氢能汽车与我国新能源战略研究

氢能汽车与我国新能源战略研究

廉恩勇

泰山学院 山东泰安　271021

摘要：本文详细论述了氢能产业的一些国家布局以及我国氢能产业的实际情况，特别是在战争影响条件下能源价格上涨过快，已经严重影响到世界各国的经济发展。确定氢能在我国新能源战略中的客观地位，对于我国实现经济建设目标具有重要意义。通过本研究发展，氢能在我国的很多城市中具有举足轻重的地位，发展迅速，取得了很好的经济效益和生态效益。

关键词：氢能，新能源，战略

1、国家氢能战略的确定

改革开放以来，中国经济经历了40多年的高速发展期，但是伴随化石能源消费的大量增加，也带来了严重的环境问题，比如温室效应、空气污染、能源安全等，这促使中国政府积极寻求清洁和可再生能源。由于氢是一种洁净的二次能源载体，具有来源途径广泛、转化效率较高、能量密度较高、储存形式多样的优点，这使得氢成为一种有前途的替代能源，在很大程度上成为中国能源供应多样化中的一个优选方案，可以在将来保障中国的能源安全。所以，在2006年中国发布了《中国中长期间科学和技术规划纲要（2006-2020）》，确认了氢能和燃料电池技术作为先进能源技术的地位。在《中国制造2025》《能源技术革命和创新行动计划（2016-2030）》国家创新驱动发展战略纲要等文件中，氢能和燃料电池都被列为导致产业变革的颠覆性技术。2019年，氢能首次写入了《政府工作报告》，明确提出了推进加氢设施建设。2020年4月，国家能源局发布《中国能源法（征求意见稿）》，氢能被列为能源范畴。2020年6月，氢能先后被写入了《2020年国民经济和社会发展计划》《2020年能源工作指导意见》中。

2、氢能产业链及其分布

氢能作为一种新型能源，其出现的时间要远远晚于水电、光伏和风电等新能源之后，被充分认识到也就是在21世纪初期。但其发展速度和围绕着氢能而形成的产业链却是十分迅速的，在全世界都已经形成了比较广泛的市场，并迅速形成了一个产值达到150000亿美元的大产业。下面我们围绕着这个产业体系，进行深入分析和研究。

2.1产业链的上游：氢能的生产制备

美国作为最早把氢能及燃料电池作为能源战略的国家，上世纪70年代美国就提出了氢经济的概念，在布什政府时就提出了氢经济发展蓝图，奥巴马政府也发布了〈全面能源战略〉政府白皮书，特朗普政府将氢能和燃料电池作为美国优先能源战略，并积极开展前沿技术的研究。2018年，美国政府宣布10月8日成为美国国家氢能与燃料电池纪念日，美国政府对氢能和燃料电池给予持续的支持，近十年的支持规模超过了16亿美元。同时，美国还积极进行氢能基础设施的建立和氢燃料的使用制定了相关的财政支持标准和减免法规。目前，美国在液氢技术、规模、产量和价格方面均处于绝对的优势地位。

日本由于受自身地理条件和资源供应情况的影响，也早期开展了对氢能的生产和使用方面的研究工作，并提出了“成为全球第一个实现氢能社会的国家”，所以，日本的所能发展速度成为全球最快和应用最多的国家。氢能生产就是一种关键的核心技术，制氢技术。现在目前在市场上，主流的制氢技术主要有以下几种：

2.1.1传统制氢技术

在这种制氢技术中，主要包括一次能源制氢，化工副产氢气加收、含氢物质制氢等。下面分别介绍一下。一次能源制氢技术，原料可以是煤、天然气和石油。一次能源制氢技术的原则就是采用原料与水蒸气或氧气在一定温度压力条件下转换为反应气，然后再经过变换、分离、提纯等过程获得相应纯度的氢气。目前来看，一次能源产氢量占据着主导地位。化工副产氢气回收技术。氢气在很多化工工艺中，并不是主要产品，而是作为副产品的五项原则出现的，能经过有效的回收利用。这些工艺主要集中在烧碱、焦炭、氰化钠制备等领域。在现在的工艺中，每生产1吨氰化钠会副产700立方米的含氢尾气，尾气中含氢气体积占比75%~85%；每生产1吨焦炭可副产420立方米的焦炉气，一般焦炉气含氢体积占比52.2%~55.6%。在化工行业，副产氢气优选作为燃料或原料就地消纳。我国多数烧碱企业配套建设了盐酸和聚氯忆烯装置的目的就是利用副产氢，烧碱企业副产氢的平均利用率达到60%。

