè)自驅(qū)動(dòng)的過程。這時(shí)，如果設(shè)置一個(gè)膜，只讓水分子通過，不讓其它離子通過，就實(shí)現(xiàn)了向堿性電解液補(bǔ)水的效果。堿性電解液中的水分子在電解過程中不斷被消耗，而海水中的水分子利用膜的選擇性滲透作用，不斷補(bǔ)充到堿性電解液里面，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡，源源不斷地對(duì)海水中的水進(jìn)行電解。這項(xiàng)技術(shù)適用于最普通、最經(jīng)濟(jì)的堿性電解液，通過海水和堿性電解液中水的摩爾濃度差進(jìn)行自驅(qū)動(dòng)，不需要任何外來電力就可以實(shí)現(xiàn)，這就是其原理與優(yōu)勢(shì)所在，與傳統(tǒng)利用反滲透膜進(jìn)行海水淡化的原理不一樣。海水無淡化原位直接電解制氫原理的部分圖解，圖自謝和平院士團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志上表的論文《A membrane-based seawater electrolyser for hydrogen generation》觀察者網(wǎng)：既然這個(gè)原理一直成立，為什么之前沒有走這條路？這次的突破在哪里？雖然原理看似通俗易懂。但過去我們一直拘泥于傳統(tǒng)路線，仍然按照傳統(tǒng)海水直接電解的思路，強(qiáng)調(diào)如何調(diào)整催化劑、改進(jìn)電極、調(diào)整電解液等。謝和平院士團(tuán)隊(duì)走上這條路是多學(xué)科交叉、跨界研究的成果。謝院士從事多種跨界研究，將補(bǔ)水原理運(yùn)用于海水制氫的想法，是在另一案例中探討失敗原因時(shí)獲得的靈感。他山之石，可以攻玉。這是突破傳統(tǒng)思維的新路徑，彰顯了多學(xué)科綜合和學(xué)科交叉對(duì)創(chuàng)新的促進(jìn)推動(dòng)作用。觀察者網(wǎng)：這次從原理突破到中試進(jìn)展非?？?，您剛才提到的膜，也是一個(gè)前沿的領(lǐng)域，我們?cè)诠こ躺弦呀?jīng)比較成熟了嗎？是否只要達(dá)到原理的突破，就能夠很快實(shí)現(xiàn)？不能這樣說。如果只是在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)初級(jí)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以不斷改進(jìn)和調(diào)整，完成小批量的工作，這是可以勝任的。但是，如果要實(shí)現(xiàn)工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用，還有很長(zhǎng)的路要走。還有很多問題需要解決，例如表面改性、改進(jìn)抗拉伸、抗沖擊、抗疲勞以及抗腐蝕性能，還有抗海洋生物附著能力等。有些問題在實(shí)驗(yàn)室里面發(fā)現(xiàn)不了，需要在真實(shí)海洋場(chǎng)景里才會(huì)逐漸暴露出來。在膜的方面，還不成熟，從原理突破到實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的路上，還有很多問題。由東方電氣集團(tuán)與中國工程院謝和平院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合研制的全球首套與可再生能源相結(jié)合的漂浮式海上制氫平臺(tái)“東福一號(hào)”觀察者網(wǎng)：能否請(qǐng)您介紹一下目前中試的進(jìn)展？據(jù)報(bào)道稱，原理樣機(jī)在真實(shí)海水中穩(wěn)定制氫超過3200個(gè)小時(shí)，4個(gè)多月，而從去年11月底論文在《Nature》發(fā)表，到現(xiàn)在正好是接近的時(shí)間。在論文發(fā)表時(shí)，是否中試已經(jīng)在進(jìn)行？