近日，烏拉圭公布首個(gè)綠氫工廠項(xiàng)目計(jì)劃，該工廠將耗資3800萬美元，位于烏拉圭西南部里奧內(nèi)格羅省首府弗雷本托斯市，預(yù)計(jì)于2026年開始運(yùn)營。該項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括8000塊太陽能電池板、1個(gè)每小時(shí)可生產(chǎn)36千克氫氣的2兆瓦級(jí)電解槽和1個(gè)卡車加氣站。 隨著全球?qū)η鍧嵞茉吹男枨笕找嬖鲩L，氫能源因其高能量密度和零排放特性，被視為未來能源體系的重要組成部分。氫能源的制造方式多樣，包括電解水制氫、天然氣重整制氫、生物質(zhì)氣化制氫等。氫能源作為一種清潔、高效的能源載體，在全球能源轉(zhuǎn)型中扮演著重要角色，其制造成本及市場(chǎng)價(jià)格是決定自身商業(yè)化進(jìn)程的關(guān)鍵因素。 本文旨在探討氫能源的制造成本構(gòu)成以及氫能源的儲(chǔ)存問題，并提出可以降低成本的合理建議。 國內(nèi)外制氫方式選擇存在差異 國內(nèi)氫能源制造主要依賴化石燃料重整和水解制氫技術(shù)，其中煤制氫和天然氣重整制氫占據(jù)主導(dǎo)地位。近年來，隨著可再生能源的發(fā)展，國內(nèi)電解水制氫技術(shù)快速發(fā)展。國外在氫能源制造方面更加注重可再生能源制氫，如利用太陽能、風(fēng)能等進(jìn)行電解水制氫，在生物質(zhì)制氫、核能制氫等領(lǐng)域也有所突破。 目前，我國電解水制氫方法的效率只有50%~70%，處于較低水平，而且要消耗大量電能及成本。觀察我國氫能源價(jià)格，2023年3月7日，長三角氫價(jià)格為33.69元/公斤，長三角“清潔氫”價(jià)格為34.13元/公斤。再細(xì)看國內(nèi)常見的一些制氫方法及價(jià)格，輕烴裂解制氫方法主要有丙烷脫氫和乙烷裂解制氫，輕烴裂解的氫氣純度較高，雜質(zhì)含量低；副產(chǎn)焦?fàn)t氣制氫價(jià)格一般不高于12元/千克，燒堿副產(chǎn)物制氫等價(jià)格一般不高于18元/千克；煤制氫價(jià)格約為10元/千克～15元/千克；天然氣制氫的價(jià)格約為15元/千克～20元/千克。值得關(guān)注的是，電解水制氫方法綠色環(huán)保，生產(chǎn)的氫氣純度高，但能耗較高，電解水制氫的氫氣價(jià)格在30元/千克～40元/千克。 在國外，灰氫（通過天然氣重整）的成本相對(duì)較低，大約在1美元/千克~2美元/千克。綠氫（通過電解水）的成本較高，根據(jù)國際能源署（IEA）公布的數(shù)據(jù)，2020年綠氫的平均成本在3美元/千克~6美元/千克，這主要是因?yàn)殡娊馑碾娏Τ杀据^高。隨著電解技術(shù)的改進(jìn)和規(guī)模化應(yīng)用，綠氫的成本正在下降。例如，根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)（Bloomberg NEF）的報(bào)告，到2030年，綠氫的成本預(yù)計(jì)下降到1.4美元/千克~2.3美元/千克，這主要得益于可再生能源成本的降低和電解效率的提升。 縱觀目前全球發(fā)展?fàn)顩r，日本在氫能利用和專利擁有數(shù)方面位居全球第一，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)燃料電池車和家用熱電聯(lián)供系統(tǒng)的大規(guī)模商業(yè)化推廣；美國氫能專利數(shù)排名第二，集中在加利福尼亞州示范應(yīng)用；韓國已掌握一流技術(shù)，目前正在推進(jìn)關(guān)鍵零部件100%國產(chǎn)化；歐盟氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)最好，擁有世界級(jí)的氫氣和燃料電池價(jià)值鏈參與者，以及強(qiáng)大的氫研究機(jī)構(gòu)和完善的計(jì)劃，特別是德國的優(yōu)勢(shì)最為明顯。 我國可以向國外學(xué)習(xí)低成本制氫技術(shù)，將風(fēng)能和太陽能發(fā)電與電解水制氫相結(jié)合，從而降低制氫成本。電解水是目前最常用的綠氫生產(chǎn)方法，通過提高電解槽的效率，減少能量損失，可以降低生產(chǎn)成本。此外，我們還可以通過優(yōu)化電極材料來提高電解效率，使用高效的催化劑，如鉑、鈀、鎳基合金等，降低電解過程中的過電位，提高反應(yīng)速率；改變優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)，采用多孔、納米結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料的電極，增加電極的表面積，提高電化學(xué)反應(yīng)的效率；改進(jìn)電解質(zhì)離子傳導(dǎo)性，使用液態(tài)電解質(zhì)，比如在鋰離子電池中使用鋰鹽溶解有機(jī)溶劑中的混合物。固態(tài)電解質(zhì)比如氧化物、硫化物或聚合物基的固態(tài)電解質(zhì)，可以在固態(tài)電池中使用，提供更高的安全性和能量密度。同時(shí)，凝膠電解質(zhì)結(jié)合了液態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，有更好的機(jī)械穩(wěn)定性和離子傳導(dǎo)性。
