這是氫能的生命周期,大家要知道。第三個是氫能,氫能是從水跟其他的一次能源就是得到氫能,氫能是二次能源,它需要一次能源制造,它可以作為能源使用,作為化工原料使用,不管怎么使用最后氫又變成水,這是一個循環。所以氫從可再生資源得到電再得到氫,這個符合我們可持續發展,就是符合氫能的倫理。所以有水就有氫,水來源廣,和平能源。水占了地球表面的72%,所以水就是氫礦,因為水覆蓋的表面非常廣,不像石油就集中在一個地方,在這種情況下,我們把水或者氫叫做和平能源,不至于打仗。另外氫的用途很多,可電、可熱,可交通燃料。氫氣可大規模儲存,電很難儲存,現在最好的方法就是儲能電站,但是受到地理條件的限制。另外氫能的能量密度也是比較高。
這個是2015年IEA的報告,能源分了三個層次,一個是熱能,電能,還有一個是交通燃料,現有的能源并不足以全覆蓋,只有石油可以提供電、熱、燃料,煤只能提供電和熱,但是當氫出現以后,氫就可以起到三個作用,又可以發電,又可以發熱,還可以作為交通燃料使用及所以氫能是多用途的。
這是世界能源發展的歷史,這個圖很經典,橫坐標是年代,縱坐標是世界能源的比例。在工業革命1960年的時候,當時世界主要能源是柴火占了80%,煤炭占了20%,但是到了1930年代,柴火已經迅速下降,原因有兩條,第一量跟不上,第二能量密度不夠,然后煤炭迅速崛起,到現在是石油、天然氣時代,黃的是我們正在走的可再生能源時代。可以有幾個變化,能源發展的歷史看出來碳是越來越少,而氫是越來越多,到了石油,就是兩個氫一個碳,到了天然氣就是四個氫一個碳,所以氫是越來越多的,將來如果到了氫時代,這個氫是無窮的了,沒有碳了,這是一個歷史的發展過程。從能量密度來看,這是木材,三元,鋰電池,標煤,原油,天然氣,氫氣,氫氣是所有能源里質量能源比最高的一個,氫可以達到143,鋰電池能量密度只有1.08左右,非常低,所以鋰電池是氫的130分之一,非常低。我個人看法,現在追求電動車長的續航里程很困難。
第二講講氫的制備和儲運。我給大家看一張圖,中間是氫氣,氫氣和電可呼喚,電解水可以得到氫,氫可以通過燃料電池發電,電一次可再生資源,就是風能、海洋能、水能、地熱能,這些能源只能發電,這些電可變成氫。還有太陽能和核能,生物質能都可以產生清楚,媒、石油、天然氣可以生成柴油、汽油、醇類,所以氫的制造方法多種多樣,只要有水,都能制造氫,所以氫是和平能源,別人是無法卡你的。
談談氫能的倫理,剛才講了各種各樣的制氫方法,我們的目標就是搞無碳氫,太陽氫,我在2010年出了一本書,無碳能源太陽氫,就是由太陽產生可再生資源就可以得到氫和電,氫和電是我們未來能源主要的兩個支柱。氫的儲存,以前講有三種,今天我特別講到第四種,第一就是氣態,第二就是液氫,把冷卻到負253度,第三個就是固體的。第四個就是我們需要建立大規模長期的儲存能量,轉換成氨,甲醇等長期、大規模儲存,儲量時間非常長,能量也非常大。這是國際研究的結果,縱坐標是儲存能量的功率,從兆瓦到GW,橫坐標是時間,分鐘到小時到天到星期到月,各種各樣的儲存,電池儲氫是天級的,壓縮氫氣可以儲存星期,也是一百找萬左右,蓄水電站可以儲一兩個星期左右,GW級的,但是氫是黃色的,非常廣,可以儲存一兩個月都可以,而且儲存是GW級的,很大規模,這個對于國家來講非常非常重要。再講運輸,車船運或者管道運輸,或者是海上運輸,這個不細講。
第三方面講講氫能應用,兩個方面,一個作為燃料,一個作用能源。作為燃料就是左邊往右邊走,氫可以做成合成氨、甲醇、二甲醚,煤制油,石油加氫精制等。作為能源來講就是燒,用在內燃機,鍋爐,窯爐,內燃機都可以,還有就是燃料電池,涉及到點化學方法,直接發電得到了電和熱。氫能的用途非常多,我們看到的交通,看到氫氣的車僅僅是一部分,這個圖是世界能源委員會預測的,到2050年氫能的情況,估計是全世界能源的18%由氫提供,氫用來第一發電,這是大規模發電,占11%,用在交通方面,包括現在的車,將來的船甚至飛機,僅僅占28.6%,到了工業能源占20.8恩%,建筑商占14.3%,化工原料也是一個重要的出路,占24.7%,所以氫的用途多種多樣,因為現在關注燃料電池,關注交通,這還是可以理解的,但是思路一定要廣。氫在減排的路上,氫起非常大的作用,第一個就是用氫電代替煤電,現在可再生資源能夠上網,就是煤電起了很大的作用,將來減少每天就需要把氫提上去。第二就是氫燃料電池分布式發電,保障電力安全。PTG、PTX吸納更多的可再生資源電力。氫能代替交通領域的化石燃料。氫能為建筑物提供熱電聯供,氫氣代替焦炭煉鐵,直接與CO2反應,生成穩定的碳氫化合物。這是燃料電池的應用,從1W到百W到千W,這個圖深都可以看到有樣品,甚至有商品。比如舉個例子,最后面那個潛艇,大家知道常規潛艇還是用柴油做動力,現在燃料電池也作為備用電力,這個燃料電池就是現在用的燃料電池,它工作溫度只有80度,一點聲音也沒有,在海洋幾十米甚至上百米的水下根本探測不出來,所以已經商業化,德國已經做出來,并且出售。我們清華大學1993年開始做燃料電池,目前在催化劑、膜電極方面就是應用。