我們公司在與謝院士簽訂了產(chǎn)業(yè)化合作協(xié)議后，經(jīng)過了一段時(shí)間的前期準(zhǔn)備過程才開始中試。至于為什么我們進(jìn)展如此迅速，有幾個(gè)原因。首先，從企業(yè)角度出發(fā)，公司投資獲得知識(shí)產(chǎn)權(quán)的共享，并與謝院士團(tuán)隊(duì)達(dá)成了獨(dú)家產(chǎn)業(yè)化合作關(guān)系。在這以后，盡快實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，將投資變現(xiàn)為產(chǎn)品，是我們的責(zé)任和義務(wù)，也是我們的驅(qū)動(dòng)力。其次，公司認(rèn)同謝院士所提出的原理以及其技術(shù)途徑。作為企業(yè)，我們了解市場(chǎng)對(duì)于海水淡化與氫能發(fā)展的趨勢(shì)與需求。這是巨大的驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)我們盡快落實(shí)，把技術(shù)推向市場(chǎng)。第三，與企業(yè)文化有關(guān)。東方電氣成立之初是一家三線企業(yè)，與東部或沿海企業(yè)相比，公司是在相對(duì)困難的情況下發(fā)展壯大起來的。我們企業(yè)文化本身也有自力更生、自主創(chuàng)新、敢闖敢試的價(jià)值觀。關(guān)于謝院士的技術(shù)成果，東方電氣并不是第一家被尋求合作的伙伴。在我們之前，有很多名聲、實(shí)力、規(guī)模都遠(yuǎn)勝于我們的企業(yè)被征詢過合作意愿。甚至在東方電氣集團(tuán)內(nèi)部，我們也不是第一志愿的合作伙伴。我所屬的企業(yè)是東方電氣（福建）創(chuàng)新研究院，規(guī)模相對(duì)較小。我們很幸運(yùn)，能夠理解技術(shù)，抓住機(jī)遇，希望盡快變現(xiàn)成為市場(chǎng)產(chǎn)品，這是我們內(nèi)生的驅(qū)動(dòng)力。中試的各項(xiàng)工作是在今年春節(jié)前開始的，我們加班加點(diǎn)，效率比較高，才能在5月底完成。觀察者網(wǎng)：咱們工程應(yīng)用方面的基礎(chǔ)也比較好？確實(shí)如此。作為裝備制造行業(yè)的企業(yè)，公司在這些年有很多積累，在生產(chǎn)制造、投運(yùn)調(diào)試等，都有良好的基礎(chǔ)。其次，我們了解市場(chǎng)需求與痛點(diǎn)。我們最大的優(yōu)勢(shì)是，能夠把先進(jìn)技術(shù)、市場(chǎng)需求及自身裝備制造能力相結(jié)合，這也是能夠快速進(jìn)入市場(chǎng)，快速進(jìn)行研發(fā)的優(yōu)勢(shì)。觀察者網(wǎng)：能不能談?wù)効朔四男├щy？困難比較多。首先，對(duì)于我們來說，氫能也屬于跨界領(lǐng)域。東方電氣是從事發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)的，涉及各種燃煤火力發(fā)電（鍋爐、汽輪機(jī)）、風(fēng)電設(shè)備、核能發(fā)電設(shè)備等。進(jìn)入氫能領(lǐng)域?qū)儆诳缃?，雖然有一定的基礎(chǔ)，但是并不扎實(shí)。好在氫能行業(yè)是新興的，本身歷史較短，積累較少，所以邁過門檻也較容易。2021年，東方氫能產(chǎn)業(yè)園正式動(dòng)工，將是國內(nèi)首個(gè)制儲(chǔ)用一體化多場(chǎng)景氫能全產(chǎn)業(yè)技術(shù)應(yīng)用示范園。圖自《中國電力報(bào)》在這方面，企業(yè)首先專門建立了強(qiáng)大的綜合專業(yè)人才隊(duì)伍。在中試方面，我本人（國家高層次人才特殊支持計(jì)劃人才）帶隊(duì)，隊(duì)伍里有4個(gè)博士，其余的是985、211畢業(yè)的碩士，是個(gè)碩博聯(lián)合團(tuán)隊(duì)。