加速形成新質(zhì)生產(chǎn)力 為碳排放做減法 為科技做加法

 

“雙碳”目標(biāo)下，氫能是實(shí)現(xiàn)石油化工行業(yè)深度脫碳的必然選擇。相關(guān)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，2021年我國(guó)氫氣需求量在3300萬噸左右，其中超過2800萬噸用于石油化工行業(yè)。當(dāng)前我國(guó)氫氣主要來自化石能源，64%來自煤制氫、14%來自天然氣制氫，粗略測(cè)算，生產(chǎn)2800萬噸氫氣需要排放近5億噸二氧化碳。通過合理的方式推動(dòng)“綠氫替代灰氫”（可再生能源分解水制氫替代化石能源制氫），可大幅降低行業(yè)碳排放量，進(jìn)而收到固碳甚至負(fù)碳排放效果。

 

綠氫是通過太陽能、風(fēng)能等可再生能源分解水制取，生產(chǎn)過程中基本不產(chǎn)生溫室氣體，其產(chǎn)業(yè)鏈條上游連接著光伏、風(fēng)電等新能源產(chǎn)業(yè)，下游應(yīng)用在化工、冶金、交通等產(chǎn)業(yè)，對(duì)推動(dòng)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系的綠色轉(zhuǎn)型起到重要作用。

 

8月30日，我國(guó)規(guī)模最大的光伏發(fā)電直接制綠氫項(xiàng)目——新疆庫車綠氫示范項(xiàng)目全面建成投產(chǎn)。該項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首次規(guī)?；霉夥茪涞闹卮箜?xiàng)目，電解水制氫能力2萬噸/年、儲(chǔ)氫能力21萬標(biāo)準(zhǔn)立方米、輸氫能力2.8萬標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)，每年可減少二氧化碳排放48.5萬噸。該項(xiàng)目生產(chǎn)的綠氫全部供應(yīng)塔河煉化，用于替代煉油加工中使用的天然氣制氫，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代油品加工與綠氫耦合低碳發(fā)展，使我國(guó)綠氫工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用實(shí)現(xiàn)零的突破。

 

面對(duì)可再生波動(dòng)電源制氫的技術(shù)難題，中國(guó)石化通過自主開發(fā)綠電制氫配置優(yōu)化軟件，將電控設(shè)備與制氫設(shè)備同步響應(yīng)匹配，實(shí)現(xiàn)了“荷隨源動(dòng)”，大幅提升了對(duì)波動(dòng)的適應(yīng)性，項(xiàng)目還形成了一套集合預(yù)測(cè)光伏發(fā)電、電氫耦合自動(dòng)化控制工藝包創(chuàng)新性技術(shù)，可根據(jù)光伏發(fā)電情況，預(yù)測(cè)產(chǎn)氫量和外輸量，實(shí)現(xiàn)制、儲(chǔ)、輸?shù)淖詣?dòng)計(jì)算和控制，全流程全天候自適應(yīng)低成本安穩(wěn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)“智能生產(chǎn)”。此外，該項(xiàng)目先后完成了萬噸級(jí)電解水制氫工藝與工程成套技術(shù)、綠氫儲(chǔ)運(yùn)工藝技術(shù)、晶閘管整流技術(shù)、智能控制系統(tǒng)研發(fā)等創(chuàng)新成果。

 

目前，氫的儲(chǔ)存運(yùn)輸是制約氫能發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。當(dāng)前全球嚴(yán)重缺乏高效安全的氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，導(dǎo)致前端氫產(chǎn)能過剩、后端氫供應(yīng)不足，且綠氫占比低。氫難以常溫常壓儲(chǔ)存，一般使用高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫或是低溫液態(tài)儲(chǔ)氫，難以解決本質(zhì)安全問題。

 

中國(guó)工程院院士、亞太材料科學(xué)院院士潘復(fù)生提出，鎂基儲(chǔ)能材料具有資源儲(chǔ)量豐富、成本低和安全性能高、環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)，是極具潛力的新一代儲(chǔ)能材料。一旦技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化突破，市場(chǎng)潛力可達(dá)萬億美元以上。目前，我國(guó)在鎂基儲(chǔ)能材料領(lǐng)域的研究處于世界前沿。

 

鎂是所有固態(tài)儲(chǔ)氫材料中儲(chǔ)氫密度最高的金屬材料，理論上的儲(chǔ)氫密度可達(dá)氣態(tài)氫密度的1000倍、液態(tài)氫的1.5倍。同時(shí)，由于鎂儲(chǔ)氫是常溫常壓，可大幅降低成本，且安全性也遠(yuǎn)高于高壓氣態(tài)和液態(tài)儲(chǔ)氫。

 

然而，目前鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫材料面臨熱力學(xué)穩(wěn)定性、動(dòng)力學(xué)性能、循環(huán)吸放氫性能等多方面問題。如何設(shè)計(jì)材料成分、改變反應(yīng)路徑、顯著降低反應(yīng)溫度、探索出高性能儲(chǔ)氫材料成分；如何促進(jìn)氫的解離、擴(kuò)散、結(jié)合，增強(qiáng)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能，提高吸放氫速率；如何提高材料與氫相互作用后，材料本身化學(xué)組成與性質(zhì)的穩(wěn)定性，成為亟待解決的問題。