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氢能发展的优劣，是否能占据主导？
氢能源与燃料电池
· 2023-06-21 10:12:27
在国家推进双碳战略的大背景下，氢能成为改善国家“富煤、贫油、少气”的传统能源结构的重要选项之一。......
在国家推进双碳战略的大背景下，氢能成为改善国家“富煤、贫油、少气”的传统能源结构的重要选项之一。其中，在我国发展氢能电池的发展前景如何呢？主要的优势和制约因素都有哪些呢？
1、什么是氢能？以及他的好处在哪里？
要唱衰氢能就要先了解一下氢能。氢能，顾名思义，以氢作为二次能源，在这里基本上就是氢气了。和电能类似，将其他形式的能转化为氢能，再通过各种手段，将氢能转化为其他形式的能。
其实，作为二次能源氢能是有不少优势的：
首先，原料丰富，氢作为地球上最丰富的元素之一，可以说是取之不尽用之不竭，有水就有氢；其次，完全无毒无害，且清洁性好，燃烧以后只产生水，无污染，非常符合我国未来碳达峰、碳中和的目标需求。最后，氢能的转化形式多样，较为成熟，可通过氢燃机直接转化为机械能，氢燃烧转化为热能，氢燃料电池转化为电能，是相对比较方便应用的一种能源。那么氢既然有这么多的好处，为什么我还不看好他作为未来核心的二次能源呢？这一切都要源于氢自己的属性了。
2、氢能被制约发展的地方
氢能经常为人诟病的一点就是贵，举个例子，国家对一辆锂电池车的补贴根据不同的续航、类型有所差别，一般也就万把块钱，但是对一辆氢燃料电池车的补贴却可以到几十万，甚至我搜了搜，加上一些地方补贴可以达到上百万，这样的补贴也就看出来了二者的成本差距，但成本这个东西是可以用产业化去弥补的，因此，我认为成本并不是阻碍氢能发展的最大障碍。相反，阻碍氢能发展的是它的一些本质缺陷。
（1）转化层级多，综合效率低。
氢能的利用实在太麻烦了，首先获得氢气就是一道门槛，我们最熟悉的氢气获取方式就是电解水了，但电解水的效率实在是很低，按照我搜集到的资料，生产1个立方的氢气理想状态大概也要4度电，按照氢气的热值计算效率大概是80%。
看着好像不太低，但是为了将氢气进行利用，我们需要再次把氢气转化为其他形式的能量，如果转化为电能，那么现有燃料电池的效率大概是50%，综合算下来氢的电到电效率也就40%左右。这个值还是相对理想的结果，实际使用中大概率是比这个低的。
由于氢能在使用过程中多了电到氢-氢到电的两个过程，他的效率必然是低于纯电的，因此除非有新的氢气生产和转化路径，否则在效率上氢很难有大的突破。
当然，除了电解水还可以用化石燃料制氢，他的效率实际上要比电解水高很多，是现在最经济的制氢手段，但是并不环保，也一定不会是未来发展的重点，在这里就不做考虑了。
（2）氢能的存储与运输太过困难
氢能，暂时不能称之为能源，只是能源的载体。与电相比，储存、加注方便。但是运输、转化的便利性，拍马也赶不上电。
第一类：气态存储
需要把氢气加压到35Mpa左右进行存储，在这样的条件下120L的氢气大概能转化出50多度电，功率密度过低，现在世界比较先进的应该是70Mpa的储氢罐，那么120L大概能转化得到100度电，这个能量密度才拥有一定的竞争力，但如此高压的设备运输，在国内应该也只能按照危险品来管理，运输能力是很堪忧的。
第二类：液态存储
液态储氢可以大大提高储氢的能量密度，但氢气实在是太活跃了，为了把氢气液化，需要把温度降到零下253℃，什么概念，要知道绝对零度也就零下273℃，比绝对零度也就高个20度，为了维持这么低的温度，本身就需要消耗大量的能量，这导致氢气的传输距离也不会太远。