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)成員的專業(yè)齊備，有動(dòng)力工程、化工、機(jī)械、電氣等，能夠解決現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)、制造各方面的問題。目前，我們的隊(duì)伍共有12人。其次，東方電氣（福建）創(chuàng)新研究院是去年8月30日成立的，絕大部分團(tuán)隊(duì)成員都是去年10月份后才入職的。新企業(yè)與新人在創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新過程中的好處是，沒有思想包袱，沒有既得利益，沒有固定思維，具備一個(gè)創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)的良好面貌。在產(chǎn)業(yè)突破方面，精氣神非常重要。要有敢闖敢拼的精神，突破傳統(tǒng)思維與慣性，用新知識(shí)沖擊傳統(tǒng)理解。最后，我們盡可能讓一線團(tuán)隊(duì)掌握自主權(quán)。在研發(fā)過程中有很多困難，比如如何將風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的大幅波動(dòng)的交流電轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定不間斷供應(yīng)電解槽的直流電，如何克服海風(fēng)、海浪造成的浮體晃動(dòng)對(duì)電解槽安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響？類似這些困難，需要把現(xiàn)場(chǎng)決策權(quán)、技術(shù)更改權(quán)、技術(shù)拍板權(quán)，全部下放到現(xiàn)場(chǎng)。這是克服困難，加快進(jìn)度，解決問題的有效方式。不要層層批準(zhǔn)請(qǐng)示，如果團(tuán)隊(duì)覺得合適，只要不違規(guī)，我就支持。比如電流的變化。海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電力，原位電解制氫需要輸入的電力，二者是不一樣的。海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出高壓交流電，要穩(wěn)定轉(zhuǎn)化為幾伏的直流電。這個(gè)電流的變化過程看似簡(jiǎn)單，實(shí)際困難很大。海上風(fēng)電功率不穩(wěn)定，如何通過整流變化實(shí)現(xiàn)電的平穩(wěn)輸出？進(jìn)行電流、電源的變化管理，還要維持經(jīng)濟(jì)性，這是很花心思的。再比如海上電纜。隨著潮漲潮落，電纜一會(huì)兒拉直甚至快要繃斷，一會(huì)兒過松甚至快要飄走。為了解決海上漂浮式浮體供電的電纜問題，我們想了很多辦法，最后終于用半固定式浮筒的方式把電纜固定住。同時(shí)，還有自轉(zhuǎn)式的、自收緊的、自收放的裝置，適應(yīng)潮汐的變化，使得電纜長(zhǎng)度能夠自然適應(yīng)海洋洋流和潮汐變化的需求，這些問題只有現(xiàn)場(chǎng)才能感受到。另外，如何能夠讓漂浮體盡可能穩(wěn)定在海面上，如何加固，增強(qiáng)抗風(fēng)浪能力，也很不容易。觀察者網(wǎng)：要解決您說的這些具體問題，其實(shí)要用到很多設(shè)備裝置。能不能談?wù)劗a(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和上下游供應(yīng)鏈的支持？在興化灣邊上的三峽產(chǎn)業(yè)園里有一家東方電氣的子企業(yè)，東方電氣風(fēng)電（福建）有限公司，提供產(chǎn)業(yè)支持，從事加工、維護(hù)、改造、吊裝、檢修等業(yè)務(wù)。同時(shí)，東方電氣集團(tuán)在興化灣還有一家從事海上風(fēng)電維護(hù)檢修的公司，能夠提供電氣方面的服務(wù)工作與安全工作。