中國儲能網訊：使用氫氣作為燃料的燃料電池車即將在兩年后上市銷售。在汽車企業(yè)競相為壓縮車輛價格而開發(fā)技術的同時，供氫基礎設施的建設也已經展開。作為燃燒時不排放二氧化碳的能源，氫氣要想為構建低碳社會助一臂之力，還必須跨越幾道難關。
從全球采購氫氣，為燃料電池車（FCV）、辦公樓和家庭的燃料電池熱電聯(lián)產設備，以及火力發(fā)電提供燃料——到2030年代，或許將出現(xiàn)這樣的景象。
氫氣與氧氣混合燃燒只生成水和熱，是不排放二氧化碳的能源。如果用作燃料電池和燃氣火力發(fā)電的燃料，就能實現(xiàn)發(fā)電時不排放二氧化碳，從而促進低碳社會的實現(xiàn)。
氫氣并非像化石燃料那樣，通過開采即可獲得?，F(xiàn)在常見的制造方式，是對天然氣、石油、煤炭進行改質。也就是利用催化劑，使化石燃料中含有的烴與高溫高壓的水蒸氣發(fā)生反應。在鋼鐵廠、煉油廠制造鋼鐵和汽油的過程中，煤炭和石油中含有的烴也會生成氫氣。這叫作副生氫氣。除此之外，向水中通電使水分解也能制造出氫氣。
燃料電池車上市成為出發(fā)點
氫氣如今之所以備受關注，一個原因是豐田汽車公司和本田技研工業(yè)公司即將在2015年上市燃料電池車。兩家公司已于11月相繼發(fā)布了試制車。日產汽車公司也計劃在2017年上市燃料電池車。
在燃料電池車上市之際，石油批發(fā)公司和燃氣公司也將開始在日本國內運營100座加氫站。經營化石燃料的企業(yè)將搖身一變，成為氫氣供應者。按照計劃，到有望實現(xiàn)全面普及的2020年，加氫站將增加到1000座。伴隨燃料電池車上市的號角，氫供應鏈（供應網）的商業(yè)化也將啟動。
氫氣成為關注焦點的另一個原因是，有些企業(yè)正躍躍欲試，準備把海外制造的氫氣進口到日本。這與石油和燃氣公司利用日本國內制造的氫氣開展業(yè)務形成了鮮明對比。進口氫氣的關鍵在于長途運輸氫氣的技術，并且還要有能夠以低廉的價格大量供應氫氣的國家。
裝入普通塑料瓶中的氫氣
“這里面裝的是氫氣”，在千代田化工建設公司氫鏈事業(yè)推進單元代理總經理、氫事業(yè)推進部門負責人白崎智彥這樣說道。他手中拿著一個市面上常見的塑料瓶，其中裝著透明的液體。時間是10月16日清晨，當時，日本自由民主黨議員與政府的課長級官員正在召開研究會。
過去，氫氣無法在常溫常壓下裝入塑料容器運輸。而千代田化工開發(fā)的“有機化學氫化物法”能夠使氫氣與甲苯發(fā)生反應，生成“甲基環(huán)己烷”（MCH）液體。從甲基環(huán)己烷中分離氫氣雖然一直是個難題，但借助自主開發(fā)的催化反應技術，千代田化工取得了成功。
一般來說，運輸氫氣有兩種形式，一是直接在高壓下壓縮氣體的“壓縮氫氣”，二是在零下253℃的極低溫度下液化的“液氫”。壓縮氫氣適合為燃料電池車加氣。相比壓縮氫氣，液氫則具有儲藏、運輸效率高的特點。
而甲基環(huán)己烷在常溫常壓下能夠壓縮到原本體積的500分之1。可以沿用現(xiàn)有的基礎設施，使用運輸化學原料的“化學品運輸船”和貨運列車運輸。
