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柴茂荣:中国氢能产业尚处第二梯队

时间:2022-01-10
为什么要发展氢能产业?对于氢气产能世界第一的中国来说,这似乎是一个不需要回答的问题。
 
“发展氢能关乎国家的能源安全,目前中国原油对外依存度约70%,天然气约50%。发展氢能对优化能源终端体系,确保能源供应自主高效意义重大。”国电投氢能公司董事、首席技术官柴茂荣对极派Daily表示。
 

氢能释放无碳一次能源,促进能源体系清洁低碳化,有助于实现碳中和、碳达峰目标。氢能炙手可热,据报道,至少 23 个省市将氢能源写入规划中,超三分之一央企已布局制氢储氢等全产业链。

 

 

被“卡脖子”的氢气产能第一国

 

目前,我国氢气年产量已逾千万吨规模,位居世界第一大产氢国。媒体对氢能及燃料电池技术进步大肆鼓吹不绝于耳,柴茂荣提示要冷静思考,“我国氢气基本上都用在了石油精炼、加氢重整和合成氨、甲醇等方面,而用于燃料电池等的高纯氢气,不到百分之一。”
 

中国与日本的氢能产业存在代际差。”柴茂荣对极派Daily表示。

 
据了解,日本是全球最早提出“氢能社会”的国家,其氢能产业代表着世界最领先的水平。
 
十年前,福岛核泄漏震惊世界,距离福岛核电站仅 20 公里的浪江町沦为“鬼城”,阡陌间堆放着装有被污染泥土的黑色塑料袋。
 
据报道,事故发生后不到一年时间,日本 50 座商用核电机组全部停运,日本进入“零核电”状态,随之能源自给率降至个位数。
 
2013年,日本政府推出《日本再复兴战略》,首次把发展氢能源提升为国策,并启动了加氢站建设的前期工作。昔日的核能大县浪江町转型为福岛氢能源研究基地。
 
2017年,日本经济产业省公布《能源基本计划》,提出了2030年及2050年的能源中长期发展战略,未来发展方向就是压缩核电发展,降低石油依赖度。
 
以举国之力加快发展氢能,甚至有日本学者将发展氢能比喻为“日本能源的推倒重来”。
 
随着全球碳中和目标明朗,“氢能社会”构想已不再孤独。据报道,截至目前,韩国已宣布 1450 亿美元氢能源战略,欧盟发布《欧盟氢能战略》及《能源系统一体化战略》,已有超过 20 个国家和地区发布氢能相关战略,占世界经济总量的 75%。
 
柴茂荣对极派Daily表示,在燃料电池的技术研发领域,从膜电极、Pt载量、膜电极耐久时间、电堆价格等方面,我国和日本的差距巨大
 
柴茂荣分析,我国氢能产业在基础材料、关键设备两方面仍然存在“卡脖子”的技术问题。在基础材料方面,目前市场上主流燃料电池用催化剂、质子膜及碳纸均为进口产品,国内产品性能及可靠性方面还有很大的差距;在关键设备方面,空压机、氢回流泵等系统设备,燃料电池制造装备中涂布用的涂布头、自动化产线用的多轴机器人等关键设备也以进口为主。
 
核心技术必须自主可控。目前无论是PEM制氢设备,还是燃料电池组件,或是加氢站设备,核心技术都控制在国外手里,导致价格高,难以推广。只有自己掌握了核心技术,才能把成本降下来。
 

氢能产业进一步发展,首要解决哪些问题?“首先从顶层设计开始,将氢能列为能源主体。例如《能源法》等,先解决身份问题,然后才是大规模发展。”柴茂荣表示。

 

 

燃料电池乘用车技术更成熟

 

 
在氢能应用端,国内外都是从交通运输起步,交通领域汽油相对价格较高,最容易驱动能源替换。
 
据了解,国电投氢能公司100辆冬奥会氢能大巴已启程交付。柴茂荣表示,该行程约900km,90%是高速运行,中途只有保定加氢站才能加氢。在冬天这样大批量、长距离高速运行,在我国燃料电池汽车历史上也是罕见的。
 
这也检验了材料、零部件、电堆及系统的可靠性、稳定性,为明年燃料电池汽车大规模推广打下基础。
 
有业内人士将燃料电池应用区分为乘用车用和商用车用,轻率地得出燃料电池只适合于重卡等商用车的结论。
 
对此,柴茂荣不以为然,“国外燃料电池乘用车和商用车的开发基本上是同步进行的,而燃料电池乘用车技术相对更成熟。”
 