本次出海的安全工作，都是由當(dāng)?shù)貣|方電氣子企業(yè)專門派遣的安全員完成的，包括安全督查、安全檢查、安全防范等，使得實(shí)驗(yàn)得以順利開展。本地產(chǎn)業(yè)鏈上的各個(gè)企業(yè)，以及業(yè)主方（三峽集團(tuán)）都給予了很大支持。我們用的風(fēng)機(jī)位于三峽集團(tuán)興化灣海上風(fēng)電場(chǎng)，是由東方電氣集團(tuán)設(shè)計(jì)制造之后賣給三峽集團(tuán)的。本次出海，我們得到了上下游兄弟企業(yè)各個(gè)方面的支持幫助，也有助于我們解決現(xiàn)場(chǎng)的很多問題。還有地方政府，尤其是福清市政府，給予我們?nèi)轿坏闹С趾蛶椭?/span>三峽集團(tuán)福建福清興化灣二期海上風(fēng)電場(chǎng)，福建省發(fā)改委供圖觀察者網(wǎng)：您說的12人的核心團(tuán)隊(duì)，他的平均年齡應(yīng)該非常年輕吧？確實(shí)比較年輕。隊(duì)伍中有10個(gè)人是去年10月份以后才加入到我們創(chuàng)新研究院。這10個(gè)人基本上都是30歲以下，年紀(jì)最大的是一名剛畢業(yè)的博士，才28歲。他們從高校里接收各行業(yè)最新的知識(shí)，能很快理解海水制氫原理。所以，做新產(chǎn)業(yè)，要用最新的人，因?yàn)樗麄冋莆招袠I(yè)里最前沿的、最先進(jìn)的理念和技術(shù)。觀察者網(wǎng)：請(qǐng)您談一下產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)前景。有報(bào)道稱，電解能耗大約是每立方氫氣5千瓦時(shí),這個(gè)數(shù)據(jù)與目前純水制氫的能耗較為接近。未來有沒有可能進(jìn)一步降低？其實(shí)你仔細(xì)看我們的技術(shù)原理就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它只涉及補(bǔ)充淡水的問題，并不涉及電解過程中的能耗。這個(gè)解決角度非常巧妙，與傳統(tǒng)海水直接電解制氫不同的是，我們用先進(jìn)的膜技術(shù)加上最傳統(tǒng)、最成熟的堿性電解水技術(shù)合成新技術(shù)，其能耗與電解槽自身水平有關(guān)。電解槽的能耗低，整體能耗就低。舉例而言，在堿性電解水制氫方面，目前國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了每生成1立方米氫氣消耗4.3度電的報(bào)道，較之于我們傳統(tǒng)方式下每立方米5度電的消耗，是明顯進(jìn)步。未來在制氫的能耗上會(huì)有進(jìn)一步降低，主要途徑是電解槽技術(shù)的提升。觀察者網(wǎng):您之前還強(qiáng)調(diào)，東方電氣了解這方面的市場(chǎng)和需求，知道這個(gè)場(chǎng)景下可能這樣做是非常有經(jīng)濟(jì)性的，能不能談一下這方面的需求以及應(yīng)用場(chǎng)景前景如何？首先，深遠(yuǎn)海的能源開發(fā)。離岸100公里以上的海上風(fēng)電資源非常豐富，風(fēng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于岸上或近海。但深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電的問題在于，發(fā)的電無法輸送回陸地。鋪設(shè)海底電纜的代價(jià)和難度太高，面臨著電能必須就地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的問題。如果通過電解水制氫，在海上也面臨缺少淡水的問題。因此，盡可能低成本地電解海水，是自然而然的方向。隨著國家海上風(fēng)電的發(fā)展，走向深遠(yuǎn)海是未來市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，能不能從空氣中提取氮?dú)?，與氫一起合成氨，從而建立海洋化工廠？因此，深遠(yuǎn)海能源利用對(duì)海水電解制氫提出了非常大的需求。