中國科學院院士、中國石油化工集團有限公司首席科學家謝在庫。
很高興有機會做這個匯報!非常感謝各位領導、各位院士都在關注氫能和氫能產業的發展。當然我也是其中一名科技工作者,也在努力推動這項工作。
我今天匯報的題目是《氫能產業的發展與核心技術展望》,我將從化學化工的角度和催化的角度來探討,剛才幾位院士都從產業角度、管理角度、能源角度、材料角度分別進行論述。大家都知道,整個全球能源結構正在發生巨大變化,這個變化是什么呢?這張圖,在座的專家領導們都看到了:人類社會經歷了木材、煤炭、石油、天然氣時代,現在正在進入可再生能源的時代。毫無疑問,氫能從起步到發展,現在也進入了新的歷史階段。
(這張圖)是我國氫能產業發展的一個過程,大家可以看到,大概上世紀50年代,氫作為一種物質進入到化學工業、合成氨工業、甲醇工業、煉油工業。到2000年的時候,這時候的產業規模已經達到1000萬噸級的水平。現在到了什么水平呢?現在達到了3500萬—3600萬噸的水平。我國是第一氫能大國,通過我們的能源結構、能源產業發展來看,我國的氫能產業是在快速發展當中,并已進入了一個非常重要的轉型時期。
雙碳目標的提出,推動國家很多部門提出關于新型能源體系建設。我國計劃在2030年,可再生能源的比重要達到33%左右,也就是三分天下,有一分是可再生能源。與此同時,國家有關部門也制定了氫能發展規劃。氫能在新型能源體系當中將發揮重要的作用。可以講,我國的氫能將進入一個新的歷史性發展階段。所以今天的大會和歷次的會議涉及的是氫能的經濟、氫能的產業、氫能的科技、氫能金融和氫能社會。
這(張圖)是中國石化預計未來的氫能產業總體規模,綠氫在2050年將達到6000萬噸,而總的氫能規模要達到8000萬噸以上,這個數量是非常巨大的,現在已經3000多萬噸,從經濟社會發展來說,這個總量是可行的。
然而,問題來了,我們最終需要的是氫經濟、氫產業。首先最最重要的是綠氫,綠氫怎么辦呢?這是需要我們認真思考的問題。這里給出了當前氫流產業分布,給出了2050、2060年氫流產業流程。大家可以看到,未來80%的氫來自綠氫,未來氫將進入我們的產業終端,將進入我們的生活。所以氫從源頭、過程到終端,綠氫的比重是非常高的,這是一個非常重大的問題,是需要我們認真思考的。
第二、綠氫科技問題。綠氫科技首先就涉及到氫能的制備,這張圖大家都很清楚,展示的是當前的主流技術。現在是堿性電解水制氫,正在推的是質子交換膜、AEM及其SOEC。SOEC效率比較高,因為它一部分熱能替代了電能,使規模化制氫可能更有競爭力。當然,其他的方向也有非常優勢可言,但是如何規模化制氫,這是一個重要方向,人類社會上最終要實現光解水制氫。現在光電催化耦合在一起的效率是4%、5%左右,未來希望有更大的突破。還有生物質制氫。
除了綠色制氫以外,還有儲氫,儲氫的方案也很多,我是學化學的,我想談一談關于化工和化學的催化方案。很簡單,它就是一個脫氫和加氫的過程,就是一個催化過程,是一個熱力學和動力學匹配的過程。如何設計好催化劑是非常重要的。這里(圖)給大家看到的是氨和甲醇,它們是非常重要的有機儲氫載體。
第三個話題是進入產業端——綠氫煉化。剛才喻總在致辭當中提到了綠氫煉化。中國石化的2萬噸庫車示范項目,是典型的綠氫煉化。還有綠氫煤化工,綠氫進入合成氣工業當中,只能是綠氫煤化工。
綠色的合成氨將進行三個流程。在這方面,我只用一張PPT,展示它將經歷的三個階段,第一是對傳統熱催化的進一步節能降碳;第二是綠氫進入傳統的熱催化當中;第三是通過電催化來實現綠氨的制備。
在氫氣工業當中,還有一個重要的方面是冶金工業,也涉及到氫冶金。現在是高爐冶煉,所以二氧化碳排放比較高,如果氫冶金能夠進入,那么可以大幅度降低二氧化碳的排放。還有建材,今天已經涉及到建材工業。它在分解當中,如果一個耦合加一個介質耦合的話,那么二氧化碳就原位生成化學品,當然這個過程還在探索當中,是否能夠實現,我們拭目以待。
氫產業還有一個重要方面是交通,我們從源頭要獲取綠氫,中間要有運輸過程,到產業端應用。終端交通的核心是燃料電池,所以規模化的、低成本、高性能的燃料電池材料的開發非常重要。
綜上,我給大家匯報了關于綠氫核心技術的四大方面:規模的獲取、儲氫、耦合以及產業和交通的應用。在變革性實現雙碳目標方面,綠氫在能源化工產業中占有非常重要的一環。在光催化、電催化及其耦合當中,它占有非常重要的份額,可以說支撐著雙碳目標實現的重要方面。
我跟大家匯報了氫能產業體系,特別是綠氫產業體系的核心技術,高度概括起來就是三個方面:第一個是氫怎么制備,特別是綠氫怎么制備,這是一個重要的命題,也是科技工作者、社會各界努力去推動的,如何實現規模化、可持續、低成本的制氫;第二就是儲運,如何低成本、長距離儲運,它的路徑和途徑是什么;第三就是終端怎么用,產業怎么用,交通怎么用。三大關鍵環節構建了氫能產業體系的核心技術。
最后,我想簡要匯報一下中國石化的氫能實踐。比方說在供氫生產方面,中國石化實際上是氫能領域的大企業,2023年38家煉化及煤化工企業生產利用氫氣445萬噸,占全國14%。截至2023年底,建成11座供氫中心,提供燃料電池用高純度氫氣總能力約2.4萬噸/年。還有輸氫管道,已建成巴陵-長嶺、濟源-洛陽、金陵-楊子等三條純氫管線,總長近100公里,已實現長周期安全運營。同時,還在進行液氫的工作,巴陵石化、燕山石化擬建設液氫裝置,以覆蓋更廣市場范圍。建成終端加氫站131座,正在建設香港首座公眾加氫站——凹頭站。制定京滬氫走廊貫通方案,從北京到上海,經過六個省市,進行長距離運輸場景的實踐。同時還包括綠氫煉化2萬噸示范工程,并開展氫能“制儲運用”產業鏈關鍵技術攻關及構架油氫合建站標準體系建設。這個過程當中,作為鏈長單位,也需要社會各界,科研單位、產業單位及其政府組織的支持和推動,只有這樣,才能把氫經濟、氫產業、氫科技、氫社會推向新的發展階段。
備注:對內容有所刪減,未經本人審核,僅供參考。
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