近日,在中科院理化技术研究所召开的“氢能源开发和利用国际研讨会”上,理化所交变流动传热及氢能源研究组教授李青在《能源、环境与氢经济》的报告中向来自欧盟、美国和日本等地的与会代表介绍了这样一个事实:中国是世界焦炭生产第一大国,每年产生的焦炉气约为400亿NM3,而其中超过50%的成分为氢气,也就是200亿NM3,而中国目前无法大量处理的焦炉气正在被白白烧掉。
李青这样说,是希望引起世界同行的注意,希望通过国际合作的方式解决我国面临的环境和能源问题,并从长远角度思考与世界经济循环相关的经济问题。在接受《科学时报》记者采访时,李青坦然表示,一个利国利民的国际合作切入点是中国科学家应该考虑的事情。全世界氢能利用还处于起步阶段,但我国氢能研究起步比发达国家要晚,在基础设施、应用体系方面还有很大差距,需要借鉴国际上的成功经验。
加入欧盟计划 解决中国问题
我国焦炭产量居世界首位,生产过程中产生的焦炉气也居世界首位,直接将焦炉气排放到大气中会产生污染,同时还有爆炸的危险,所以无法利用的焦炉气必须烧掉。李青曾为山西的焦炭产业算过一笔账,如果把焦炉气中的氢分离出来,其价值将远远高于主要产品——焦炭的价值,但问题是现在还没有成熟的装置进行处理。李青不无忧虑地表示:“我国在高技术产品上良莠不齐,很重要的原因是我们在管理和水平上与先进国家差距较大,很多工程化层面的东西都没有纳入解决,经常是研究成果很多,从技术上看好像解决了问题,但形成不了真正的产品。”
李青指出,国外的煤产量没有中国多,不太关心焦炉气问题,也没有这方面的持续研究。向国外的氢能利用项目专家介绍我国的情况,基点就是希望能够加入欧盟的项目,结合国外最先进的技术,解决焦炉气的分离问题,实现利益共享。李青表示,欧盟的相关管理者对这个意向很感兴趣,因为欧盟、美国和日本在竞争技术实力,我们要利用这个机会达到双赢。在项目研发过程中,欧盟会提供项目资金,我们可能会有小部分研发投入,同时占有相应的权益,从长远考虑,我们暂时会因为购买欧盟处理的技术和机器花钱,但环境问题和能源问题的解决以及将氢气产品出口到欧洲或者满足国内能源需求带来的经济收益,肯定比我们付出的大,国家能源方面的发展也会走一条高层面的路线而不是低层次的方式。
国际氢能开发利用现状
氢能源的利用并不是新鲜的事情。在工业上,气体压缩技术早已成熟,而航天上使用的低温技术以及我国为“两弹一星”进行的液氢液氧研究都是对氢能的使用,不过,这属于高技术行业。要真正实现氢能源的产业化,从氢能的生产、储存、运输到相关基础设施与产业体系的建设以及标准化的过程,全世界都还有一条长路要走。在此次国际会议开幕式上,欧盟驻华代表团公使衔参赞G. PAPAGEORGIOU作了欧盟即将在2007年开始的“框架七”研究计划的报告,鼓励中国专家与欧盟各国专家通过国际合作在欧盟未来科技发展计划中协作发展。在随后的主题报告中,众多来自欧盟、日本和美国以及国内的氢能源开发利用项目负责人和专家介绍了国内外当前氢能源研究项目的最新进展、研究成果以及发展前景情况,氢能源研究已经成为全世界的热点。
李青指出,国际氢能源利用目前还处于起步阶段,不光在中国,全世界都这样。但是,国外已经开展了众多的氢能源项目,使用各种方法积极地进行氢能源技术和产业化的探索。据李青介绍,欧盟此前在氢能源利用方面已经支持了多个实体计划,包括与氢能车运行相关的CUTE、氢能储存方面的STORHY、氢能运输上的HYWAYS以及氢能安全HYSAFE等项目计划。在这些研究结果的基础上,欧盟“框架六”设立了HYAPPROVAL项目,通过以氢能源基础设施及其加氢站为主线,在欧盟层面上制定氢能源发展中具体问题的解决方案,从相关机构的社会综合层面建立合理的氢能基础设施和加氢站的论证审批程序,向世界推荐加氢站的批准程序、技术验证方法以及相关的标准与规范,以便为氢能产业制定研发方向,同时在氢能基础设施设计、安装、运行管理以及安全问题方面有章可循。
