專家簡(jiǎn)介
李毅中，教授級(jí)高級(jí)工程師，工業(yè)和信息化部原部長(zhǎng)、黨組書(shū)記，中國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)聯(lián)合會(huì)會(huì)長(zhǎng)。中共第十四屆、十五屆中央候補(bǔ)委員，第十六屆、十七屆中央委員，第十一屆全國(guó)政協(xié)委員，第十二屆全國(guó)政協(xié)常委。
歷任中國(guó)石化集團(tuán)公司總經(jīng)理、黨組書(shū)記兼中國(guó)石化股份公司董事長(zhǎng)，國(guó)務(wù)院國(guó)資委黨委書(shū)記、副主任;國(guó)家安監(jiān)總局局長(zhǎng)、黨組書(shū)記。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈的制備—儲(chǔ)運(yùn)—加注—應(yīng)用四個(gè)環(huán)節(jié)中，制氫是龍頭。自然界并沒(méi)有礦藏氫氣，氫氣是二次能源，需要人工制備。制氫是個(gè)老話題，也是新話題。說(shuō)其“老”，因?yàn)橐延袕幕茉粗茪渖a(chǎn)水煤氣、合成氨尿素、甲醇等化工產(chǎn)品成熟的氫碳平衡的工藝技術(shù);說(shuō)其“新”，因?yàn)闅浣?jīng)燃料電池轉(zhuǎn)化為電，開(kāi)辟了新用途，產(chǎn)生了新需求，也伴生了新問(wèn)題。因此需要認(rèn)真研究，科學(xué)把握。
氫能源發(fā)展正當(dāng)其時(shí)，要科學(xué)合理地選擇制氫工藝路徑，必須從源頭以環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全、高效的要求實(shí)現(xiàn)氫能的供給。
首先，選擇獲得氫源的路徑，要避免CO2的大量排放。其次，制氫路徑的選擇要把握環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、能效性。
制氫路徑
選擇獲得氫源的路徑，要避免CO2的大量排放。
一般地說(shuō)，制備氫氣有幾種途徑：
第一，化石能源制氫。煤、天然氣、石油(包括輕烴、石腦油、重油)為原料發(fā)展化工不是以氫氣為最終產(chǎn)品，而是進(jìn)一步生產(chǎn)化工產(chǎn)品或用以深度加工提高質(zhì)量和收率。煤炭中含氫很少，煤種不同只有2%~5%，存在于高分子側(cè)鏈和官能團(tuán)中。主要是用生產(chǎn)水煤氣的方式產(chǎn)氫，同時(shí)伴生大量CO和CO2，進(jìn)一步合成將碳固定在目的產(chǎn)品中，如尿素、甲醇等，避免或減少了CO2的大量排放。天然氣和石油組分中含氫較高，約在15%以上，以甲烷為例，與水反應(yīng)生成氫氣和CO2，氫氣收率較高，同樣進(jìn)一步合成為相關(guān)石化產(chǎn)品。如果將氫作為目的產(chǎn)品，不可逾越的問(wèn)題是CO2的出路。生產(chǎn)1kg氫伴生的CO2重量，煤制氫約為11公斤，天然氣制氫約為5.5公斤，輕油制氫約7公斤。作為溫室氣體的CO2絕不允許大量排放，氣候變暖是對(duì)人類的威脅，少量排放也將會(huì)征收高額碳稅。所謂CO2的捕集、利用和封存技術(shù)(CCUS或CCS)尚在試驗(yàn)并未產(chǎn)業(yè)化，亟待科技攻關(guān)。因此可以說(shuō)，在當(dāng)下的技術(shù)條件下，雖然化石能源制氫技術(shù)成熟，但此路徑并不可取，不宜新建。至于用甲醇裂解制氫伴生約7倍的CO2，如以乙烯、丙烯為產(chǎn)品是可行的，但以H2為目的產(chǎn)品，CO2同樣不能大量排放，況且甲醇就是由煤制得的。
2019年6月“世界能源理事會(huì)”把這種伴有大量CO2排放的氫稱為“灰氫”，把CO2通過(guò)CCUS或CCS利用或封存避免排放的氫稱為“藍(lán)氫”。顯然“灰氫”不可取，灰變藍(lán)才可以用。要加快CCS的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，據(jù)悉日本川崎重工在澳大利亞用泥碳制氫已將CO2注入海底，需待考證。