最后就是回答一些問題,這樣是我自己的看法,一個問題,有人說燃料電池適合日本,因為日本是一個條,建一個加氫站就覆蓋一大片,我說這不是這樣,咱們現在有12萬個加油站,遍布了全國,并不是因為日本窄長適合燃料電池,中國同樣適合,氫能是普世性的。第二加氫站的數量和燃料電池的數量不是線性關系是指數的關系。將來發展下去,等車達到了千萬量級的時候,加氫站系統比加油站系統便宜,就是給這個數據。還有一個問題,氫燃料電池適合有錢的地方,是何人多的地方,我說不是,情是普適的,不僅僅是適合日本,另外氫的發展包括燃料電池是有階段的,中國也是先東后西,先南后北,先經濟發達,再欠發達,是有一個過程的。
還有人講,氫需要一個支撐網絡,現在石油已經有網絡了,還有必要投資這么大嗎?中國是這樣的情況,隨著新技術的出現你必須跟上,氫能我剛才講了,氫能代表方向,這個已經出來了,而且有人做出了樣板,比如日本做的很好,將來落后就很危險,雖然已經有了燃油網絡,但是還是要朝氫能上走。
還有一個講的,氫發電繞來繞去的,從可再生資源發電制氫,氫再發電,整個效率只有30%,這個不太核算。我的回答是這樣,這個電,不同地方電價格不一樣,車上的電和電網的電是完全不同的事情,電網的電比較便宜,但是車上的電不一樣,現在我國是煤電為主,但是也在變化,發改委能源所在我們那作報講了2050年我們國家可再生資源電力占比達到83%,這么多電不穩定怎么辦,就需要氫電代替電,所以氫發電雖然有效率的損耗,但是還是必須的。
另外還有人講,燃料電池目前還是需要鋰離子電池的,這個說的是對的,我們現在推動的燃料電池都是氫電混合,這里提到燃料電池和鋰離子電池的關系,我一直在各種場合講,它們的關系是兄弟關系,因為燃料電池和鋰離子電池有三個電子非常重要,一個是電極,這是一樣的,一個電控,還有一個是燃料電池,燃料電池車也用了一部分鋰離子電池,所以我覺得是兄弟關系。
還有一個說法,咱們是不是將來會被日本制約,我覺得這種擔心可以理解,咱們發展的晚一點,但是咱們發展的速度比較快,另外我國目前來看已經具備了燃料電池商用車,主要是燃料電池大壩和燃料電池物流車,到目前為止是燃料電池商用車運營最多的國家,大概近千輛車,下一步朝乘用車發展,我們采取又競爭又合作的辦法,不會受制于某個國家。
還有人提出來,馬斯克說過一句話,我覺得他說話代表個人意見,他說人不是神,智者千慮必比有一失。還有就是壓縮空氣,我引用了美國生物學者的意見,空氣壓縮機是轉化電能效率最低的機器之一,所以整個系統建了以后自然而然氫能就來了。
還有一個,加氫快,電池車加的慢,但是電池車充電站很多就可以克服這個缺點,我說這是兩個不同的概念,充電樁數量跟充電時間和充氣時間是兩個概念,充氣時間少,燃料電池符合汽油車的習慣,這是非常重要的。在高速公路服務區不可能建很多的充電樁,那么多車到了,充半個小時就受不了,快速加氣就可以解決很多問題。
還有人提出來燃料電池易燃易爆,所以如果把燃料電池車放到地下車庫根本不行。我說這個問題提的對,因為過去沒有把燃料電池車放到地庫,所以地庫的設計并不符合燃料電池車的存放標準,實際國家有標準的,只要增加換氣的次數,地下車庫放停燃料電池車是照樣可以的。而且將來地下車庫的空氣換多了更好,就憑這一條燃料電池車無法推廣,不是這樣的。
還有一個講到成本,覺得燃料電池,日本的車是一立方米氫氣跑五公里,就變成一塊錢一公里,而燃料電池比較貴,是不是,但我覺得是這樣,它的數據是有問題的,日本的車差不多1立方米氫氣跑10公里,這樣的話價錢就少下來了,另外氫價錢也是不斷下降,現在是5000日元一公斤,將來會進一步降低到3000。還有一個,價格不是唯一的目標,騎自行車就不用能源了,騎自行車跑的比較近,而且不太舒適,不太方便,所以價格是次要的標準。