第二，中國對(duì)氫的需求量很大。目前，大部分氫來自于煤化工制氫，或石油天然氣制氫，碳排放高。一直有聲音呼吁新的氫氣來源，這是國內(nèi)很多地方的共同需求。同時(shí)，中國也存在很多電力富余的情況，尤其是在西北地區(qū)，甚至東南沿海某些地區(qū)，電網(wǎng)無法消納，電力存儲(chǔ)成本太高，浪費(fèi)又太可惜，如果能夠用于海水制氫是最好的。對(duì)于海水制氫或非淡水制氫，市場(chǎng)需求是真實(shí)迫切的，也是行業(yè)痛點(diǎn)。從這個(gè)角度出發(fā)，我們認(rèn)同這個(gè)技術(shù)，對(duì)其市場(chǎng)價(jià)值有深切感受。觀察者網(wǎng)：也有報(bào)道介紹，這個(gè)原理可以推廣到多元化水資源，例如河水、廢水、鹽湖等，直接原位制氫。您剛才也提到，比如西北棄風(fēng)棄光的現(xiàn)象比較突出。能否再展開談?wù)劧嘣Y源制氫的利用前景？多元化水資源利用前景非常好，在內(nèi)陸應(yīng)用范圍非常廣，只要廢水、污水的水摩爾濃度高于堿性電解質(zhì)的水摩爾濃度，這項(xiàng)技術(shù)就可以應(yīng)用于很多非淡水的情境。例如在西北的酒泉、哈密地區(qū)，電價(jià)非常便宜，但是電送不出來，也消耗不掉。這些地方缺水，無法實(shí)現(xiàn)淡水制氫。但是城市總有廢水，比如居民生活廢水、苦咸水、鹽湖水等，都可以制氫。在其他省份，比如火電廠有各種脫硫廢水，經(jīng)過簡(jiǎn)單預(yù)處理后，都可以運(yùn)用我們的技術(shù)進(jìn)行制氫。現(xiàn)在很多可再生能源所產(chǎn)生的電力富余，對(duì)高效經(jīng)濟(jì)地制氫提供了很大支持。它的適應(yīng)面非常廣，幾乎放之四海皆可用。所以最近對(duì)我們這項(xiàng)技術(shù)感興趣的，除了從事海上業(yè)務(wù)的企業(yè)以外，還有很多內(nèi)陸企業(yè)，比如油氣田開發(fā)企業(yè)、煤化工企業(yè)、火電企業(yè)等。業(yè)務(wù)開發(fā)出來后，來自于內(nèi)陸的需求，可能比沿海的需求更多。觀察者網(wǎng)：有很多行業(yè)，例如煤化工，如果在制氫后繼續(xù)生產(chǎn)一些精細(xì)化工產(chǎn)品，就要用到氫氣，是不是有很多氫氣生產(chǎn)出來以后可以就地消化？可以。我舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，有些企業(yè)從事煤基多聯(lián)產(chǎn)，就是先通過煤生成熱解氣，再用這些氣體制成高價(jià)值化學(xué)品。這個(gè)過程會(huì)產(chǎn)生很多煤焦油，一般利用起來比較復(fù)雜。但是只要有氫氣，煤焦油就可以簡(jiǎn)單地被利用，轉(zhuǎn)化為更高質(zhì)量的化學(xué)品如汽油和石腦油。很多從事煤化工與煤基多聯(lián)產(chǎn)的企業(yè)，就是缺氫氣。實(shí)現(xiàn)電解廢水制氫后，對(duì)它來講，完全就把循環(huán)鏈給補(bǔ)齊了。這類企業(yè)最近對(duì)我們業(yè)務(wù)感興趣的比較多，這是一個(gè)例子，在很多其他地方也有這種需求。比如油田采油后的廢水，也可以用我們的技術(shù)制氫。有些地方甚至可以在制氫后直接轉(zhuǎn)化成合成氨，或者直接轉(zhuǎn)為其它更高附加值的化學(xué)品。氫氣用途廣泛。圖自美國能源部報(bào)告《Energy Storage Grand Challenge Roadmap》觀察者網(wǎng)：我們一些讀者可能不太了解這個(gè)產(chǎn)業(yè)的新進(jìn)展，認(rèn)為氫能的存儲(chǔ)、運(yùn)輸可能還是不太方便，成本可能比較高，會(huì)質(zhì)疑說西北棄風(fēng)棄光，既然電送出來不太經(jīng)濟(jì)，把它變成氫氣，然后運(yùn)出來是不是也不太經(jīng)濟(jì)？換言之，氫能路線的產(chǎn)業(yè)落地是不是比較遙遠(yuǎn)，這是一個(gè)相對(duì)普遍的質(zhì)疑。