助力“碳中和”，青岛变“氢岛”

徐敏霞

山东省是工业和能源大省，而且目前正处于新旧动能转换、经济升级转型的关键阶段，布局氢能应用对山东省经济发展具有战略意义。

2020年9月，习近平总书记在联合国大会上向世界宣布了“2030碳达峰、2060碳中和”的目标。自此，“碳达峰、碳中和”便作为一个网络热词，时常出现在我们的生活中。“碳达峰、碳中和”是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策，是坚定不移贯彻新发展理念，走生态优先、绿色低碳的高质量发展道路的必然选择。调整能源结构，由以煤、石油、天然气等化石能源为主的能源结构转变为以清洁、可再生的零碳能源为主的新型能源结构，在节能减排降碳领域扮演不可替代的作用。在此大背景下，氢能也迎来前所未有的战略发展机遇，2019年，氢能也首次写入政府工作报告。

欧阳明高院士曾表示，氢能在新能源革命中的战略意义在于可再生能源转型中的大规模能量储存与多元化利用需求。氢能是众多传统产业转型升级的理性选择，其技术延续性好，又不完全颠覆现有技术。除此之外，氢能产业链长、产值高、吸收就业人口多，应用覆盖面广，有“氢能社会”之称。氢能是目前集中式可再生能源长周期、大规模储存的最佳途径之一。

作为一种清洁能源，氢能有以下几个非常显著的特点：能量密度非常高。氢的单位质量热值是煤炭的3.9倍，汽油的3.2倍，天然气的2.6倍，是一种非常优良的高能量密度燃料;清洁无碳。氢能无论是直接燃烧使用还是通过燃料电池中的电化学转化使用，最终产物只有水，不排放任何含碳物质，是目前世界上最干净的能源;制取途径多样。氢元素占据元素周期表的第一个位置，同时也是自然界含量最丰富的元素之一。但是氢在自然界中很少以单质的形式存在，常以化合物的方式存在，储量非常大。目前，氢能根据制取方式中碳排放量不同，可分为灰氢、蓝氢、绿氢三种。灰氢是通过化石燃料燃烧制取氢气，也是目前使用最广泛的一种形式，约占目前全球氢气产量的95%，碳排放量最高;蓝氢是在灰氢的基础上，应用碳捕捉、碳封存等技术，实现低碳制氢;绿氢是通过光伏发电、风电以及太阳能等可再生能源电解水制氢，在制氢过程中基本上不会产生温室气体，因此被称为“零碳氢气”;应用广泛。氢目前被广泛应用于交通、工业和建筑等多个领域。2020年初，在李灿院士的努力下，拥有我国自主知识产权技术的全球首套直接液态太阳燃料规模化合成项目在兰州新区试验成功，目前已发展成为千吨级规模化太阳燃料合成工业示范工程。2020年11月，河钢集团与全球矿业冶金巨头意大利特诺恩集团签约，共建全球首座使用富氢气体的直接还原铁工业化生产厂，推动传统“碳冶金”向“氢冶金”转变;优秀的储能介质。近期，国家发改委与国家能源局联合发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》，氢能被明确纳入“新型储能”。欧阳明高院士也曾表示，新能源革命的核心就是储能。目前常用的储能方式主要有抽水蓄能和化学储能。其中抽水蓄能受制于地域、环境等因素的影响较大，而化学储能（蓄电池储能）又难以满足大容量储能的需求。随着电力系统的不断发展，光伏、风电等新型电力能源在未来电力系统中的占比会逐渐提高。但是风能、太阳能发电具有周期性、不稳定性，这也对电力系统的调峰提出了更高的需求。通过电解水制氢的形式将多余的可再生电力存储起来，不仅可以有效解决电网调峰的问题，还能为解决弃风、弃光问题提供新路径。有研究表明，氢能有望成为一种重要的储能形式，并与电化学储能互为补充，但目前氢储能各环节产业化程度较低，需进一步规模化发展。

氢能交通是氢能利用的先导领域。“每次能源革命都是先发明了新动力装置和交通工具，然后再带动对能源资源的开发利用。”刚刚结束的日本东京奥运会也是一场“氢能秀”。东京奥运会圣火及圣火台使用氢燃料代替丙烷气燃料，圣火使用氢燃料电池汽车运输，并且所有氢都由太阳能生产;东京奥运会及残奥会上的保障用车也全部采用的氢燃料电池动力车;另外，东京奥运会村位于东京都中央区晴海，是日本首个全面引入氢能源的街区，该街区的5000多户住宅以及商业设施全部安装了纯氢燃料电池。氢能也将在北京2022冬奥会上大展身手。张家口和北京将在冬奥会期间运行2000辆氢燃料电池汽车，二十多座加氢站正在加紧施工。