第三类：化学储氢
这是我最看好的一种储氢方式了，通过将氢与其他物质进行反映，进行氢能存储，之后再通过反向反应对氢进行释放，但这样的储氢方式总归有一系列反复的反应变化过程，进一步又降低了氢能的利用效率。下面这个是今年国家重点研发计划《高密度储氢材料及其可逆吸/放氢技术》的考核指标（这个材料是公开的，网上随便都能搜到），应该可以代表未来几年我们国家最先进的储氢技术，按照这个标准，循环50次后效率应该就会降到90%左右。
首先不可否认的我们有以下观点：
1：氢能将在移动式发电、如汽车、飞机等交通工具能源应用场景中出现颠覆性应用。
2：掌握应用氢能的规律后，氢能是足够安全的。比汽油还安全。
3:建立氢能利用体系就能解决雾霾问题。
4：氢能在美国、日本、韩国都有在前期萌芽阶段，尽管氢能在这些国家能源比重不到万分之一，“科技大师”认为这些国家的氢能利用是先进的，做了大贡献。中国国家战略重视，地方落实到位，干劲十足。
5：我国氢能产业如何突破？
A、推进氢能全产业链发展，布局氢能产业示范区。
B、建立氢能国家重大专项，开创氢能重卡时代。
C、充分利用废弃电力，降低制氢成本。
上面的观点中，氢能是雾霾终结者的结论非常正确，然而也没有用处。2013年，从雾霾问题开始被重视开始，如北京等地方的雾霾问题5年多来得到缓解，跟氢能一点关系都没有，以后可能也没有。
氢能是最安全，比汽油还安全的。这就好比说氢弹杀人时比子弹带给人痛苦更少的，更人道。因为氢弹的爆发几乎是瞬间的，痛苦还没传到大脑就已经灰飞烟灭了。氢气比汽油更容易着火，火势蔓延更严重。氢气一旦泄露，必定会造成燃烧或爆炸。汽油碰撞发生泄露还不一定能着火。“科技大师”却把这个当成最优点，如此颠倒黑白？
然而，我们就不该大力推广氢能，氢能在未来只是作为补充能源，而非主体能源。
当前媒体报道和部分科学家的观点中，把氢能当成未来能源，甚至是未来唯一清洁能源。是一种非常错误的想法、认识。尽管有诸多的反对声音，却被已经失去理性思维的狂热随大流而湮没。
如何跳出这个人云亦云的假大流？
首先认清楚，未来我们需要的是什么？我们需要的是能源。比如电力、石油和煤炭等等形式的能源。而电力是最佳的能源形式。如果有足够多的廉价电力，光伏和抽水储能满足大量能源需求，为什么还要氢能？
其次想清楚，能源从哪里来？按2018年BP公司能源年鉴，已探明储量的石油天然气煤炭按当前消耗速度，石油储量仅仅够用50年、天然气够用50.2年，煤炭够用134年。当50年后，石油天然气耗尽，煤炭的消耗速度将加剧。也就是说，如果没有更多商业开采探明储量。化石能源工业将在百年内消失。未来我们能源的源头只有太阳能、核能和地热。
想明白这两点，你会发现未来能源中，氢能就是一个捡回来的孩子。氢能如电能一样，是一个二次能源。当前，大部分能源已经电力化了。当交通工具电动化完成后，电能才是未来的主要能源。氢能占比会非常低。其所以需要氢能是因为电能的存储是一个很头疼的问题。
先看一下2018年电能中火电、水电、核电、风电分别占比75.08%、13.15%、4.17%、6.1%。
当前光伏发电占比还不到1%，但可以预见未来30年内，光伏发电电量将取代火电。光伏发电的度电成本低于火电，但没有阳光就没有电力，电能需要存储。如果光伏发电电量占比超过75%。那么水电、核电将无法承担储能和负荷调整的重担。因此，现在广泛的观点是让氢能储能。