含氢物质制氢技术一般的就是指氨、硼氢化钠、甲醇和水平等原料进行化工分解或合成氢气的技术。气态氨在800度高温条件下，由催化剂进行催化分解为氢气和氮气，经过气体分离与提纯后就可以得到高纯度的氢气。硼氢钠水解制氢是在常温下生产高纯度氢气的制氢技术。硼氢化钠具有强还原性，在强碱性水溶液和催化剂的共同作用下可以水解产生亚硼酸钠和氢气。甲醇转化制氢是将甲醇与水蒸气进行充分混合后，再加压和加热处理，在催化和转化过程中完成氢气的制备工作。

水电解制氢技术就是将两个电极（阴极和阳极）分别通上直流电，浸入到水中。由于直流电的作用，水分子就会自然分解为氢气和氧气。电解水制氢的工艺比较成熟，设备也相对比较简单，但是耗电量很大。水电解制氢是风光电解制氢技术的基础。

2.1.2风光电解制氢技术

这种技术中主要包括碱性水电解技术、固体聚合物水电解技术、固体氧化物水电解技术等三种主要技术。先介绍第一种碱性水电解技术。电解装置是由镀镍的铁电极或镍系金融电极、石棉或聚酯系材料等多孔质隔膜构成的。电解液通常采用氢氧化钠或氢氧化钾溶液，在电解过程中不消耗碱液，碱液只起到离子转化的作用，这种电解方式具有操作简单、成本低的优点，主要缺点是电解效率低，碱液存在一定的腐蚀性，通常工作温度在40度至80度的高温环境下来完成的。

3.产业链的中游：氢能的贮存运输

氢气液化温度极低，自然界没有游离态氢存在，易发生氢脆现象。氢气高密度储运成为了一个急待解决的难题，这是影响氢能广泛应用的关键环节。在氢气贮存和运输过程中，需要面对的主要问题就是氢脆现象。一般认为，氢脆是始于氢原子在金融容器中由于氢陷阱周围的聚集和偏析，对金融基体的原子键合力或者位错运动产生影响，导致金融容器脆性增加的现象，称为氢脆。氢脆通常在宏观上表现为材料力学性能上的退化（如韧性和塑性下降等）和断裂形式的变化，这使得处于载荷条件下的金属发生明显的脆化现象。如何应对氢脆现象，是制约着氢经济规模和发展使用范围的重要制约因素。

3.1氢能的贮存

目前来看，氢能的贮存方法主要有：高压气态贮存、液化贮存、金属氢化物贮氢、非金属氢化物贮氢、多孔吸附剂贮氢和其他化学方法论等。可以满足商用要求的比较成熟的贮氢技术就是高压贮氢、液氢贮运和金属氢化物三种方式。以下分别详细介绍一下。

高压气态贮氢是一种十分直接的贮氢方式，其结构较为简单，压缩氢气制备的能耗较低、充装速度快，释放氢气只需要调节减压阀即可，世界上绝大多数的燃料电池汽车研究的公司，如通用、三菱、福特等均将高压氢气作为燃料电池汽车的贮氢方式。

3.2氢能的运输

氢能的运输方式有很多，包括普遍使用的低温液氢罐、小规模使用的加压氢气罐、适用于成熟市场和规模应用的氢气管道以及其他涉及氢载体的储运方式，各种方式均有其优缺点。虽然管道能够大规模、有效地运输高压氢气，但是管线建设的初期投资和时间成本很高。氢气管道的建设成本浮动程度较大，直径2～4英寸的6.9MPa氢气管道建设成本估计为329~590美元每米，比同等规格的天然气管道要贵很多。管道运输是一种高效的运输方式，但是，面临的主要问题就是经济成本太高。

综上所述，氢能是一种最原料最为广泛，开发前景最为辽阔的一种新能源，也是很符合我国当前能源战略的一种新能源。如果我们能坚持正确的政策方向，加大科研投入，我们就一定能够在将来的发展中为人类作出更多更大的贡献。

参考文献

[1]王东军等.国内外工业化制氢技术的研究进展[J].工业催化，2018（05）：26-30

[2]孙鹤旭等.风电制氢技术现状及发展趋势[J].电工技术学报，2019（10）：4071-4081