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重慶吸氫氣好嘛:徐春明:能源轉型下綠電氫技術發展思考及實踐

2023-08-08 11:00:59


  日報》社一起來舉辦這個活動,我本人也特別高興跟資本企業技術同行來做一個交流。

  因為前面兩位領導都已經做了非常精彩非常重要的致辭,我為了節省時間,就直奔主題,也想把致辭和表達融在我這個報告里面。

吸氫機,吸氫氣

  當然這個題目也是基于我們的主題“新需求、新技術”,尤其在“雙碳”戰略、能源轉型大的背景下的一些思考,當然也有一些我們相應的工作,順便給大家做一個介紹。

  我想直奔主題,因為“雙碳”,剛才徐秘書長也提到了,也是我們經濟發展里面對的。隨著我們國家近些年的經濟快速發展,使得我們對能量的消耗以及二氧化碳排放確實到了比較高位,這個表里其實是給了我們作為總體排放量100億噸左右,大數,跟能源相關的,我們占了全球排放的大概1/4多,這么一個局面,使得我們不得不做出“雙碳”的承諾,這個我就不多說了吸氫氣。

  這里我列了一些跟經濟發展能源相關的重要數據,這些數據不管從事哪行哪業都是需要面對的,當然這個數據可能是兩年前匯總的,可能會有一些出路,我想拿這些數據做一些簡單的分析,來判斷我們面對這些數據背后的機遇和挑戰。

  首先,經濟發展和能量消耗。為什么說支持我們經濟發展必須需要能量?這里面有個剛性的關系,這個數據其實也是近些年來,基本上是已經相對明確的,大概我們用了3%的能量的增量支撐了5%以上的GDP的增加,從這個數據可以看得出來,所以現在我們每年基本以1—1.5噸標煤的增量來增加,況且這個增加隨著我們作為發展中國家經濟發展依然還會增加,所以這是一個不可改變的關系。所以經濟發展對能量的依賴是一個剛性關系。

  正因為這樣,我們如果簡單控制能耗和單位GDP的能量消耗就會存在一些不科學、不規范的地方,所以這才有了大家知道的現在慢慢從能量雙控過渡到二氧化碳排放雙控,這個重要的前提是因為這個重要的剛性關系。

  第二個,現在各行各業強調利用各種手段和技術進行節能。大家知道湖南人民醫院主任醫師康雄云:90天連續的吸氫氣,癌癥恢復正常,已經737個案例,節能最快捷的第一選擇是減排,在這方面有了流程工業,不論是用工藝、裝備、材料、介質、技術,還是剛才舒董提到的利用數字化、智能化、信息化的各種賦能,其實很重要的一個目標就是要提高過程效率,降低單位GDP的能耗,這一點其實作為能源工業也是一個非常重要的手段。

  第三個,能源結構的根本性調整也是必然。因為到碳中和的時候,大家知道,我們要實現排放的溫室氣體和自然界能消納的溫室氣體的平衡,不根本性改變能源結構是不可能實現的。按照增長數字和能源關系預測,要增加80億噸以上甚至百億噸的能耗,這也是和經濟發展必然的關系,但是它的結構會發生根本性的顛覆性變化。目前化石能源占比還在80%左右,非化石能源不到20%,但是到了碳中和那一天正好反過來,非化石能源或者綠電綠氫能源占到80%以上,化石能源占到20%以下,這樣的調整使得用能工藝都會發生一些變革性的技術來支撐,這是關于能源結構。

  當然這里面還有一個重要的數據是二氧化碳排放的總量,因為現在不管哪個數據來源,我們跟能源密切相關的排放大數100多億噸,這還沒有到峰值,到峰值號稱控制在105億噸以內,按照生態環境專家預測,我們自然界能夠靠海洋、湖泊等消納的二氧化碳為主的溫室氣體樂觀地說也就是五六十億噸,稍微保守一點可能三四十億噸,不管按哪個數據來算,超出的五六十億噸的二氧化碳及溫室氣體需要我們找到解決的辦法。所以這才有了現在大家知道CCUS,這是我們在短期內大規模處置二氧化碳相對來說一個手段。當然我們搞化學化工材料的人也在拼命找一些技術把二氧化碳消納掉,以及農業,時間關系,不展開講了。

  最后一個,這里面還有一個數據二氧化碳排放強度,也就是我消耗能源,但是我盡量不排二氧化碳,要達到這一點必須仰仗綠電和綠氫。

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  首先,氫,大家知道,這一兩年尤其“雙碳”目標提出以后變得非常熱,有兩個重要原因,一個是作為能源,因為石油化工業用了幾十年的氫作為能源,但是它現在另一個身份,作為跟綠電互相轉化的身份,使得它作為儲能的介質搖身一變變得非常熱,當然了,另外我們未來氫能的凈增量或者增量都是要仰仗綠氫,所以未來不管是幾千萬噸氫的增量,都要仰仗綠電為主的電解水制氫。所以這樣使得氫能就成為現在一個新的產業鏈也好,一個新的賽道也好,變得非常關注。