這個(gè)問題我想擴(kuò)展一點(diǎn)回答，氫能發(fā)展，現(xiàn)在到了一個(gè)怎樣的時(shí)機(jī)？幾年前，如果你問我這個(gè)問題，至少我當(dāng)時(shí)的態(tài)度是對(duì)氫能的發(fā)展不樂觀。我會(huì)告訴投資者，最近不要投這個(gè)產(chǎn)業(yè)，還看不到希望，往往我會(huì)補(bǔ)充一句話，在可再生能源極大豐富，且電價(jià)極其便宜的基礎(chǔ)上，氫能產(chǎn)業(yè)才會(huì)迎來它的高光時(shí)刻。從發(fā)展的趨勢(shì)上來看，我認(rèn)為現(xiàn)在已經(jīng)到氫能發(fā)展的拐點(diǎn)了。幾年前大家的擔(dān)憂都是合理的，但是現(xiàn)在拐點(diǎn)已經(jīng)成立了，因?yàn)樽钪匾那疤崾?，現(xiàn)在的可再生能源極其豐富，極其便宜。這里可以舉個(gè)例子，電價(jià)能便宜到什么樣的程度？現(xiàn)在海上風(fēng)電設(shè)備價(jià)格是5000元/千瓦，每年可以用4000小時(shí)，壽命是25年，可以發(fā)10萬度電。簡(jiǎn)單計(jì)算一下，加上合理的運(yùn)維成本，一度電成本只要6分錢。如果企業(yè)本身既是發(fā)電企業(yè)，又是制氫企業(yè)，自己建海上風(fēng)電，自己制氫，一立方米制氫成本是3毛多，一公斤制氫成本是4元。當(dāng)然，這種計(jì)算比較簡(jiǎn)單，沒有考慮資源出讓成本、稅費(fèi)和財(cái)務(wù)成本等因素?？偟膩砜?，未來風(fēng)電、光伏制氫綜合成本達(dá)到10元每公斤氫氣是完全可以實(shí)現(xiàn)的。尤其在可再生能源取得了巨大突破，海水制氫突破了淡水資源約束后，“綠電制綠氫”的成本已經(jīng)非常便宜。這是供應(yīng)方面取得的巨大進(jìn)步。制氫成本進(jìn)一步下降，會(huì)使得需求方面出現(xiàn)巨大爆發(fā)。市場(chǎng)上氫的需求很大，只是過去氫的價(jià)格太貴。如果氫能足夠便宜，會(huì)激發(fā)出很多市場(chǎng)需求。幾年前談氫需求，一直圍繞著氫燃料電池車方面的應(yīng)用。實(shí)際上，氫能在其它領(lǐng)域有更多用量，更大需求。第一個(gè)領(lǐng)域是化工和冶金。例如剛才介紹的煤焦油，煤的多聯(lián)產(chǎn)，再包括石化，都需要?dú)錃狻Ｒ郧皩?duì)氫的需求被高氫價(jià)掩蓋了，只能用別的產(chǎn)品替代；現(xiàn)在很多地方都在談氫冶煉，煉鋼過程不再用碳，轉(zhuǎn)而用氫，鋼的品質(zhì)會(huì)更高，甚至給國家鋼鐵冶煉行業(yè)帶來翻天覆地的變化。第二個(gè)領(lǐng)域是儲(chǔ)能，特別是長(zhǎng)期儲(chǔ)能。短期儲(chǔ)能方面有鋰電池，長(zhǎng)期儲(chǔ)能方面目前公認(rèn)的兩種途徑，一是抽水蓄能，二是儲(chǔ)氫。隨著國家新型電力系統(tǒng)不斷發(fā)展完善，新能源供應(yīng)越來越大，儲(chǔ)能需求也越來越高。儲(chǔ)氫需求自然也相應(yīng)增加。氫越便宜，儲(chǔ)氫的經(jīng)濟(jì)性就越好，需求量就越大。隨著可再生能源制氫價(jià)格的降低，儲(chǔ)氫行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)越來越強(qiáng)，市場(chǎng)需求量會(huì)越來越大。第三個(gè)領(lǐng)域是碳中和。實(shí)現(xiàn)CCUS(Carbon Capture，Utilization and Storage,二氧化碳捕集、利用和封存),大規(guī)模利用二氧化碳，并且產(chǎn)生一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值，必然需要利用氫能。未來碳中和最能解決規(guī)?；途哂薪?jīng)濟(jì)性的重要途徑之一就是二氧化碳加氫的催化反應(yīng)生成以甲醇為代表的化工產(chǎn)品。