中国石化报

新疆库车绿氢示范项目。 汪凌康 摄

    当前的能源系统以化石能源为主，为终端用户提供电力和液体燃料；未来的能源系统以核能和可再生能源为主，为终端用户提供氢能和电力。氢能与未来能源系统可以很好地耦合。据中国石化经济技术研究院预测，到2060年，我国氢产量将达1.2亿吨，其中绿氢有1亿吨的规模。

    套用一句广告词——氢是可再生能源的搬运工。没有可再生能源就不要谈氢能。氢是二次能源，像电一样，没有一次能源就不要谈电。绿氢的关键是可再生能源的获得和氢的制备。

    目前几种电解水制氢技术各有所长：碱性电解水制氢，电解效率在60%~75%，工作温度在70~90摄氏度，已商业化广泛应用；质子交换膜电解水制氢，电解效率在80%~90%，工作温度在70~80摄氏度，已部分商业化应用；固体氧化物电解水制氢，电解效率在85%~100%，工作温度在600~1000摄氏度，处于样机示范运行阶段。采用这几种技术，1立方米氢消耗3.5~4.2千瓦时电，未来降低氢的价格主要是降低设备的投资。

    此外，固体聚合物（SPE）电解水制氢技术优势明显：电解纯水，无腐蚀污染；响应快，可与风能、太阳能结合；氢气纯度高，在99.99%以上；电解效率高，能耗低，无碱雾净化装置。中国科学院大连化物所研制的260千瓦SPE电解槽，电解效率达86%，极限为1立方米氢气消耗3.54千瓦时电。大规模SPE电解水制氢面临的挑战是，如何降低贵金属的用量、研制高效廉价的膜材料等。

    预计到2050年，电解水制氢的价格要低于煤制氢的价格，届时，我国氢消费量将达8100万吨，氢能总产值达1.6万亿元。

    氢可以实现可再生能源的大规模储存和传输。可再生能源电解水制得的氢，可以直接通过输氢管道输送，也可以制合成氨或甲醇，技术上没有难度，关键是经济性。

    我国很大一部分二氧化碳排放来自流程工业，与绿氢耦合可以有效降低碳排放。如高炉炼钢，2020年我国粗钢产量10.65亿吨，排放二氧化碳14.7亿吨。现在是用一氧化碳、甲烷等还原，未来如果用氢来还原氧化铁变成金属铁，会很好地解决碳排放问题。预计到2050年，低碳（氢）冶金占比将在50%左右。在水泥行业，我国2020年水泥产量23.95亿吨，排放二氧化碳14.2亿吨，主要是将碳酸钙煅烧成氧化钙排放，可以把煅烧变成还原，用碳或氢将碳酸钙还原为氧化钙。

    水泥生产如果用粉煤中的碳还原碳酸钙，可以得到一氧化碳。一氧化碳又可以与钢铁生产耦合，将氧化铁还原为金属铁。两个过程采用绿电和高效等离子体加热的方法，可以实现水泥和钢铁生产的耦合，既简化了工艺，又降低了排放。