  這里簡單梳理了一下氫能以燃料電池為主的全產業鏈,為什么非畫這么一個復雜的圖?是想表達兩層含義,一層含義是整個產業鏈非常復雜,從制氫開始,不同的路線,到儲氫、運氫各種選擇,跟儲氫規模、用氫密切相關。當然加氫站通過系統轉化為用能的各種環節,到不同的應用場景,整個產業鏈相當復雜,這是傳達第一個信息。第二個信息,我們在這里面做了一些標注,一些關鍵裝備、材料并沒有完全穩定的規?;?,比如高壓氫氣循環泵、質子交換膜等,顏色深的說明我們還沒有完全掌握技術,在這個產業鏈里意味著我們有巨大的機遇吸氫氣明星,當然也可以說是挑戰,不管哪個產品攻克了,都可能帶來一個產業,一個產品技術。

  時間關系,我只是給大家點一點,因此這個產業鏈我們孕育著無限的機會和挑戰。這是關于氫能。

  第二,關于綠電。因為可再生電力裝機容量飛速增長,這么大量的綠電怎么來消納?其中很重要的,就是傳統的高能耗的化工過程能不能承載消納大規模綠電快速增長的技術?所以我們團隊在考慮怎么把綠電用于變革傳統的加熱過程,把原來常規的加熱方式變成用電方式加熱。一個是乙烯生產過程,我們通過高溫裂解生產乙烯,這個過程常規的現有技術每生產一噸乙烯要消耗大概半噸以上的燃料,現在提出用電加熱,替代五六百公斤的燃料,這樣的話當然也有能耗,但是我不排放二氧化碳,這么一個過程能不能實現呢?我們在實驗室里已經嘗試,這里面核心的一個變革,就是把加熱方式變了,現在電變成磁,磁變成熱,只加熱反應器內的介質,當然一方面消納綠電,一方面可以提高效率,當然這里面要攻克核心裝備,以及過程中還有一些材料催化劑需要研發,等等。這個技術到底可不可行?我們通過在實驗室研究,已經發現可以向丙烷脫氫生產乙烯的化工過程有可能用電加熱替代目前的加熱爐加熱,當然我們也可以把非常復雜的流程和裝備可以大大簡化?,F在這個過程已經進到1萬噸的示范,在山東東營,我們期盼這個工藝能夠帶來一些新的機會,當然我們做了初步的核算,還有一些經濟的競爭性。

  第二個非常熱的過程叫合成氨,當前我們搞電、搞化工的都非常關注,成了一個明星過程。這個過程傳統的也是用煤、石油、天然氣把里面的氫拿出來最后做成氨,這是一個高能耗高排放的過程?,F在我們不用這個東西了,用電、水和煙氣來做這個過程,利用光伏發電,電解水制氫,得到綠氫,我們對煙氣吸附氮氣和二氧化碳,氫氣和氮氣就合成氨,氨出來再變成綠料素,為什么熱?大家可以看這個過程完全沒有排放,況且還可以消納二氧化碳,得到的產品氨都是綠色的,作為儲氫來講,氨就有一個新的身份,是得這個過程變得異?;馃?。

  最后,我講一下,剛才舒總提到了,剛才講得這么美好,但這里面有個巨大的鴻溝,怎么把可再生電力的不穩定性、波動性和化工過程的強穩定性這兩個之間的差距給架起來?要實現這一點,必須具備足夠規模的大規模的長時,才能把這個橋架起來。這個過程像抽水儲能、壓縮空氣儲能,當然可以完成一定的任務,但是因為我們需要跟化工單元過程結合,這些受區域條件限制的就很難跟化工過程耦合,我們需要電化學儲能方式跟化工單元過程耦合在一起,這個過程就是液流電池?,F在液流已經商業化,已經進入商業運營模式,但是各種技術也面臨著,像釩、鋰有一些資源限制。儲電的多少完全區域于兩個電解液罐的大小,當然這個過程核心包括碳布電極和催化劑以及怎么抑制副反應,當然最大的優勢鐵和鉻不受資源限制。

  去年10月份,二十大期間,我們建成了一個400千瓦時的中試,經過一定時間運行,基本參數可以滿足低成本大規模儲能要求,當然現在正在進入工業示范階段,也期盼這個儲能技術為我們當前的儲能技術提供另一個選擇。
本文標題:重慶吸氫氣好嘛:徐春明:能源轉型下綠電氫技術發展思考及實踐

本文作者:吸氫氣

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