在化工行業(yè)，俗話說“甲醇生萬物”，有了甲醇，就能再生產(chǎn)乙烯、聚酯等各種物質(zhì)，這樣碳中和的價(jià)值化就實(shí)現(xiàn)了。所以，未來氫能在碳中和領(lǐng)域會(huì)發(fā)揮巨大作用。二氧化碳制甲醇，甲醇作燃料燒了之后再收集，這樣就能形成碳循環(huán)。CCUS技術(shù)示意圖，圖自論文《我國碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展研究》，發(fā)表于中國工程院院刊《中國工程科學(xué)》2021年第6期總之，氫能在未來產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域里運(yùn)用會(huì)越來越廣泛，因?yàn)樗袃煞矫娴耐七M(jìn)，可再生能源制綠氫的成本極大下降，使得對(duì)氫需求呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)。低價(jià)、高需，這兩者結(jié)合后，氫能產(chǎn)業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)了拐點(diǎn)。此外，在整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)鏈上，也出現(xiàn)了很多新技術(shù)。第一，固態(tài)儲(chǔ)氫使得儲(chǔ)運(yùn)成本進(jìn)一步下降，安全性進(jìn)一步提高。以前都是用氣瓶來儲(chǔ)氫，現(xiàn)在固態(tài)儲(chǔ)氫安全性更高，存儲(chǔ)量更大。第二，在管道輸運(yùn)方面，氫與天然氣混合輸運(yùn)，這些話題也慢慢提上議程，使得氫的運(yùn)輸與使用更加經(jīng)濟(jì)。第三，氫制氨。把氫和氮?dú)饨Y(jié)合起來生成氨，運(yùn)輸后再分解為氫和氮。綜上，氫的儲(chǔ)存運(yùn)輸，在這幾年得到蓬勃發(fā)展，使得大家以往對(duì)其經(jīng)濟(jì)性與安全性方面的擔(dān)憂得到進(jìn)一步緩解。供應(yīng)、需求、運(yùn)輸存儲(chǔ)等方面的問題在這幾年里面都得到了極大解決，所以氫能行業(yè)快速發(fā)展，有需求就有投入，有投入就有辦法降成本。只要市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大，行業(yè)發(fā)展馬上會(huì)進(jìn)入快車道。。觀察者網(wǎng)：您剛才說了不少前提、場(chǎng)景以及生態(tài)，中國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況與歐、美、日的對(duì)比情況怎么樣？他們也經(jīng)歷過一次反復(fù)。整體而言，10年前，日本、歐洲比中國先進(jìn)。尤其是在歐洲，關(guān)于綠能等話題討論較多，歐洲的海上風(fēng)電技術(shù)、陸上風(fēng)電技術(shù)確實(shí)比中國領(lǐng)先。當(dāng)時(shí)中國很多風(fēng)電企業(yè)、太陽能企業(yè)要到歐洲去學(xué)習(xí)技術(shù)、購買技術(shù)。當(dāng)時(shí)他們?cè)谡呱弦草^激進(jìn)，在整體環(huán)境與技術(shù)上都領(lǐng)先于中國。但是在目前階段，形勢(shì)已經(jīng)發(fā)生了逆轉(zhuǎn)。首先，從可再生能源角度出發(fā)，無論是風(fēng)電還是太陽能，中國已經(jīng)走在世界前列。整個(gè)風(fēng)電的效率、規(guī)模、單機(jī)功率、成本都遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于歐洲，太陽能也是一樣。中國的可再生能源，包括水電，全面領(lǐng)先于世界各國，這為制氫打下基礎(chǔ)。在氫領(lǐng)域，各方面業(yè)務(wù)都取得了明顯突破，尤其是儲(chǔ)氫，是以前美、歐、日所忽略的部分。