化石能源做減法，誰將助我國實(shí)現(xiàn)碳中和？

“碳中和”是指企業(yè)、團(tuán)體或個人測算在一定時間內(nèi)，直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節(jié)能減排等形式，抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳排放，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的“零排放”。我國為助力全球減排，主動提出2030年前碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。

為實(shí)現(xiàn)“雙碳”承諾，我國化石能源做減法勢在必行。因?yàn)榛剂喜粌H是一種不可再生資源，還會在燃燒過程中產(chǎn)生大量二氧化碳和二氧化硫引起全球變暖，造成酸雨等環(huán)境問題。那么，在此背景下哪個清潔能源將挑起大梁，實(shí)現(xiàn)我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型呢？

一、最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?/p>

那么未來能源應(yīng)該是什么樣子呢？也許可以從人類目前對能源的需求暢想一下未來能源的特質(zhì)。首先未來能源應(yīng)該具有非常高的能量密度，這樣才能滿足社會發(fā)展對能源的大量需求。未來能源的制備、儲運(yùn)和使用也將是綠色、快捷和方便的。此外，未來能源生產(chǎn)和利用不應(yīng)產(chǎn)生過多污染。

在眾多新能源中，氫能被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?。氫能是指氫和氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)釋放出的化學(xué)能，是一種清潔的二次能源。

首先，氫的分布十分廣泛。宇宙物質(zhì)中所含元素的75%是氫，恒星就是主要由氫組成的。在地球上，空氣體積的5‰是氫氣，泥土中約有1.5%的氫，覆蓋地球面積71%的水的11%質(zhì)量是氫，可以說是氫的“大倉庫”。其次，1mol氫氣（2g）燃燒釋放285千焦熱量，是汽油熱值的3倍，而且氫的密度低，是一種高能量密度的能源載體。

最后，氫的燃燒產(chǎn)物是水，不會污染環(huán)境，而且可以用于繼續(xù)分解制氫，實(shí)現(xiàn)氫的循環(huán)利用。氫能能量密度大、燃燒熱值高、來源廣、可儲存、可再生、可電可燃、零污染、零碳排等優(yōu)點(diǎn)都使其成為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础?/p>

二、我國為什么要發(fā)展氫能？

習(xí)近平總書記在第75屆聯(lián)合國大會上提出：“我國力爭在2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。“雙碳”承諾既有助于我國重塑能源體系，保障我國能源安全，又對我國環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

我國的能源結(jié)構(gòu)主要是煤炭、石油和天然氣，其中石油和天然氣又主要依賴進(jìn)口。2020年我國一次能源結(jié)構(gòu)中煤炭占比57%（左圖中藍(lán)色部分），但是碳排放卻常年占據(jù)了較大份額（右圖中紅色部分）。這說明我國煤炭資源單位排放強(qiáng)度高于一次能源的平均水平。我國能源結(jié)構(gòu)注定我國減碳工作極具難度。因此，將以化石能源為基礎(chǔ)的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為低碳可再生能源為主的能源結(jié)構(gòu)，我國才有可能實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，解決面臨的能源安全問題、環(huán)境污染問題。在未來能源的選擇上，氫能作為清潔的二次能源和解決可再生能源發(fā)電并網(wǎng)的橋梁，成為我國發(fā)展重點(diǎn)關(guān)注的對象。

三、我國制氫技術(shù)有哪些方式？

我國制氫主要包括傳統(tǒng)制氫技術(shù)和新型制氫技術(shù)兩類。傳統(tǒng)制氫技術(shù)主要是化石燃料制氫，包括煤氣化制氫、甲烷重整（蒸汽重整和自熱重整）制氫、石腦油重整制氫、工業(yè)副產(chǎn)氣制氫、傳統(tǒng)電解水制氫。新型制氫技術(shù)主要包括：可再生能源制氫、熱化學(xué)制氫、核能制氫和生物制氫等。當(dāng)前我國氫源還是以灰氫為主，灰氫的制備存在著環(huán)境污染和二氧化碳排放問題，這與我國發(fā)展氫能的初衷相悖，應(yīng)向藍(lán)氫和綠氫方向發(fā)展。

四、發(fā)展氫能需要突破哪些技術(shù)壁壘？

氫能產(chǎn)業(yè)主要由兩大體系組成：一是以能源利用為目的的制氫和儲氫等氫能供應(yīng)產(chǎn)業(yè)，二是以燃料電池技術(shù)為依托基礎(chǔ)的分布式發(fā)電/熱電聯(lián)供技術(shù)和車載動力技術(shù)等氫能終端應(yīng)用產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前氫能產(chǎn)業(yè)已形成”以灰氫為主要?dú)湓?，以高壓氫為主要儲運(yùn)載體，以燃料電池汽車為主要應(yīng)用場景的氫能產(chǎn)業(yè)鏈”。

首先，在氫能供應(yīng)產(chǎn)業(yè)方面，灰氫依然存在著污染環(huán)境和二氧化碳排放問題，與發(fā)展氫能的初衷相悖；藍(lán)氫和綠氫的制備技術(shù)依然是制約氫能供應(yīng)的關(guān)鍵。高效水分解制氫的催化機(jī)理與方法是綠色制氫的基礎(chǔ)，由可再生能源高效電解水和光解水制氫是綠色制氫的有效途徑。其次，氫的安全高效儲存是制約氫儲運(yùn)的關(guān)鍵技術(shù)。氫的加注以及安全儲運(yùn)嚴(yán)重制約了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。高壓儲氫效率低、占用空間大，關(guān)鍵部件依賴進(jìn)口，是高密度儲氫的核心問題。依托優(yōu)勢可再生資源形成我國特色的液態(tài)儲氫、材料儲氫等低壓低成本儲運(yùn)加氫技術(shù)可能是未來發(fā)展方向。

最后，在氫能終端應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方面，燃料電池汽車是氫能應(yīng)用的重要場景，而燃料電池功率密度低、成本高和壽命短等關(guān)鍵問題制約了燃料電池的應(yīng)用。開發(fā)低成本、高效、壽命長的燃料電池催化劑和導(dǎo)電聚合物膜是降低燃料電池成本提高其壽命的關(guān)鍵技術(shù)。此外，還應(yīng)擴(kuò)大氫能在發(fā)電、建筑和工業(yè)上的應(yīng)用，形成多應(yīng)用場景氫能經(jīng)濟(jì)社會。

五、未來，氫能的重要性將體現(xiàn)在哪些方面？

氫能作為連接可再生能源與傳統(tǒng)化石能源的關(guān)鍵二次能源，是未來能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要技術(shù)。未來的氫能產(chǎn)業(yè)將是“制、儲、運(yùn)、加、用”一體化的全產(chǎn)業(yè)鏈，不僅能推動我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)新能源的廣泛應(yīng)用，也是全國范圍實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要手段。只有圍繞氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題，組織和攻克一系列“卡脖子”技術(shù)問題，才能進(jìn)一步推動氫經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)化和氫能商業(yè)化。