加速形成新质生产力 为碳排放做减法 为科技做加法

 

“双碳”目标下，氢能是实现石油化工行业深度脱碳的必然选择。相关机构数据显示，2021年我国氢气需求量在3300万吨左右，其中超过2800万吨用于石油化工行业。当前我国氢气主要来自化石能源，64%来自煤制氢、14%来自天然气制氢，粗略测算，生产2800万吨氢气需要排放近5亿吨二氧化碳。通过合理的方式推动“绿氢替代灰氢”（可再生能源分解水制氢替代化石能源制氢），可大幅降低行业碳排放量，进而收到固碳甚至负碳排放效果。

 

绿氢是通过太阳能、风能等可再生能源分解水制取，生产过程中基本不产生温室气体，其产业链条上游连接着光伏、风电等新能源产业，下游应用在化工、冶金、交通等产业，对推动现代化产业体系的绿色转型起到重要作用。

 

8月30日，我国规模最大的光伏发电直接制绿氢项目——新疆库车绿氢示范项目全面建成投产。该项目是国内首次规模化利用光伏制氢的重大项目，电解水制氢能力2万吨/年、储氢能力21万标准立方米、输氢能力2.8万标准立方米/小时，每年可减少二氧化碳排放48.5万吨。该项目生产的绿氢全部供应塔河炼化，用于替代炼油加工中使用的天然气制氢，实现现代油品加工与绿氢耦合低碳发展，使我国绿氢工业化规模应用实现零的突破。

 

面对可再生波动电源制氢的技术难题，中国石化通过自主开发绿电制氢配置优化软件，将电控设备与制氢设备同步响应匹配，实现了“荷随源动”，大幅提升了对波动的适应性，项目还形成了一套集合预测光伏发电、电氢耦合自动化控制工艺包创新性技术，可根据光伏发电情况，预测产氢量和外输量，实现制、储、输的自动计算和控制，全流程全天候自适应低成本安稳运行，实现“智能生产”。此外，该项目先后完成了万吨级电解水制氢工艺与工程成套技术、绿氢储运工艺技术、晶闸管整流技术、智能控制系统研发等创新成果。

 

目前，氢的储存运输是制约氢能发展的关键瓶颈。当前全球严重缺乏高效安全的氢储运技术，导致前端氢产能过剩、后端氢供应不足，且绿氢占比低。氢难以常温常压储存，一般使用高压气态储氢或是低温液态储氢，难以解决本质安全问题。

 

中国工程院院士、亚太材料科学院院士潘复生提出，镁基储能材料具有资源储量丰富、成本低和安全性能高、环境友好的优势，是极具潜力的新一代储能材料。一旦技术实现产业化突破，市场潜力可达万亿美元以上。目前，我国在镁基储能材料领域的研究处于世界前沿。

 

镁是所有固态储氢材料中储氢密度最高的金属材料，理论上的储氢密度可达气态氢密度的1000倍、液态氢的1.5倍。同时，由于镁储氢是常温常压，可大幅降低成本，且安全性也远高于高压气态和液态储氢。

 

然而，目前镁基固态储氢材料面临热力学稳定性、动力学性能、循环吸放氢性能等多方面问题。如何设计材料成分、改变反应路径、显著降低反应温度、探索出高性能储氢材料成分；如何促进氢的解离、扩散、结合，增强反应动力学性能，提高吸放氢速率；如何提高材料与氢相互作用后，材料本身化学组成与性质的稳定性，成为亟待解决的问题。