2025年3月18日-20日 | 北京·全国农业展览馆(新馆)

March 18-20 2025 | Beijing CIAE China

院士报告会 | 谢在库:氢能产业的发展与核心技术展望

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中国科学院院士、中国石油化工集团有限公司首席科学家谢在库。

很高兴有机会做这个汇报!非常感谢各位领导、各位院士都在关注氢能和氢能产业的发展。当然我也是其中一名科技工作者,也在努力推动这项工作。

我今天汇报的题目是《氢能产业的发展与核心技术展望》,我将从化学化工的角度和催化的角度来探讨,刚才几位院士都从产业角度、管理角度、能源角度、材料角度分别进行论述。大家都知道,整个全球能源结构正在发生巨大变化,这个变化是什么呢?这张图,在座的专家领导们都看到了:人类社会经历了木材、煤炭、石油、天然气时代,现在正在进入可再生能源的时代。毫无疑问,氢能从起步到发展,现在也进入了新的历史阶段。

(这张图)是我国氢能产业发展的一个过程,大家可以看到,大概上世纪50年代,氢作为一种物质进入到化学工业、合成氨工业、甲醇工业、炼油工业。到2000年的时候,这时候的产业规模已经达到1000万吨级的水平。现在到了什么水平呢?现在达到了3500万—3600万吨的水平。我国是第一氢能大国,通过我们的能源结构、能源产业发展来看,我国的氢能产业是在快速发展当中,并已进入了一个非常重要的转型时期。

双碳目标的提出,推动国家很多部门提出关于新型能源体系建设。我国计划在2030年,可再生能源的比重要达到33%左右,也就是三分天下,有一分是可再生能源。与此同时,国家有关部门也制定了氢能发展规划。氢能在新型能源体系当中将发挥重要的作用。可以讲,我国的氢能将进入一个新的历史性发展阶段。所以今天的大会和历次的会议涉及的是氢能的经济、氢能的产业、氢能的科技、氢能金融和氢能社会。

这(张图)是中国石化预计未来的氢能产业总体规模,绿氢在2050年将达到6000万吨,而总的氢能规模要达到8000万吨以上,这个数量是非常巨大的,现在已经3000多万吨,从经济社会发展来说,这个总量是可行的。

然而,问题来了,我们最终需要的是氢经济、氢产业。首先最最重要的是绿氢,绿氢怎么办呢?这是需要我们认真思考的问题。这里给出了当前氢流产业分布,给出了2050、2060年氢流产业流程。大家可以看到,未来80%的氢来自绿氢,未来氢将进入我们的产业终端,将进入我们的生活。所以氢从源头、过程到终端,绿氢的比重是非常高的,这是一个非常重大的问题,是需要我们认真思考的。

第二、绿氢科技问题。绿氢科技首先就涉及到氢能的制备,这张图大家都很清楚,展示的是当前的主流技术。现在是碱性电解水制氢,正在推的是质子交换膜、AEM及其SOEC。SOEC效率比较高,因为它一部分热能替代了电能,使规模化制氢可能更有竞争力。当然,其他的方向也有非常优势可言,但是如何规模化制氢,这是一个重要方向,人类社会上最终要实现光解水制氢。现在光电催化耦合在一起的效率是4%、5%左右,未来希望有更大的突破。还有生物质制氢。

除了绿色制氢以外,还有储氢,储氢的方案也很多,我是学化学的,我想谈一谈关于化工和化学的催化方案。很简单,它就是一个脱氢和加氢的过程,就是一个催化过程,是一个热力学和动力学匹配的过程。如何设计好催化剂是非常重要的。这里(图)给大家看到的是氨和甲醇,它们是非常重要的有机储氢载体。

第三个话题是进入产业端——绿氢炼化。刚才喻总在致辞当中提到了绿氢炼化。中国石化的2万吨库车示范项目,是典型的绿氢炼化。还有绿氢煤化工,绿氢进入合成气工业当中,只能是绿氢煤化工。

绿色的合成氨将进行三个流程。在这方面,我只用一张PPT,展示它将经历的三个阶段,第一是对传统热催化的进一步节能降碳;第二是绿氢进入传统的热催化当中;第三是通过电催化来实现绿氨的制备。

在氢气工业当中,还有一个重要的方面是冶金工业,也涉及到氢冶金。现在是高炉冶炼,所以二氧化碳排放比较高,如果氢冶金能够进入,那么可以大幅度降低二氧化碳的排放。还有建材,今天已经涉及到建材工业。它在分解当中,如果一个耦合加一个介质耦合的话,那么二氧化碳就原位生成化学品,当然这个过程还在探索当中,是否能够实现,我们拭目以待。

氢产业还有一个重要方面是交通,我们从源头要获取绿氢,中间要有运输过程,到产业端应用。终端交通的核心是燃料电池,所以规模化的、低成本、高性能的燃料电池材料的开发非常重要。

综上,我给大家汇报了关于绿氢核心技术的四大方面:规模的获取、储氢、耦合以及产业和交通的应用。在变革性实现双碳目标方面,绿氢在能源化工产业中占有非常重要的一环。在光催化、电催化及其耦合当中,它占有非常重要的份额,可以说支撑着双碳目标实现的重要方面。

我跟大家汇报了氢能产业体系,特别是绿氢产业体系的核心技术,高度概括起来就是三个方面:第一个是氢怎么制备,特别是绿氢怎么制备,这是一个重要的命题,也是科技工作者、社会各界努力去推动的,如何实现规模化、可持续、低成本的制氢;第二就是储运,如何低成本、长距离储运,它的路径和途径是什么;第三就是终端怎么用,产业怎么用,交通怎么用。三大关键环节构建了氢能产业体系的核心技术。

最后,我想简要汇报一下中国石化的氢能实践。比方说在供氢生产方面,中国石化实际上是氢能领域的大企业,2023年38家炼化及煤化工企业生产利用氢气445万吨,占全国14%。截至2023年底,建成11座供氢中心,提供燃料电池用高纯度氢气总能力约2.4万吨/年。还有输氢管道,已建成巴陵-长岭、济源-洛阳、金陵-杨子等三条纯氢管线,总长近100公里,已实现长周期安全运营。同时,还在进行液氢的工作,巴陵石化、燕山石化拟建设液氢装置,以覆盖更广市场范围。建成终端加氢站131座,正在建设香港首座公众加氢站——凹头站。制定京沪氢走廊贯通方案,从北京到上海,经过六个省市,进行长距离运输场景的实践。同时还包括绿氢炼化2万吨示范工程,并开展氢能“制储运用”产业链关键技术攻关及构架油氢合建站标准体系建设。这个过程当中,作为链长单位,也需要社会各界,科研单位、产业单位及其政府组织的支持和推动,只有这样,才能把氢经济、氢产业、氢科技、氢社会推向新的发展阶段。

备注:对内容有所删减,未经本人审核,仅供参考。