第二，工業(yè)副產(chǎn)氫氣的回收提純利用。煉油尾氣、乙烯尾氣、氯矸尾氣中含有不同比例的氫氣。氫氣是石油化工寶貴的資源，通過(guò)加氫處理、加氫裂化等工藝過(guò)程可提高產(chǎn)品質(zhì)量和收率。現(xiàn)在大體做到了能收盡收，能用盡用。即使有少量未能回收也混入燃?xì)庾鳛槿剂喜⑽磁欧牛髽I(yè)現(xiàn)已普遍“消滅”了火炬。從石油化工尾氣中回收的氫氣首先是滿足自用，是否能有較多余量外供，需研究協(xié)調(diào)平衡。
至于焦?fàn)t氣，即煤在隔絕空氣加熱干餾生成主產(chǎn)品焦炭，副產(chǎn)焦?fàn)t氣和煤焦油等。焦?fàn)t氣中含氫約50%~60%(V)，其余是甲烷等，折算其中氫的重量收率不到2%。焦?fàn)t氣是合適的化工原料，也可作為燃料氣利用。無(wú)論從安全、環(huán)保還是資源節(jié)約，都不可能大量放空，甲烷也是“厲害”的溫室氣體。從焦?fàn)t氣和其他工業(yè)含氫尾氣中要通過(guò)脫硫、CO變換、甲烷化、變壓吸附(PSA)等處理提純到99.99%的氫純度并除去CO、硫化物、鹵化物等有害雜質(zhì)，以防止用于燃料電池時(shí)使催化劑“中毒”。就煤焦化而言，其主產(chǎn)品焦炭主要用于煉鐵，一噸鐵約需0.35噸焦炭，如果把焦?fàn)t氣作為主要目的產(chǎn)品而擴(kuò)大煉焦能力會(huì)造成焦炭的嚴(yán)重過(guò)剩，就本末倒置了，何況煉焦本身是高耗能、高污染，更要防止產(chǎn)能過(guò)剩。
第三，電解水制氫。是潔凈的制氫技術(shù)。其中用可再生能源電解水制得的氫被“世界能源理事會(huì)”稱為“綠氫”，是未來(lái)制氫的發(fā)展方向。需要研究的一是要用非化石能源產(chǎn)生的清潔電源，如果用火電就沒(méi)有意義了，這就要建立清潔電源的專用分布式電網(wǎng)。二是耗電過(guò)高要大力降低耗電，提高制氫能效。三是利用棄水、棄風(fēng)、棄光“三棄”電量是可能的，數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過(guò)努力，2018年我國(guó)“棄水、棄風(fēng)、棄光”率分別是5.8%、7%和3.1%，國(guó)際先進(jìn)水平是3%，仍有一定潛力。減少“三棄”可以攤薄總發(fā)電成本，如電力企業(yè)可以優(yōu)惠價(jià)供電解水用電就更好了。如今在張家口、內(nèi)蒙、新疆等地風(fēng)電資源豐富的地方做試點(diǎn)，如氫能就近使用，避免長(zhǎng)途運(yùn)輸就更合理了。
綜上所述，希望業(yè)界在致力燃料電池攻關(guān)的同時(shí)，也要關(guān)注氫氣的來(lái)源，尋求環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可靠的氫氣制備路徑，其中化石能源制氫要避免溫室氣體CO2的大量排放。至于其他方式制氫如核能制氫、太陽(yáng)能制氫、生物制氫等尚在研發(fā)之中，期望能加快攻關(guān)。氫氣的制備要與儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加注、應(yīng)用協(xié)調(diào)發(fā)展，落實(shí)氫源才能使整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈成為有源之水、有本之木。
科學(xué)合理
制氫路徑的選擇要把握環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、能效性。
制氫路徑在工藝技術(shù)成熟可靠的基礎(chǔ)上要科學(xué)把握其特殊要求。至于環(huán)保先決前已簡(jiǎn)述，制氫過(guò)程不能發(fā)生溫室氣體CO2的大量排放，顯然這是首要的、必須的。我國(guó)已向世界承諾，CO2排放量2030年達(dá)峰后下降，而2018年全球排放CO2 331.4億噸，增長(zhǎng)1.7%，其中我國(guó)達(dá)到100億噸增長(zhǎng)了2.3%，形勢(shì)逼人。建議國(guó)家應(yīng)盡快制定限排的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并嚴(yán)格執(zhí)行。“灰氫”不可取，“藍(lán)氫”可以用，“廢氫”可回收，“綠氫”是方向。
