2022-11-22
11月17号，俄罗斯工程院院士、俄罗斯自然科学院院士孙琦教授在第二十四届中国国际高新技术成果交易会先进制造展暨2022新能源制造产业服务高峰论坛上发表了《能源革命形势下氢能产业的挑战和机遇》的主题演讲，为双碳背景下的氢能源关键技术的发展挑战和投资机遇带来了新的见解。
技术创新是中国实现“碳中和”目标的核心动力
目前，全球处于第三次能源利用重大变革中。不同于第一二次能源革命的是，第三次能源革命的根本动力是温室气体过度排放导致全球变暖的灾难性气候，本质是CO2减排和零排放，即减少或完全取消化石能源 （石油， 煤和天然气）的开采和使用。
在这个全球大背景下，中国作为全球对煤炭和石油以来最大的国家，目前存在着能源对外依存度高，生态环境压力、碳排放压力大，能源发展模式粗放、创新不足等问题。虽然国内目前可再生能源发展迅速，但弃风、弃光、弃水电现象依然严重。
孙琦教授指出，在“碳中和”目标驱动下，中国将从能源革命、产业转型和科技创新三个方向促进绿色转型。其中，技术进步将是碳中和的核心驱动力。
氢能是未来能源体系的支柱之一
在寻求可再生能源时，储能系统是必须考虑的选项。而在替代化石能源的可再生能源中，风能、太阳能、水电等可再生能源因为受天气影响大，对电网冲击大，浪费严重等问题难以进行普及。
而氢气零污染、高效率、来源丰富、用途广泛，氢能将成为各种能量形式之间转化的最优良载体，将与电能一起成为未来能源体系的两大支柱。整个氢能源产业也将孵化出超过千万亿的市场。
在氢能源产业链上，主要包括制氢、储氢、运氢、加氢和用氢。由于整个产业都处于起步阶段，还存在着不成熟、不便利、不经济、不安全的问题。
在生产和供应模式上，主要的痛点集中在氢气的制取和储运方面。氢气的制取有化石燃料制氢、电解水制氢、工业副产氢、甲醇/天然气重整制氢等多种方式。而氢气的运输则需要集装格或者长管拖车运至加氢站。这就意味着整个过程步骤多，能耗高，安全性差。
在成本方面，制氢运氢的整体成本占比较高。加氢站成本约占氢气售价的1/3，储存和运输层本占氢气售价的1/3。
氢能产业在储运上的痛点难点意味着撬装式•分布式•制氢加氢一体化氢模式是未来主流。制氢加氢用氢一体化可以提高能效，节约压缩成本，避免氢气压缩，存储，解压过程，在特定应用中有极大优势。
制氢加氢一体化氢模式将成为氢能产业主流
传统的氢能产业是采取集中式供氢形式：在制氢工厂采用大规模生产装置完成氢气的生产，再加压（20MPa）到长管拖车，或者低温液化（-253℃）后采用低温槽车运输到加氢站，在加氢站进行释氢，最后经过压缩机增压，加注到用氢车辆。
而制氢加氢一体战则是利用可直接在加氢站就地得到的原料，如甲醇、天然气、水（电解）等作为能量载体，采用小型化装置制氢，制取的氢气直接提供给压缩机，增压、加注到用氢车辆。
孙琦教授介绍称，在工艺原理上，制氢加氢一体化是“光能集热-熔盐储能-热泵管理-高纯氢在线分析和智能反馈系统”技术集成。该技术采用了绿色原料，突破了传统化石能源生产H2的方式；改变了储运方式，解决H2储运环节所遇到的成本和安全难题；实现了设备撬装化，就地就近为用氢设施提供高纯氢、即需即产即用。
在技术特性上，制氢加氢一体化将低温高效铜基催化剂与列管式反应炉结合，实现了甲醇较低温度的高效裂解反应，甲醇转化率可达95%以上；运用了变压吸附（简称PSA）技术，集成了CO吸附系统，最终可使氢气纯度达到99.999%；整个系统高度自动化，通过HMI触摸屏和远程工作站可以实时监控设备运行，通过监测H2缓存罐的压力，自动反馈到原料和反应器系统，决定进料量和运行负荷，并且在设备发生异常状况时，可实现远程安全停机。
目前，青岛格赫维尔环保技术有限公司自行设计和建造了国内首套最大的500kg/d撬装化制氢加氢一体化装置，并完成调试和运行。该装置将光能集热系统、储能系统、热泵管理系统和高纯氢在线分析系统耦合，形成一种更低功耗，更高效能的撬装式”緑氢“制氢加氢一体化装置。