按照一些人的观点，是让电能去水解氢，然后存储起来，再用燃料电池发电。其实氢的来源有两个。一种是从C-H键断裂，主要从烃类物质（石油，天然气、生物质等）提取，另一种是从O-H键断裂入手制氢，主要为水分解和电解。水裂解制氢是最直接的方法，但是研究表明需要2500K以上水的分解才比较明显，考虑材料耐高温及氢氧分离技术限制，水直接分解目前技术上不可行。电解则是较为可行的办法。当然还有多达300多种途径的太阳能化学制氢。这两种获得氢，要么作为存储能量介质要么效率低下。
当前规模化，工业化的高温电解产氢效率为75%，美国通用公司SPE法效率甚至高达90%。而氢燃料电池理论上达到90%以上的效率。实际在60~80%之间。也就是说如果让氢能作为储能，最高理论效率有可能达到80%，当前较佳技术效率典型值45%左右。抛开昂贵的电解设备、氢燃料电池和储能器具。这个效率应该不低了。
新能源10年后到底是氢能还是化学储能主导？
随着全球对环保和可持续发展的重视，新能源的发展越来越受到关注。目前，新能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能等多种形式。然而，在新能源中，氢能和化学储能备受关注，成为新能源领域的热门话题。那么，在未来十年，氢能和化学储能哪一个会成为新能源的主导领域呢？
首先，让我们来了解一下氢能和化学储能的基本概念。
氢能是指将氢气作为燃料，通过燃烧或者氢燃料电池发电的技术。氢气是一种高效、清洁的能源，它的燃烧产生的唯一废气是水，不会对环境造成污染。同时，氢气的储存和运输也相对方便，可以通过压缩、液化等方式进行储存和运输。
化学储能是指将电能转化为化学能，储存在电池或者超级电容器中，当需要使用能量时，将化学能转化为电能进行使用。化学储能技术相对成熟，应用广泛，例如锂离子电池、铅酸电池等。
那么，氢能和化学储能的优劣势如何呢？
首先来看氢能。氢能是一种高效、清洁的能源，不会对环境造成污染，同时其储存和运输也相对方便。此外，氢气的能量密度也很高，可以提供更稳定、更高效的能源供应。但是，氢气的制备和储存成本较高，同时氢气的安全性也存在一定的风险，例如氢气的燃烧速度较快，易引发火灾等安全问题。此外，目前氢能技术的成熟度相对较低，需要进一步的技术研发和成本降低才能实现商业化应用。
再来看化学储能。化学储能技术相对成熟，应用广泛，例如锂离子电池、铅酸电池等。其制造成本相对较低，同时安全性较高，不易引起安全问题。但是，化学储能的能量密度较低，同时电池的使用寿命也存在一定的限制，需要定期更换电池。此外，在电池的制造和回收过程中，也会产生一定的环境污染。
通过对氢能和化学储能的分析，我们可以发现，两种技术各有优劣。在未来十年，氢能和化学储能都有可能成为新能源领域的主导领域，具体取决于技术的发展和应用场景的需求。
在一些特定场景下，氢能技术更具优势。例如，在交通运输领域，氢能技术可以提供更高效、更清洁的能源供应，同时也可以缓解能源供应的不稳定性问题。目前，全球多个国家和地区已经开始大力推广氢能技术在交通运输领域的应用，这也为氢能技术的发展提供了广阔的市场空间。
而在其他领域，化学储能技术则更具优势。例如，在家庭电器、电子产品等领域，化学储能技术已经得到广泛应用，成为了主流的能源供应方式。未来，随着智能家居等技术的发展，化学储能技术还有更广阔的应用前景。
总之，氢能和化学储能都是新能源领域的重要发展方向，具有各自的优劣势。未来十年，随着技术的进一步发展和应用场景的不断拓展，两种技术都有可能成为新能源领域的主导领域。
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