千代田化工將首先向產油國的化學原料工廠采購副生氫氣，在當?shù)刂瞥杉谆h(huán)己烷，然后進口到日本。該公司將于2015財年在川崎市沿海的工業(yè)區(qū)建成投產一座利用甲基環(huán)己烷分離氫氣的工廠。利用現(xiàn)有的管線，向該地區(qū)的化學企業(yè)和石油公司輸送、銷售氫氣。業(yè)務初期瞄準的是煉油廠的脫硫工藝，以及化學產品原料的需求。氫氣的售價將力爭達到1立方米330日元。與該公司合作開展業(yè)務的川崎市稱，計劃1年銷售約7億立方米。
與此同時，千代田化工還將開拓氫氣作為燃料的需求。爭取于2015財年，使世界上第一座商用化氫氣發(fā)電站在川崎市投入運轉。將把進口的氫氣與化石燃料混合制成燃料。氫氣比例預計最大為70％。該公司準備首先展示成功案例，借此取得發(fā)電公司和社會對于氫氣發(fā)電的信賴。白崎信心十足地說：“2030年～2050年，如果氫氣發(fā)電能夠占到日本發(fā)電總量的25％，就能在降低成本的同時減少二氧化碳。”
川崎重工業(yè)公司也計劃從2017年開始，著手開展從澳大利亞進口氫氣的業(yè)務。該公司將全面分析業(yè)務前景，如商用化有望，就在2030年增加進口量。按照估算，能夠進口的總量可供1臺65萬千瓦功率的燃氣輪機聯(lián)合發(fā)電機，或是約300萬輛燃料電池車使用1年。此外，該公司還在考慮從俄羅斯進口氫氣。
尋找“零碳”氫氣！
開展氫氣業(yè)務的關鍵是已經投入實用的液氫儲藏和運輸技術。川崎重工成功地把陸地油罐和油罐車的液氫蒸發(fā)率降低到了0.1％左右。并利用該技術建造了兩艘裝載量為2500立方米的船舶，其運輸量可供3.5萬輛燃料電池車使用1年。到2030年擴大業(yè)務規(guī)模時，該公司將一舉拓展規(guī)模，建造2艘16萬立方米規(guī)模的運輸船。
川崎重工看中了澳大利亞南東部維多利亞州拉特羅布河谷的褐煤。因為發(fā)熱量低、容易自燃，褐煤的用途十分有限。在當?shù)兀置旱膬r格還不到煤炭的3分之1。
川崎重工計劃2017年以后，在當?shù)亟ㄔO氫氣制造和液化工廠。利用氣化爐從褐煤中分離氫氣并進行液化。通過使用當?shù)氐土碾娏Y源進行液化，還能夠降低冷卻成本。
但是，褐煤氣化會釋放出二氧化碳。為此，川崎重工預定在2030年開展商用化時，將回收二氧化碳，把封存工作委托給維多利亞州政府主導的二氧化碳捕集及封存（CCS）業(yè)務“碳網”。按照計劃，二氧化碳將通過管線運送至距岸80公里的海底，在海底挖井封存。
另外，在俄羅斯，川崎重工也與當?shù)仄髽I(yè)交換了備忘錄，現(xiàn)在正在探討商業(yè)化事宜。雙方計劃建設工廠，利用臨近堪察加半島的馬加丹州水力發(fā)電站的剩余電力，通過電解水制造氫氣。在可再生能源豐富的國家，因為需求少，生產的電能白白浪費的現(xiàn)象時有發(fā)生。在這些地方，剩余電能的價格低廉，有助于降低氫氣制造成本。
川崎重工把目光投向CCS和可再生能源的理由十分明確。在該公司看來，在發(fā)電時和制造時都不排放二氧化碳的“零碳”將成為氫氣市場發(fā)展的條件。
技術開發(fā)本部技術策劃推進中心氫氣項目部部長西村元彥說：“日本的目標是到2050年，使溫室氣體減少80％。在實現(xiàn)目標的過程中，擴大零碳氫氣的使用對于減輕國民的成本負擔非常有效?！边@是川崎重工在日本能源綜合工學研究所的協(xié)助下，通過推測到2050年的能源利用動向得出的結論。