長(zhǎng)期以來，西方一直用儲(chǔ)氫罐來儲(chǔ)氫，如果我們繼續(xù)走這條路線，可能一直跟在后面，永遠(yuǎn)無法實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先?，F(xiàn)在，國內(nèi)在固態(tài)儲(chǔ)氫、氨氫轉(zhuǎn)化等新路徑上取得了很好的成效。由于氫能價(jià)格偏貴等原因，歐、美、日氫能產(chǎn)業(yè)一度進(jìn)入低谷，比如豐田雖然在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)把氫燃料電池的專利握得很緊，但是因?yàn)楦刹幌氯ィ愿纱嗳砰_了，希望得到社會(huì)廣泛應(yīng)用，把汽車產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)起來。為什么他們放開了？當(dāng)時(shí)在日本國內(nèi)也沒辦法，走不下去了，全世界都進(jìn)入了一個(gè)低谷期。這幾年，他們慢慢從低谷期爬起來了，也制定了相應(yīng)氫能的支持計(jì)劃或開發(fā)計(jì)劃?，F(xiàn)在很多歐洲國家也在開展“綠電制綠氫”的大規(guī)模嘗試，比如幾家公司在挪威海上開展海水淡化后，再用海上風(fēng)電制氫，再合成氨等。但是整體而言，從目前來看，中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展至少不落后于歐、美、日的發(fā)展。從市場(chǎng)角度看，中國比他們的機(jī)遇應(yīng)該更好一些，也許未來氫能最大的市場(chǎng)機(jī)遇就在中國。2022年5月，歐盟推出REPowerEU計(jì)劃，提出在2030年之前要達(dá)到年產(chǎn)1000萬噸可再生氫的能力。觀察者網(wǎng)：最后一個(gè)問題，很多網(wǎng)友朋友關(guān)心這個(gè)產(chǎn)業(yè)會(huì)不會(huì)面臨某些環(huán)節(jié)的“卡脖子”？目前來看，基本上都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，比如我們的海水制氫，整套設(shè)備，從風(fēng)電設(shè)備到電纜、電解槽，再到所有監(jiān)控、電源系統(tǒng)，全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，換言之，如果這條路線繼續(xù)走下去，全國產(chǎn)是沒問題的。儲(chǔ)運(yùn)方面剛才我也講到了，儲(chǔ)氫罐可以實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，固態(tài)儲(chǔ)氫也可以全國產(chǎn)化，氨氫轉(zhuǎn)化也基本全國產(chǎn)化。至于氫燃料電池里有一些關(guān)鍵催化劑確實(shí)是進(jìn)口的，掌握在西方手里，這是事實(shí)。但我個(gè)人相信，通過幾年努力，也可以達(dá)到完全國產(chǎn)化。氫燃料電池問題解決后，氫能產(chǎn)業(yè)鏈全國產(chǎn)化基本就沒有阻礙了。關(guān)于氫化工、氫冶煉，我相信以中國人的智慧和能力，肯定能解決這個(gè)問題。雖然現(xiàn)在還沒有開始用氫冶煉鋼鐵，但是我相信，只要開始干，肯定沒問題。再比如，中國有很多地方已經(jīng)開始嘗試氫與二氧化碳的合成，甚至于有些地方已經(jīng)合成淀粉。我認(rèn)為，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，從技術(shù)、生產(chǎn)及市場(chǎng)都已經(jīng)打通了，除了極個(gè)別的點(diǎn)需要努力以外，基本上已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)完全國產(chǎn)化。
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