柴茂荣举例,丰田Mirai氢燃料电池乘用车已经实现了商业化,它和同档次的电动汽车特斯拉ModelS同台竞争,价格基本相当,而续航距离和安全可靠性更优。
 
据了解, 早在2014 年,丰田就开始销售量产版燃料电池汽车 Mirai,其首位用户就是时任日本首相的安倍晋三。
 
全球各大主机厂的新能源战略,大多以电动车为主攻方向,但丰田却在燃料电池领域投入巨资。丰田在燃料电池研发上的激进,其背后与日本政府的氢能源战略有很大关联。
 
丰田利用燃料电池乘用车和商用车的协同效应,来刺激氢能源的需求。首先,在乘用车市场推出量产车,并持续提高性能和降低成本。然后,将乘用车市场成熟的燃料电池技术应用到商用车上。虽然商用车数量较少,但因为每辆商用车使用的能源量较大,有助于推高氢能源使用基数。最终,随着整个社会对氢能需求的扩大,氢的价格将下降,也将推动相关基础设施的建设。
 
柴茂荣表示,国内增程式燃料电池大巴刚刚开始,国产电堆的稳定性、一致性还有待提高。原因在于我国在高能量密度,低成本电堆等关键技术没有取得突破
 

实际上,国内很多厂家都只能购买国外材料生产膜电极、电堆等,然而,国外最先进的材料难以买到,国产材料又很难达到车规级指标要求。“很大部分来自大学实验室,容易有生产经验不足、只注重几个单项指标的问题,且对一致性、稳定性和降低成本不敏感,很多车还没开出厂就抛锚了。”柴茂荣说。

  

氢能产业最大投资机会在材料
 
对于投资者而言,氢能产业最大的投资机会在哪里呢?
 
做能源要从材料做起,投资要往上游走,’卡’得最厉害的部分,投资价值最大。”柴茂荣对极派Daily表示。   
 
催化剂方面,国内在耐久性能、单位铂金的发电电流MMA都有很大的差异,具体体现在担载工艺和载体选材上。在燃料电池电堆的成本中,催化剂的主要成分是铂金,占据整个电堆成本的60% ,这也是燃料电池成本居高不下的原因之一。
 
质子交换膜方面,高温拉伸强度、低加湿质子传导率、滲氢电流等主要指标和国际水平相差一个数量级。还有碳纸扩散层,从导电碳纤维到抄纸到成纸工艺技术,国内也一直没有突破。
 
车载用高功率双极板技术,也一直是我国的短板。我国的金属双极板的耐腐蚀性、镀膜强度、生产效率、平整性、耐久性,都和国际先进水平相差悬殊。
 
据柴茂荣介绍,目前,国家电投氢能公司已实现了催化剂、质子膜、碳纸GDL,膜电极以及电堆组装的整套生产工艺和量产技术,产品质量指标基本和日本持平;攻克了钛双极板的材料、加工、冲压、焊接和表面处理等工艺并实现量产,成为继日本丰田后全球第二个掌握该技术的厂商;且正在利用央企平台的战略优势,联合国内有关厂家进行技术攻关,以期打通所有燃料电池产业链的“卡脖子”关键技术。
 
氢能既可以解决大规模电力的储存问题,也可以解决将来单一电网不能解决的冶金、化工行业的原料问题。
 
对于氢能发展方向,柴茂荣建议重视两条路线:一条是光伏或者风电发电, 电解制氢,然后通过储氢来储能;还有一条就是植物生物发酵制乙醇,或者电解制氢然后合成甲醇,氨等,便于安全储运。再通过乙醇、甲醇和氨制氢。
 
发展氢能最需要解决的是成本问题,日本计划到 2030 年将氢燃料的价格降低到 17 美分/千瓦时,2050 年降为 12 美分/千瓦时,这样才能与天然气发电进行竞争。根据 IEA 数据报告,由于可再生能源成本下降和制氢规模扩大,到 2030 年制氢成本可再下降 30%。
 

关于未来的能源体系,柴茂荣认为,因为我们国家体量太大,只用一种能源是绝对不可能解决所有的问题的,未来肯定是一个往低碳方向走的多能源体系,氢能的位置举足轻重。

来源:极派Daily