干货｜一文了解我国氢能发展面临的那些问题
我国是世界第一大产氢国，2019年全国的氢气产量大约为2000万吨。氢气的生产和利用在我国十分广泛， 但目前氢气的主要用途都是作为工业原料使用，而非能源。随着全球能源的清洁化转型，近年来，国内各地也陆续出台了一系列氢能产业规划，氢能发展不断提速。据《中国氢能产业发展报告2020》预计，2050年我国的氢气需求将达到6000万吨。如何走好氢能之路是当前中国面临的现实问题。
现状和未来其实不仅仅是产量的差距。氢气作为工业原料利用与作为能源相比，其差距远比想象要大。
首先是制造来源不同。现阶段作为工业原料的氢，主要来自化石能源制氢，其中煤制氢加天然气重整制氢占81%，另有18%来自工业副产制氢，电解水制氢及其他所占甚少。而未来作为能源的氢必须来自可再生能源制氢，这一点是由氢能发展的内在逻辑决定的。氢能是未来实现高比例可再生能源的重要依仗，用于弥补可再生能源稳定性不足的缺陷。将不稳定的可再生能源的能量转化赋存于氢中，以满足能源供应上对于便捷性灵活性的需求。
其次是应用场景的不同。现阶段的氢应用场景比较单一，主要用在石油化工行业，比如合成氨、合成甲醇、炼焦、炼油、氯碱及轻烃利用。而未来的氢能将会广泛应用于工业、交通、建筑等领域，存在感像电力一样无处不在。
由之带来供应体系的不同。现阶段的氢，一般由企业自己购买煤炭、天然气、石油等制氢原料，利用自有设备制氢，用于各自的产品合成以及应对其他自身需求。也有自身制氢能力不足需要外部供给的情况，一般这种情况就近解决。这样，就不需要专门的大规模的供应基础设施。而在未来，氢的需求十分广泛，需要专门生产，大体应该是集中式制氢为主与分布式制氢为辅相结合的方式。这样就需要建设专门的储存与运送氢的基础设施。
还有管理方面政策法规的不同。目前的氢还只是被纳入到危险化学品中管理的，而未来氢作为融入到生产生活的一项重要的能源产品，当前这个管理的专业化程度是远远不够的。作为对照，韩国已经出台了《促进氢经济和氢安全法》。
可以看到现在与未来之间还有很长的路要走。那如何实现这个跨越呢？那就是找出问题，一个一个地解决。
首先我们需要一个国家层面的整体规划和指引。目前，全球已有近20个国家和地区制定与发布了国家氢能战略，尤以2020年发布最为密集（详见表1）。这一方面是由于氢能在绿色能源转型中所起的作用获得越来越广泛的共识，同时技术的发展已使氢能的广泛应用到了破晓时分。另一方面世界经济遭受自2019年末开始的新冠疫情严重打击，各国政府经受巨大压力，于是以能源转型助力经济复苏，扶持与发展氢能产业成为经济脱困的出路。于是各国纷纷开启了各自的氢能之路。
表1. 各国氢能战略制定时间表
截至2020年底，我们国家还没有制定专门的氢能规划和目标指引，但这项工作正在进行当中。虽然目前这个国家规划尚未出笼，但需要着重解决的问题还是十分明显的。
一是制氢方面的问题。为了便于统计，国际上将制氢技术划分为灰氢、蓝氢、绿氢等几种。化石能源制氢称为灰氢，天然气重整制氢加碳捕集称为蓝氢，可再生能源制氢则称为绿氢。当前我国的制氢主要还是以灰氢为主，并且绿氢制造成本远高于灰氢。绿氢大规模取代灰氢是氢能发展道路上必须要解决的问题，加大对绿氢制造技术研发的支持力度，降低绿氢制造成本是解决之道。
而在绿氢制造技术成熟以前，需要依赖碳捕集技术支撑灰氢的利用，同时低碳制氢技术（绿松石制氢）也可以满足现时需要。现时，纯粹的可再生能源制氢，也就是绿氢在经济性上不足与化石能源制氢抗衡，但是化石能源与可再生能源相结合的低碳制氢，也就是绿松石制氢却可以做到，这样可以兼顾经济性与减碳的需要。
二是基础设施方面的问题。与电力、燃气一样，氢能的大规模应用需要发达的由主网和配网组成的基础设施实现输送与供应。由于氢是最轻的元素，所以高密度以便达到高效率的储存与输送技术成为氢能大规模应用中一个现实的问题。通俗来说，如果花同样运输费用得到的能量不能达到煤炭、石油、天然气的效果，那么氢能取代上述传统能源将难以为事。
另外，氢气在空气中的最小点火能比甲烷或者汽油小得多，也就是说，氢比天然气或汽油更易于爆炸。所以在基础设施方面，氢能输送的安全性和经济性是需要解决的技术问题。
可供选择的技术路径包括高压气态、液氢、有机化合物储氢和管道输送，不同的技术适合不同的应用场景。我们国家有比较发达的天然气基础设施，天然气与氢气性质接近，一方面可以研究利用现有天然气基础设施输送氢气的可行性，另一方面在建设氢气专输管线可以借鉴天然气管道建设的经验。这样做可以节省基础设施建设投入上的资金成本与时间成本。
三是在市场建设方面的问题。主要是政策环境的问题需要解决。虽然说“世上本没有路，走的人多了就成为路”，但是我们还是要问是什么因素会驱使人们要走氢能这条路从而形成市场？这就必须依靠政府的力量。我们需要一些政策工具，比如碳税、氢能的定价补贴机制等，引导人们走向氢能市场。
当然还有资金的问题。我们现在正在经历的是氢能市场的起步阶段，这个阶段需要鼓励人们进来积极的参与市场建设。企业是市场建设的重要参与者，企业的扶植与培育，资金支持必不可少。技术、资金与政策是拉动氢能发展的三驾马车。
在氢能发展之路上还有其他一些很重要的问题需要加以解决，氢能之路，可谓之“路漫漫而修远兮”，所幸我们已经开始行动。
截至2020年6月，全国范围内省及直辖市级的氢能产业规划超过10个，地级市的氢能专项规划超过30个。多省市推出了氢能推广补贴政策。各地政府纷纷设立加氢站建设目标，并从产业产值、氢燃料电池车推广、固定式发电应用、企业培育等方面提出了发展目标和行动计划。
在技术研发方面，我们的科研人员已经开始发力。绿氢制造技术被列为十四五国家重点课题。燃料电池电堆和系统是下游应用的关键技术，这方面我们也有了一些颇具竞争力的企业和产品。
在基础设施建设方面，国内加氢站建设自2016年开始提速，2016至2018 翻倍增长，2019又是2018的两倍。截至2019年底，已建成或在建的加氢站数量有130座以上，投入运营的有52座。同时我们还有一些管道掺氢的试点项目建设和运行。
氢能在公共交通领域的应用，佛山实现了氢能燃料电池车的大规模推广。在绿氢化工领域，国内首个太阳能甲醇示范项目于2020年1月在兰州落地。国内的钢铁企业也在2019年开始了氢能冶金的尝试。
其实我们在氢能发展之路上还是有一些优势的。既然说氢能的核心是可再生能源制氢，那么可再生能源的利用便是前提。这方面我们有很大的优势。我们的可再生能源资源丰富，同时我们还拥有最发达的光伏产业。
中国的氢能之路已经开启，未来可期。
作者：中石油勘探开发研究院新能源中心 苗盛