氢能：开启能源新时代

　　编者按：人类历史上每次能源利用的里程碑式发展，都会开启一个新的时代。从木柴到煤炭再到石油，人类文明随之飞速进步，同时也越来越离不开能源。未来能源的选择将何去何从？答案似乎模糊却也清晰。寻踪能源发展史不难发现每次能源的更迭都是在向更高的能量密度发展，高效、清洁、可持续是要素，其中高效是必要条件。目前所知的燃料中能量密度最高就是氢气，同时它还具备清洁和可持续的优势，因此氢能极大概率将成为能源的终极之路。

　　氢能迎来发展黄金期

　　——国际能源署发布专项报告呼吁推动氢气清洁利用进程

　　本报记者 崔茉

这听起来很神奇：你把一个特殊装置和空气接触，将它暴露在阳光下，便开始生产氢气。事实上，一个研究团队已经将这一设想变成现实。能源行业已经对氢能开发利用了多年，但由于受制氢技术掣肘，一直未能实现大规模应用。但近一段时期，越来越多的国际共识认为，氢能将在世界向可持续能源的过渡中发挥关键作用。

6月14日，在G20峰会召开前夕，国际能源署(IEA)发布了一份特别的氢能发展报告，称“氢能拥有巨大的潜力，世界不应该错过这个使氢能成为我们清洁和安全的能源未来重要组成部分的独特机会”。

　　清洁制氢技术正不断取得突破

氢的燃烧效率大约是汽油的三倍。虽然氢能本身对环境不会造成什么影响，因为只有水和热量作为副产品释放出来。然而，生产氢气的过程目前还不太环保。

当前，约95%的氢气是通过一种称为蒸汽重整的过程产生的——将氢原子与甲烷中的碳原子分离。但是，这一过程会释放温室气体，导致全球变暖。另一种生产方法，即电解法，将氢从水中分离出来。电解可以通过风能、水电和太阳能等可再生能源为原料实现，因此不会产生任何碳排放，缺点是价格昂贵。

为了充分发挥氢气作为替代化石能源主力的潜力，科学家们需要找到一种更加经济、环保且可行的方法来规模化生产氢气。据美国oilprice网站报道，利用空气和水制氢的技术在今年已经取得重要突破。

近日，瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员表示，他们已经开发出一种新技术，依靠太阳能小型装置，从阳光和空气中生产液态碳氢化合物燃料。“这种装置证明了碳氢燃料可以在现实的条件下由阳光和空气制成。”该装置直接从空气中提取二氧化碳和水，并使用太阳能对其进行分解，得到包括氢气和一氧化碳混合物在内的合成气，随后将其加工成煤油、甲醇或其他烃类。

今年早些时候，荷兰基础能源研究所(DIFFER)与丰田汽车欧洲公司合作，试图开发一种装置，吸收潮湿空气中的水蒸气，利用太阳能将其分解为氢气和氧气。目前，研究人员已经开发出一种新型固态光电化学电池，能够从空气中捕获水，然后在阳光照射下产生氢气。

在比利时，鲁汶大学(KU Leuven)的生物科学工程师在2月份表示，他们已经制造出一种氢气面板，可以利用空气中的水分产生氢气。根据研究人员预测，经过十年的发展，该小组现在每天可以生产250升的氢气。其中，20个这样的氢气面板可以为一个家庭在整个冬天提供电力和热能。

　　减少碳排放是氢能扩大利用的关键

上述氢能技术虽然已经是历史性的突破，但离规模化应用尚有距离。鉴于从低碳能源生产氢气的成本仍很高，当前，工业使用的氢气几乎全部由天然气和煤炭生产。国际能源署表示，每年由天然气和煤炭制氢所释放的二氧化碳大约为8.3亿吨，相当于英国和印度尼西亚年度碳排放量的总和。

减少现有氢气生产的碳排放是一项挑战，但也是增加全球清洁氢气利用规模的机会。

一种方法是从化石燃料的氢生产中捕获和储存、利用二氧化碳。目前世界上使用这种工艺的工业设施还不太多，更多的工业设施正在筹备中。

另一种方法是从电能中获得更多的氢供应。在过去二十年中，已有200多个项目开始运营，将电能和水转化为氢气，以减少碳排放。

在汽车、卡车、钢铁和供暖建筑等其他领域扩大清洁氢气的使用是另一项重要挑战。目前全球约有1.12万辆氢燃料电池动力汽车在道路上行驶。到2030年，鼓励使用氢能源汽车的政府希望这一数字急剧增加到250万辆。