經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)包括購(gòu)車(chē)、能耗、維修養(yǎng)護(hù)等多方面。僅從制氫評(píng)價(jià)，對(duì)已有各種制氫工藝技術(shù)的成本有不同的版本和數(shù)據(jù)，出入較大，總的看是偏小了。大體上每kg氫氣生產(chǎn)成本在合理的原材料價(jià)格和電價(jià)的前提下，煤制氫10元，天然氣、石腦油、重油、甲醇制氫約17元，工業(yè)副產(chǎn)氫回收提純21元，電解水制氫30元。在此成本價(jià)的基礎(chǔ)上一是應(yīng)計(jì)算氫氣的完全生產(chǎn)成本，應(yīng)包括折舊、稅金、人工以及各項(xiàng)費(fèi)用和制氫廠的合理利潤(rùn)，形成氫氣的出廠價(jià)。二是計(jì)算氫氣的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和加注的成本、費(fèi)稅、利潤(rùn)，形成燃料電池車(chē)用氫的零售價(jià)。用這個(gè)完整的市場(chǎng)價(jià)與汽油的市場(chǎng)零售價(jià)、與商用電價(jià)加充電站費(fèi)用相比才公平合理，而不能用成本價(jià)與含稅市場(chǎng)價(jià)相比。并可據(jù)此提出相應(yīng)的政策支持要求，如減免稅、財(cái)政補(bǔ)貼等。隨著制氫工藝設(shè)備的改進(jìn)完善，氫氣會(huì)有較大的降價(jià)空間，以顯示其有競(jìng)爭(zhēng)力的經(jīng)濟(jì)性。使用小型電解水制氫與加注合一裝備，可以降低儲(chǔ)運(yùn)加注費(fèi)用。
用氫的安全保障不能不是社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)之一。采用安全可靠的技術(shù)和裝備可以提供制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加注和用氫的全產(chǎn)業(yè)鏈安全保障，這一點(diǎn)不容置疑。但這并不意味著可以改變氫的自然屬性。氫氣無(wú)色無(wú)嗅、重度低、熱值高、易揮發(fā)，其爆炸極限很寬，為4%~75.6%(V)，僅次于乙炔，易燃易爆，屬危險(xiǎn)品。正如汽油在汽車(chē)中使用是安全的，但汽油終究還是易燃易爆的危險(xiǎn)品。我國(guó)大慶煉油廠加氫裂化車(chē)間1967年9月9日、撫順石油三廠加氫車(chē)間1975年7月24日均因氫氣泄漏發(fā)生過(guò)特別重大和重大爆炸人身事故;2015年10月18日某大學(xué)化學(xué)系一實(shí)驗(yàn)室發(fā)生氫氣爆炸人身事故。日前報(bào)道挪威的一家加氫站爆炸。至于氫氣球玩具發(fā)生爆燃燒傷事故，更有不少報(bào)道。我這樣講并不是聳人聽(tīng)聞或杞人憂天，而是歷史的教訓(xùn)值得記取。在氫氣全產(chǎn)業(yè)鏈中，都要把安全放在首位。
至于用氫的能效，需要研究的問(wèn)題，一是要考慮制氫效率，即所產(chǎn)氫氣的單位熱值/制氫過(guò)程中的單位能耗，現(xiàn)在只有60%。二是氫氣用在乘用車(chē)上，每百公里耗1kg，電解水制1kg氫耗電約56kWh，而電動(dòng)乘用車(chē)百公里耗電15-20kWh。期望燃料電池乘用車(chē)的性能進(jìn)一步提升，使百公里耗氫有較大下降，同時(shí)大力減少電解水耗電以顯示其較好的能效性。
積極發(fā)展節(jié)能與新能源汽車(chē)是必然趨勢(shì)。我國(guó)自2012年確定新能源汽車(chē)包括純電動(dòng)車(chē)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)及燃料電池汽車(chē)。如今電動(dòng)車(chē)產(chǎn)量、保有量都占全球的一半，電池、電機(jī)、電控都接近或達(dá)到國(guó)際水平，充電樁建設(shè)也相應(yīng)加快，已由培育期進(jìn)入成長(zhǎng)期。但仍需加大投入、加快技術(shù)創(chuàng)新，堅(jiān)持不懈努力，推進(jìn)燃油車(chē)的替代。燃料電池車(chē)的研發(fā)研制也取得了進(jìn)展，具有功率大、續(xù)航長(zhǎng)、加注快、低溫性能好等優(yōu)點(diǎn)，適宜用于客車(chē)、貨車(chē)等商用車(chē)，有特定的應(yīng)用場(chǎng)景更顯其優(yōu)勢(shì)，可以成為新能源汽車(chē)大家族中的重要成員，有良好的發(fā)展前景，相應(yīng)要更長(zhǎng)時(shí)間。因此需全盤(pán)考慮、縝密規(guī)劃、攻堅(jiān)克難、梯次發(fā)展。