李青强调,欧盟已经意识到之前的计划主要是在技术层面,而氢能要真正进入社会、实现产业化和实用化,更重要的是整个社会的推进。比如,标准如何制定,为什么要这么定,还包括社会的接受程度、管理授权机构如何确定相互关系等问题。因此,HYAPPROVAL项目的一个主要问题就是把此前的研究成果综合起来,在这一过程中,希望广泛的参与合作。中国科技部已经和欧盟签订协议,双方可以互相参加计划,因此理化所已经成为HYAPPROVAL项目的正式伙伴,在项目建议里写入的各自计划内容经过国际同行评估后就会成为HYAPPROVAL项目的内容。
氢能利用在中国
我国经过多年科技创新,已经在氢能领域取得了一些成果,政府也制定了国家氢能源发展路线,2020年前是研发论证阶段,之后30年是市场介入,到2050年实现氢经济。现在,北京氢能示范园和上海氢能示范园作为我国氢能源实用化的开端,正在加紧建设。但是,我国氢能研究起步比发达国家要晚,在基础设施、应用体系方面与先进国家还有很大的差距,需要借鉴国际上已经取得的成功经验。
李青表示,氢是二次能源,不可能自己存在,必须用分离的方法。目前使用最多的方法就是电解水,此外,还有一些生物制备方法也可以作为产氢的方案。风能、潮汐能、核能和太阳能等都要先转化成电能然后再通过电解的方法分解出氢。氢能的最大优势就是可以储存,而电能则无法储存。同时,氢很轻,1立方米的液氢只有约70千克,但是能量密度很高。
不过,氢的储存和运输是最大问题。据李青表示,我国“十五”期间“863”计划结束时的重量储氢密度目标是2.2%,而这个目标在氢能车上的实用性差,因为携带1千克氢很可能需要约50千克载氢的吸附物质。而氢燃料发展的同时必然带来汽车的变革,我国的电动汽车计划也在积极推进中,该计划不仅仅是发电机的变革,而是与新能源相关的一整套技术的变革。
据介绍,北京氢能示范园使用的都是压缩气体技术,而国外一些地方,比如慕尼黑飞机场,使用液氢汽车已经有三四年时间,李青认为这是一个接受程度、标准规范化乃至一整套社会管理体系的问题。李青指出,作为高密度储存,只有液氢能达到在氢能车上使用的指标。但是,人们如果对此不熟悉就会觉得很危险,因此,要使氢能走向社会,技术要成形、规范要成熟。只有标准成熟化、规范化,才能保证系统的正常运行,才能真正推进实用化的过程。但矛盾的是,在没有大规模应用之前谁也不能将规范和标准的问题绝对具体化。李青强调说,在氢的利用中,标准很重要,我们国家也曾为了航天关键技术中氢的使用而制定标准。不过,要实现氢能的产业化,适合一般民用标准的制定和法制化还需要实践的过程,需要一步一步慢慢来。快速的标准肯定是不科学的,也是不负责任的。正如19世纪汽油的普及一样,只有通过实践才能发现问题,才能使标准不断规范,而这需要整个社会的努力。
李青认为,氢能源开发和利用方面的国际交流对整个行业来说是一个很好的机会。它建立了一个交流合作的平台,尽管此次会议在大型研究层面上的内容较多,却符合我国注重规模利用氢能源的指导思想。在能源开发和能源经济方面,国内应该多听听国外氢能研究大型高层研究计划实施的结果,从国外专家的介绍中能够感受到国际动向和先进思想,同时,这种思想碰撞产生的影响远比一个具体的计划或者方案重要。