国际能源署分析，预计到2030年，用可再生电力生产氢气的成本可能会下降30%。由于可再生能源成本下降和氢气产量的增加，氢燃料电池、加氢设备都可以从大规模制造中受益。

除生产工艺外，氢能发展还面临以下亟待解决的问题：氢气的密度很低，需要在高压下储存和运输；氢气易燃且无味，燃烧之前，必须使用传感器检测泄漏；氢燃料供应商是否愿意建设数量庞大的加氢站来服务氢燃料电动汽车等。

　　推动氢能加快发展路在何方

国际能源署执行主任法提赫·比罗尔指出：“当前氢能迎来了前所未有的发展机遇，不论是能源进口国还是出口国的政府，以及可再生能源行业、电力和燃气公用行业、汽车制造商、石油和天然气公司、一些大型技术公司和城市，都在积极推动氢能发展。”

为了巩固这一势头，国际能源署在其专项报告提出了四个推动氢气发展的建议，以帮助政府、企业和其他利益相关者扩大全球氢能发展的规模。

一是使工业港成为扩大使用氢气的中枢。目前，大部分以化石原料生产的氢气作为工艺原料的炼油和化工品工厂集中在世界各地的沿海工业区，鼓励这些工厂转向更清洁的氢气生产将会减少整体成本。

二是依托现有基础设施如天然气管道输送氢气。如能依托目前上百万公里的天然气管道，仅仅将其中5%的管道用来运输氢气，将大大增加对氢气的需求并减少成本。

三是扩大氢燃料在货运、客运车队中的使用。沿着固定路线运送乘客和货物的汽车、卡车和公共汽车可以转向使用燃料电池电动汽车。

四是启动氢贸易的第一条国际航线。国际合作对于加速清洁氢气的发展至关重要。

此外，国际能源署指出，国家、城市政府应在长期能源战略中确立氢的作用。氢能生产、利用和开发的公司也应确立长远的发展目标，加大对氢能的研发力度，通过政策和技术的创新推动氢能的长远发展。若这些政策和规划真能很好地被各方采纳和执行，那么，氢能发展的黄金期确实已经到来了。

　　“灰犀牛”即将到来？

　　——技术突破助力未来能源转型

　　本报记者 王馨悦

BP集团首席技术官大卫·艾顿在北京6月举办的未来能源大会上表示，目前人类直击双重挑战——一方面要减排，另一方面则是如何应对新增的需求。那么挑战应如何面对？降低成本、提高效率的“核心密码”是什么？

　　油气市场平衡再博弈能源革命加快步伐

当前国际形势正处于百年未有之大变局当中，新一轮能源革命加速推进，应对全球能源安全和可持续发展问题迫在眉睫。

近几年的低油价导致石油行业投资不足，后期新增产能不足将给供应侧带来一定挑战。同时，美国页岩油增产、“减产联盟”减产导致全球原油品质结构向轻质化发展，能源安全和能源转型成为未来能源经济可持续发展的全局性问题。

新能源发展进入了黄金发展时期，然而非常规油气资源依旧十分丰富，至少可以让石油工业再发展150年，如果它被替代，那么一定是成本更加低廉的能源。

未来能源的发展取决于技术、材料和商业模式的创新，新的能源生产转换与储运方式产生的生产力正在催生新的生产关系、新的产业分工和新的生存法则。传统上以控制资源与通路而成功的大型能源公司审时度势，纷纷开启了对于跨界转型创新模式的探索。

大卫·艾顿介绍，BP集团业务仍聚焦于油气，但是在此基础上，将对未来能源进行一些战略性投资。投资项目既要满足盈利性，又要考量低碳能源的战略价值，因为这是未来能源行业真正的竞争。

新能源的资源利用可以再利用千万年，且消费占比在不断增加，投资在增加，成本却在下降，接近化石能源，这给新能源带来很大的机遇，由此可见以新能源消费为主成了必然趋势。

　　“一带一路”为依托把握能源变革方向

当前，全球能源治理体系正在加速重构，我国在能源领域的国际合作迈入“引进来”和“走出去”并举的历史关键期。以“一带一路”倡议为依托，构建连接世界能源合作网络是今后一段时期努力的方向。

2018年我国联合相关国家共同发表了《共建“一带一路”能源合作伙伴关系部长联合宣言》，明确未来将在新能源、智能电网及煤炭清洁利用等方面开展更多的国际合作，展示了我国融入国际能源治理体系，坚定推动绿色可持续发展的决心。各行业、各地区应该不断增加可再生能源占比，为在世界范围内即将到来的绿色低碳能源变革奠定良好的基础。

