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第07版:科技创新·项目
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制氢新技术让世界进入“绿氢”时代
我国科学家研究自由空间远距离量子通信获重要进展
鹤城工业集中区鼎力打造承接产业转移“先行区”
拓扑超导体量子计算机的“蓝海”
     
 
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2020 年 12 月 31 日 星期 放大 缩小 默认  
盘点十大新兴技术(九)

制氢新技术让世界进入“绿氢”时代

  众所周知,全球变暖是目前世界面临的重大危机之一,减少碳排放、降低碳化石能源使用比例,以及发展清洁能源刻不容缓。其中,氢能就是能源转型技术路线之一,在未来,“绿色氢气”或许能够用来填补可再生能源的巨大空白。

  传统制氢产生大量温室气体

  氢气是无毒、无色气体,是地球上最丰富的元素,氢原子约占宇宙总质量的四分之三。氢气除了用于发电、交通燃料外,还被广泛用于炼油、氨和甲醇的生产以及钢铁制造中。据估计,每年全球对氢气的需求约为7000万吨。

  由于地球上没有天然氢沉积物,人们必须通过化学方法将氢从其他化合物中提取出来。当前绝大多数工业氢都是通过蒸汽甲烷重整技术从天然气中产生的。

  蒸汽甲烷重整技术是在催化剂作用下,将天然气中烃类成分与蒸汽反应,生成含氢混合气,并经过一系列的换热冷却,最终与杂质气体进行分离得到满足用户要求纯度氢气的过程。由于这类氢主要通过碳氧化合物生产,即天然气和煤炭,因此,生产过程中会产生大量温室气体,这样生产出的氢气被称为“灰色氢气”,其制造成本低但会导致产生过量二氧化碳、一氧化碳以及其他污染物。在蒸汽甲烷重整技术中加入碳捕捉和贮存技术后,这样生产出的氢气被称为“蓝色氢气”,其制造成本高但产生的温室气体较少。此外,蒸汽甲烷重整技术中的甲烷本身,造成全球变暖的强度甚至是二氧化碳的85倍。

  电解水制氢有望实现零排放

  电解水技术是使用可再生能源用电解的方式,将水分解为氢和氧,这样生产出的氢气被称为“绿色氢气”。任何资源生产的电力都能用来电解水制氢,并且,如果此时使用的电力是可再生能源,例如由太阳能或风电产生,那么在生产过程中将基本不会产生温室气体。

  科学家近期研究出一种更新的技术,即质子交换膜电解槽,他相较目前使用率更高的碱性电解槽,可以提供更快的动态响应时间,更大的操作范围,更高的效率以及非常高的气体纯度,但成本更高。不过据科学家预测,成本问题将在未来六年内得到很大程度的改善。根据彭博新能源财经一项最新的研究显示,如果发展顺利,到2050年,由可再生能源制成的绿色氢气能够满足全球四分之一的能源需求,相比现在能够减少三分之一的二氧化碳排放。

  “绿色氢气”最大的优点就是对环境友好、原料水“无穷无尽”,以及能够解决可再生能源发电过剩、发电间歇性的难题。绿色氢气作为可运输、可供暖、可作重工业燃料的清洁能源,未来完全可以填补石油和天然气以外的能源需求,取得电力不能直接达到的效果。

  “绿色氢气”正在成为行业焦点

  “绿色氢气”与可再生能源配合可以弥补可再生能源发电过剩、发电间歇的问题,起到“削峰填谷”的作用,并且能够保障电网的安全运行。此外,可再生能源生产的氢气也可以在大型罐中长期存储,以便出售给工业应用,或者作为居民终端能源使用,为太阳能和风电项目提供额外的盈利机会。

  业内人士普遍认为,氢气作为重要的工业原料以及清洁燃料,在未来几十年里将形成竞争的格局。从2000年到2019年底,全球范围内共部署了253兆瓦的绿色氢气项目,预计到2025年,将会再部署3205兆瓦的绿色氢气项目,较此前增长1272%。

  国际能源署(IEA)署长法提赫·比罗尔表示,当前全球原油经济大幅震荡,“绿色氢气”作为节能减排目标的新兴领域,正在成为行业焦点。现在,国际上有不少国家已经开始了对绿色氢气的探索,我国也开展了12个风电制氢项目和7个光伏制氢项目。欧盟前段时间拟定的“绿色协议”中也已将“清洁氢气”制定为了“优先发展领域”。(本报综合)

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