千代田化工未來也打算組合利用CCS。要想讓氫氣為日本的低碳化做出貢獻，就需要更多的供應源?，F(xiàn)在，許多企業(yè)已經暗中展開了供應源爭奪戰(zhàn)。
某企業(yè)的高管說：“現(xiàn)在，我們已經羅列出產油和產氣國的開采現(xiàn)場、化學工廠等副生氫氣供應源，開始進行調查?！币驗橘Y源國并未利用副生氫氣，而是直接排放到空氣中，所以有望降低采購價格。南美和亞洲的大規(guī)模水力發(fā)電站、澳大利亞和北美等地的大規(guī)模風電場等都是有力候選。
除此之外，還不能忘記日本國內寶貴的供氫源。石油批發(fā)商的煉油廠擁有的氫氣制造裝置就是其中之一。幾乎所有的煉油廠都擁有氫氣制造裝置。供制造汽油需要的脫硫工序使用。日本石油能源技術中心稱，這些裝置相加，2010年的供氫能力為43億立方米，可供應430萬輛燃料電池車。到2015年，這些設備預計將成為主要的供氫網點。
鋼鐵廠也能制造副生氫氣。但外銷的希望不大。為了節(jié)能、減少二氧化碳排放，鋼鐵公司都利用含有副生氫氣的氣體自行生產燃料。某鋼鐵廠的高管解釋說：“燃料電池車需要高純度的氫氣，考慮到提純成本，鋼鐵廠自產自消副生氫氣更加合理。到2050年，我們將把使用氫氣還原鐵礦石的技術投入實用。沒有余力外銷。”
減少能源消費資金外流
要想普及利用氫氣作為燃料，價格要到多少才合適？日本新能源產業(yè)技術綜合開發(fā)機構（NEDO）表示，刨除加氫站的利潤，現(xiàn)在的供氫成本為1立方米120日元左右。按照該機構的發(fā)展藍圖，這個價格將在2015年降低到90日元，到2020年僅為60日元。降低成本必須要開拓價格低廉的供氫源，并通過普及燃料電池車擴大需求。而且，轉嫁到價格中的加氫站的建設費和運營成本也需要壓縮。
尤其是建設費，包括土地費用在內，日本現(xiàn)在的建設費據說是歐美的2～3倍。因為經營的是高壓、可燃性強的氫氣，所以日本國內對于加氫站的要求比歐美更加嚴格，這也是導致成本增加的原因。要想降低成本，就要把規(guī)制放寬到與歐美相當?shù)乃健?
日本企業(yè)和政府期待氫氣社會到來的一個原因是“肥水不流外人田”。日本能源綜合工學研究所表示，以汽油為例，由于作為原料的原油價格高，使用者支付的金額約5成落入了中東產油國的囊中。
而氫氣社會到來后，日本國內企業(yè)得到的資金回流將會加大。由于日本國內企業(yè)擁有運輸和加氫站等技術，在通過對天然氣進行改質制造氫氣時，流向海外的資金就相對較少。向海外采購氫氣的時候，運輸、儲藏也有望大量采用日本的技術。
剛剛在10月發(fā)行了《世界氫氣基礎設施項目總覽》的日經BP清潔技術研究所稱，到2015年，世界氫氣相關市場規(guī)模約為7萬億日元。之后，燃料電池車與定置燃料電池將帶動市場擴大，市場規(guī)模將在2020年超過10萬億日元，到2030年將達到約37萬億日元。到那時，各國的發(fā)電企業(yè)都將積極投資氫氣發(fā)電，投入運營。2050年的市場規(guī)模預期高達160萬億日元。
利用產業(yè)培育的技術引領世界，同時減少資金外流——除了實現(xiàn)低碳社會，日本力爭2030年代實現(xiàn)的氫氣社會還承載著這樣的期待。