当前全球新一轮科技革命和产业革命加速推进，互联网、大数据、云计算等信息技术与能源技术深度融合，形成了能源生产和消费的各个环节。智能化等新兴技术让供应侧、需求侧、储能等前所未有的联系在一起，革命性地改变了能源传统框架。因此在能源安全严峻形势下，能源技术革命中的技术转型要快，能源市场革命中的博弈决策也要快。

我国能源发展行动的步伐从未停止。能源科技创新高度活跃，我国能源发展进入转型关键期，急需辨识适合我国国情的新能源重大变革技术方向，并认清这些变革技术对能源生产消费革命影响的本质和全貌。对此中国科学院科技战略咨询研究院副院长张凤表示，考虑能源的生产端、消费端，以及系统集成，研究院遴选出了最有可能影响我国能源革命的十项能源变革技术方向，其中包括生产端的煤炭清洁高效利用，氢能与燃料电池技术等。

张凤认为，从能源的生产端、消费端和系统集成三个维度进行全景式、系统式的研究，才能准确把握新能源的重大技术方向和它的影响程度，从而为国家顶层规划布局提供参考。

应该说，长期以来科技都是推动能源革命的决定性力量，中国作为新一轮全球性的能源革命的主力军，在能源革命的大潮中，唯有勇敢拥抱未来才能拥有未来。

　　石油公司超前布局技术助力能源之路

世界各国均在提速新能源产业，保持天然气规模，减少石油投资。无论是考虑碳排放需求，还是新能源的发展态势，石油公司已经无法再忽视能源转型。寻求油气业务与新能源之间的平衡，是石油企业需要重点考虑的问题。

以BP集团为例，2017年12月， BP以2亿美元收购了欧洲最大太阳能开发商Lightsource 43%的股份；2018年5月，BP通过招标项目收购了爱尔兰物联网专业公司Ubiworx，以此构建更多互联、智能、高效和可持续的能源系统；2018年6月，BP宣布就收购英国最大的电动汽车(EV)充电公司Chargemaster事宜达成协议；2019年1月，BP集团技术投资子公司BP Ventures为技术初创公司Belmont Technology提供了500万美元A轮融资，以加强公司在其上游业务中的人工智能化和数字化。

事实上，国际石油公司对于未来能源的超前布局远不止于此。BP集团在未来能源方面主要投资五大领域，包括电气化以及自动化交通、生物及低碳产品、碳管理、数字技术、电力与存储等。大卫·艾顿表示BP集团在上述五大领域投资2亿美元进行技术创新。此外，每年投资在创新方面的总体费用近10亿美元，主要用于提升企业重点业务的技术能力，并在其他方面进行探索。据此不难看出，在提升现有油气业务表现的同时，加快部署可再生能源，发展低碳业务，已经成为国际石油大公司未来专注的发展方向。自主之路终将开启氢能发展至关重要

提到低碳，就要说起近年来备受关注的氢能。全球主要国家高度重视氢能与燃料电池的发展，美国、日本、德国等发达国家已经将氢能上升到国家能源战略高度，不断加大对氢能上升到国家战略高度，不断加大对氢能及燃料电池的研发和产业化扶持力度。根据氢能委员会预测，到2050年氢能可能占全球总能源消费的20%。欧盟平均每年投入超过1亿欧元；德国和日本提出要实现氢能社会领先全球；美国提出2030年-2040年将全面实现氢能经济；氢能也首次进入了中国《政府工作报告》，提出要推动充电+氢等设施建设把前端和后端连接起来。

目前中国氢气的来源主要是化石，未来电解水、太阳能的电解水制氢可能是未来大规模绿色制氢的最主要方式。中国科学院院士、中国石油勘探开发研究院副院长邹才能认为能源技术革命中氢能可能是新能源革命的“灰犀牛”，因为氢能源的优势非常明显，重量最轻，导热最好，发热值高，燃烧性好，无毒环保，几乎没有缺点。而氢能发展面临的三大难题——成本较高、加氢较难、数量有限，都是暂时的。邹才能表示，在目前的重要机遇期，应该重视氢能源的研究，从上游制氢、中游储运、下游利用进行新技术研发。

中国有没有可能通过新能源实现中国能源自主？邹才能把传统的能源比作白天鹅，新能源比作黑天鹅，认为未来不管白天鹅还是黑天鹅都会和谐相处，传统能源和新能源和谐发展才能做出更大的贡献。为顺应世界能源发展新形势，中国石油新能源核心业务正在进行时，地热、核能、氢能、储能新材料等领域都在加快研究和创新。能源是安全的基石，能源技术不断突破，终将开启中国能源自主之路。