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行業知識
【科普】第50個世界地球日來臨,氫能將如何改變世界?
時間:2020-04-22   訪問量:41  【打印此頁】  【關閉

今天是2020年4月22日,也是第50個世界地球日。

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▲地球日之父——丹尼斯·海斯

首個世界地球日由美國議員和哈佛大學學生丹尼斯·海斯于1970年發起,隨著世界環境問題的日益嚴重和人們環保意識的逐漸提高,這項活動逐漸成為全球性的公眾運動。我國也于上世紀90年代開始舉辦“世界地球日”活動,今年我國世界地球日的主題為“珍愛地球 人與自然和諧共生”。

一、     為什么要舉辦世界地球日?

世界地球日的目標是通過呼吁提高政府及民眾的環保意識,動員人們參與到環保運動中來,倡導綠色低碳生活,從而改善地球日益嚴重的環境問題。

當前,人類面臨的環境問題主要有:森林、濕地湖泊的消失導致生物走向滅絕;能源燃燒排放的溫室氣體使全球變暖,并引發極地冰蓋融化、海平面上升、旱澇災害等一系列連鎖反應;煤炭、石油、天然氣等不可再生能源因過度開采而面臨枯竭;臭氧層受到破壞等。

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▲因冰川融化被困在浮冰上的北極熊母子

其中,能源問題是導致環境惡化的重要因素之一,如何開發新型能源、優化現有能源結構成為了世界各國重點關注的焦點。

二、     氫能作為能源的優勢在哪?

氫能被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源,具有以下優點:

(一)資源豐富

氫在自然界中主要以化合物形態存在,如水、碳氫化合物等;其中水占地球表面的70%以上,是氫氣的豐富來源。

(二)來源多樣

氫氣可通過石油、煤、天然氣等化石能源重整,也可通過生物質裂解或微生物發酵等途徑制取;可來自焦化、氯堿、鋼鐵、冶金等工業副產氣;也可通過電解水來制取。其中,電解水制氫的方式因其零污染、制取氫氣純度高、可再循環的特性而備受關注,但缺點是耗電量大、成本高昂。

(三)靈活高效

氫熱值高(142KJ/g),是同質量焦炭、汽油等化石燃料熱值的3-4倍;通過燃料電池可實現綜合轉化效率85%以上;

(四)可儲存性

在電力過剩的地方和時間,可以用氫的形式將電能或熱能儲存起來,在合適的時間和地點再釋放,這也是氫能在其他可再生能源中得天獨厚的優勢。

(五)應用場景豐富

氫能既可以直接為煉化、鋼鐵、冶金等行業提供高效原料、還原劑和高品質的熱源,有效減少碳排放;可以通過燃料電池技術應用于汽車、軌道交通、船舶等領域,降低長距離高負荷交通對石油和天然氣的依賴;還可以應用于分布式發電,為家庭住宅、商業建筑等供電供暖。

三、     面對日益嚴峻的環境問題,氫能將如何改變世界?

(一)        氫能對實現低碳能源有著比較顯著的效果

主要表現在以下三個方面:一是用氫直接代替石油,用于交通燃料;二是在高碳化石燃料煤的利用中, 未來將采用二氧化碳捕集及貯存技術 (即CCS技術) , 此時, 氫氣是煤氣化的主要產品, 實際上是將煤制氫、同時捕集二氧化碳, 再利用氫的能量;三是氫在可再生能源利用中起提高能源質量的作用。2007年我國消費能源26.5億噸標煤, 其中交通運輸行業用2.06億噸標準煤,占我國能源消耗的7.7%。未來的氫能完全可以取代交通運輸和化學工業用石油,這樣從宏觀看相當于減排CO2達8%以上。(來源:毛宗強《氫能將成低碳時代“新能源寵兒”》)

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▲中國氫能及燃料電池產業技術路線展望,來源中國氫能聯盟

(二)氫能是否真的清潔環保?

氫氣的使用過程是清潔低碳的,這毫無疑問。但是,氫氣的制取是否符合環保要求,依賴于它的制取方式。

工業和信息化部原部長、中國工業經濟聯合會會長李毅中曾經發表過觀點:灰氫不可取,藍氫可以用,廢氫可回收,綠氫是方向。

灰氫是指伴有大量二氧化碳排放而產生的氫,主要以化石能源、煤炭、甲醇制氫為主,其中每生產1公斤氫,要伴生5.5-11公斤的二氧化碳,這種制氫方式顯然不可取。

藍氫是指將二氧化碳通過捕集、埋存、利用而避免大量二氧化碳排放的方式,主要是采取蒸汽甲烷重整技術或煤氣化加上碳捕捉和貯存(CCS)制氫。

綠氫是指用可再生能源制氫的方式,如電解水制氫就是一個未來的方向,但因為其成本高昂,耗電量巨大,還需要進一步研發突破。

四、     總結

氫能是一種極具發展潛力的清潔能源,在改善環境問題上,氫能毫無疑問地將扮演一個重要的角色,但氫能的發展還需要全人類共同努力:如電解水制氫的成本優化、工業副產氫的凈化提純、棄風棄光的利用、加氫站及燃料電池的技術發展及推廣等。

重視新能源發展,關注地球命運,將成為21世紀人類歷史中重要的一章。


參考資料:

1)    《氫能——我國未來的清潔能源》毛宗強

2)    《氫能——未來最清潔的能源》李根蒂

3)    《氫能將成低碳時代“新能源寵兒”》毛宗強

4)    《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》

5)    《李毅中:灰氫不可取,藍氫可以用,廢氫可回收,綠氫是方向》中國電動汽車百人會


撰稿:張師詩

校對:時光

 





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