纵然氢能有很多优点，但是要实现氢能的大规模普及还有三个关键问题需要解决。一是制取成本高。目前制绿氢的主流技术包括碱性电解水（AWE）、质子交换膜电解水（PEM）和固态氧化物电解水（SOEC）。受成本、成熟度与产业链配套等多因素影响，AWE在国内是主流;尽管PEM电解槽运行更加灵活、更适合可再生能源的波动性，但当前国内PEM技术正在经历从实验室研发向市场化、规模化应用的阶段变化，与欧洲先进技术差别较大;SOEC技术最大的优势在于转换效率比较高，可以实现80%以上电解水制氢的能源转换效率，但它需要高温的运行环境，材料的循环寿命、成本和技术都存在难题。目前，电解水制氢的主要成本来自耗电成本。当然各国科学家也在研究，比如利用太阳能或者采用催化剂。如果人类能掌握核聚变就可以获得源源不断的能源，那么电力成本可以大大降低，电解水制氢的成本也就可以忽略不计了。

二是运输和存储。氢的压缩比极高，传统石油、天然气的运输和存储方式不适用于氢能，因此氢能的大规模普及需要重新建氢加气站，包括运输设备也必须采用更高的安全等级。当前国内储存方法主要还是高压气态储氢，而加氢站主要是长管拖车运输高压气态氢，运输距离相对短，运输成本比较高;在液氢方面，设备关键零部件依赖进口，与国外技术差距明显，产能严重不足。目前，美国和日本主推液氢储运技术路线，全球有三分之一的加氢站采用了技术液氢技术，澳大利亚为日本供氢的项目也采用了液氢运输船远距离输送。

三是具有安全性。氢燃料车上的氢能被存储在一个储氢罐中，就相当于在车子上面加装一个“煤气罐”。而氢气罐比普通的煤气罐危险的多，威力也大的多，这就意味着需要非常高的安全标准，最好是用上更加抗压耐高温的材料，即使是车体遭遇碰撞也能保证安全。目前车载储氢瓶中的主流产品是35兆帕III型瓶，其主要组成是碳纤维增强复合材料。

山东省作为工业和能源大省，而且目前正处于新旧动能转换、经济升级转型的关键阶段，布局氢能应用对山东省经济发展具有战略意义。青岛作为山东第一大城市，也是山东省经济实力最强的城市，为了符合省里的规划、布局，2020年，《青岛市氢能产业发展规划（2020—2030年）》发布，明确提出未来10年要将青岛建设、发展成为国际化氢能城市，将青岛打造成国内重要的氢能产业基地，实现“东方氢岛”。该战略布局既契合国家提出的高质量发展要求，又符合山东省、青岛市新旧动能转换的需求。

青岛作为山东省老牌工业城市，发力氢经济、布局氢能源优势明显。一是青岛具有丰富的化工副产氢资源，董家口化工园区内有一批化工龙头企业，其丰富的工业副产氢产量丰富、产地集中，适合大规模提纯、应用。二是青岛拥有许多能源领域研究机构，科研实力雄厚。比如正在建设且即将投入使用的古镇口科教园区内聚集了中国海洋大学、中国石油大学、中科院海洋学院等高等院校和科研院所，其雄厚的科研实力有利于青岛进一步布局绿氢产业。结合青岛丰富的海岸线资源，实现高效电解海水制氢，大大降低绿氢成本，早日实现绿氢的工业化应用。三是青岛具备氢能丰富的应用示范场景。青岛市我国最大的港口城市之一。港口物流、发电供热、轨道交通等为氢能的产业化落地提供了广阔的应用空间。不仅于此，青岛还提出建立“300公里氢能合作圈”的战略发展规划，实现以青岛为中心跨区域的产业、政策、技术、资金方面的合作，辐射周边城市，推动山东省氢能产业协同发展。

目前，由青岛真情巴士集团运营的50辆氢能源公交车已经在西海岸新区运行了半年有余，累计运行超55万公里;6月26日上午，20辆氢能冷链物流车和渣土车分别从青岛国际院士港智能制造产业园和临沂路运港智慧物流装备产业园同时开出，标志着山东（青岛-临沂）城际氢干线首发成功，这也是山东省首条城际氢干线。让青岛的车用上青岛的氢。8月5日，山東省“十四五”氢能重大示范试点项目暨青岛市氢能资源基地项目初期工程建成投用，首车近300公斤高质量燃料电池用氢顺利出厂，实现了燃料电池用氢气在青岛市的首次工业化生产，助力山东省打造“东方氢岛”。

氢风渐起，“氢”岛可期。

（作者单位系中共青岛市委党校社会与文化教研部）