制氢工艺与技术
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0.1 氢气是“全能”的高级能源并可能成为下一个“主体能源”

2015年国际能源署(IEA)对能源给出新的定义。如图0-1所示。

图0-1 2015年国际能源署(IEA)对能源给出新的分类

IEA根据能源的应用形式将能源分为热、电和交通工具燃料三类。其中对于目前的能源,石油是能够同时用作这三类的能源。煤炭和核能只能用于热和电。可再生能源中,太阳能光伏只能用作热和电能;风能和水能只产生电能;生物质能产生热和电(还可以制得交通工具用燃料——毛宗强)。当然这一分类还值得商榷。利用同样的标准,IEA认为未来的能源中,氢气将和石油一样是能够同时用作热、电和交通工具用燃料的能源。这说明了氢能是可以广泛用于所有类别的“高级”能源。

2017年1月达沃斯论坛期间,法液空、阿尔斯通、宝马、戴姆勒、恩吉、本田、现代汽车、川崎重工、荷兰皇家壳牌、林德、道达尔和丰田13个国际顶级汽车和能源公司CEO宣布成立“氢能委员会”推动氢燃料电池。“氢能委员会”每年提供14亿欧元发展氢燃料电池车。“氢能委员会”主席轮流,首任主席为法液空和丰田CEO。一年后,委员会又增加5个新的成员:英美资源集团、奥迪公司、岩谷、塑料制品公司、国家石油公司,以及10个支持成员:三井、Plug Power、Faber Industries、Faurecia、第一元素燃料(真正的零)、戈尔、丰田通商、Hydrogenics,巴拉德、三菱。

2017年11月氢能委员会发布氢能愿景报告:氢能无边(hydrogen scaling up)。报告中预测:到2050年,大约4亿辆氢的动力汽车,1500万~2000万辆卡车,以及大约500万辆公共汽车,它们在各自的运输部门平均有20%~25%的份额;氢能也能占1/4客船和1/5的机车,基于氢的合成燃料在飞机和货运船中也将占一定比例;在建筑用热量的需求约占10%;氢被用作30%的甲醇和10%的钢铁生产可再生原料。到2050年氢将占世界终端能源消耗的18%。

“主体能源”指在能源份额中占10%以上的能源。我国目前的主体能源为煤炭和石油。同时,正在努力希望于2020年将天然气打造成为我国第三大主体能源。目前我国氢气产量已经达到2200万吨,占世界氢气产量的34%。氢气目前主要用于工业原料,如合成氨;间接能源,如石油加氢,煤制油,煤制天然气,煤制甲醇;少量用于直接能源。

考虑到能源的发展速度,笔者估计2040年氢将占世界终端能源消耗的10%,即届时氢能将成为“主体能源”。