氫能應用或將在建材行業掀起“綠色風暴”
2022年8月,廣東省佛山市首批氫能叉車獲得型式試驗認證并獲牌照,氫能環衛車、氫能渣土車、氫能重卡、氫能翼展車等車輛陸續在當地投入使用。
據悉,目前蒙娜麗莎集團、新明珠陶瓷集團、恒潔衛浴集團等多家陶瓷企業與相關企業就氫燃料電池叉車運營方案進行了深入探討,近期有望達成合作。
這是建材行業實現能源結構轉型、構建綠色搬運體系、探索多元化碳綜合路徑的縮影,氫能在這條路徑上扮演了重要角色。
氫能重卡 中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司 李軍良/供圖
氫能在建材行業應用快速擴展
氫能在政策的支持與推動下,正逐步開始進入規模化發展階段,它在建材行業的應用場景也呈現更為多元化的發展趨勢。在高碳排行業能效提升的進程中,氫能的應用也引起了行業、企業的普遍重視。
在首批全國建材行業重大科技攻關“揭榜掛帥”項目中,中材節能股份公司與中科院大連化物所聯合開展了“雙供氫系統水泥窯爐煙氣CO2轉化利用中試驗證平臺建設”項目,在電解水制氫的基礎上將氫氣用于煅燒水泥熟料,同時與煙氣中CO2反應制甲醇,目標是將20%以上化石燃料替換成氫氣。目前這項研究進展順利。
2022年,40臺智藍氫燃料電池重卡(包含自卸車、牽引車)在北京市政路橋建材集團的“公轉鐵”建筑砂石料運輸和城市基礎設施建設運輸場景中進入正式運行階段。
在佛山電器照明股份有限公司轟鳴的機器和高聳的貨架之間,6臺3.2t平衡重式叉車來回穿梭。與普通叉車以柴油、汽油、電力為主要動力不同,這些叉車通過應用氫燃料電池技術裝上了一個低碳、強勁的動力系統。
相關數據顯示,2022年全國主要城市氫燃料電池汽車銷量中,牽引車累計銷售1326輛,同比增長253.6%,在重卡領域市場占比約為53.8%,居于主體地位;自卸車銷售492輛,同比增長44.7%,在重卡領域市場占比19.96%,主要應用于續航里程較長的砂石骨料運輸等應用場景;攪拌車累計銷售52輛,在重卡領域市場占比2.11%。
國家發改委發布的《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035年)》中,提出了探索氫能在工業領域的多元化應用指導意見,這為氫能探索多元化的應用場景提供了頂層設計。
工業和信息化部節能與綜合利用司在3月23日赴河北張家口開展工業領域氫能應用專題調研時,有關負責同志強調,氫能作為現有能源形式的有益補充,已經成為助推產業綠色高質量發展、培育經濟新增長點的重要戰略選擇,要有序發展氫能產業,積極穩妥推動氫能在工業領域的多元應用。
氫能在建材行業推廣應用的優勢
隨著“雙碳”戰略目標的推進,建材行業被賦予了轉型發展的新定位,亟需解決短中期減排成本上升與綠色轉型發展之間的矛盾,同時加速探索深度脫碳的創新之路。
在建材行業推廣氫能,既可以減少建材行業在生產運輸過程中產生的碳排放,還可減少建材行業對不可再生能源的消耗量,實現能源結構轉型,助力行業碳達峰碳中和。
以氫能重卡為例,相對于傳統的燃油重卡,氫能重卡與電動車一樣具有零排放優勢,每使用1kg氫氣替代汽、柴油,可減排10~15kg二氧化碳,且無碳氧化物及顆粒物的排放。氫能重卡還具有續航里程更長,車輛啟動、加速更快、中短途應用優勢更明顯等特點,可以滿足建材行業對重卡的行駛路線相對固定、貨物運量相對穩定等要求。另外,氫能重卡在建材行業的應用不但可以發揮其中短途應用優勢,還能減少加氫站建設數量,降低氫能重卡的使用成本。
氫能叉車作為新型清潔能源工業車輛的代表,既有燃油叉車功率高、動力大、強度高、抗惡劣環境能力強的特點,又克服了其碳排放與尾氣排放污染等短板,解決了電動叉車能源補給便捷性等問題,契合包括陶瓷企業在內的建材行業用戶對搬運工具的全面訴求。
氫氣作為熟料燒成燃料具有廣闊的應用前景。伴隨著電解水或者光解水/醇技術的發展,水泥廠可以自建電解、光解水/醇制氫裝置,用于生產水泥窯燃燒及CCU需要的氫氣。最后,在窯尾輔助于煙氣中二氧化碳捕集,可實現熟料生產零碳排放。
相關專家認為,使用氫氣作為燃料,可降低水泥制備過程中煤炭源二氧化碳排放量。當氫氣全量替代燃煤作為燃料,可削減熟料燒成過程35%二氧化碳排放量。氫氣作為燃料有助于水泥行業低碳綠色發展,環境和社會效益顯著。此外,氫氣是二氧化碳利用的重要原料,可與水泥廠捕集的二氧化碳化學合成甲醇、乙醇、烴類等化工產品。
建材行業推廣氫能的障礙
氫能是一種來源廣泛、清潔無碳、靈活高效、應用場景豐富的二次能源,也是推動傳統化石能源清潔高效利用和支撐可再生能源大規模發展的理想媒介。
由于氫能產業涉及制、儲、運、用多個環節,在制取、儲運、加注、應用等方面的技術研發難度高,產業鏈延伸性長,現實中氫能在建材行業的大規模推廣應用仍面臨制氫、用氫技術不成熟,企業用氫成本高等瓶頸。
目前綠氫的制取主要有兩種較為成熟的技術路線,分別是電解水制氫和光解水制氫。我國常用的制氫技術為電解水制氫。與電解水制氫相比,雖然光解水制氫的成本較低、能源轉換效率較高,但未形成市場規模。因此我國要加大對制氫、用氫技術的研究力度,推動氫能進入建材行業生產的全流程。
在用氫成本層面,由于上游企業制氫技術難度大、產業化程度不高,中游加氫站等基礎配套設施建設不完善,各地的氫氣價格無法做到統一,下游建材企業購氫設備費用高等種種因素,造成氫能在建材行業的推廣舉步維艱。
面向未來,氫能將成為應對氣候變化、推動能源轉型和促進產業升級的有力抓手。可再生能源的快速發展和電解水制氫技術的不斷進步,目前已經形成電-氫-電(燃料發電和燃料電池等)、電-氫-化(綠氫、綠氨與化工耦合等)脫碳路徑。提升綠電供應穩定性,降低綠電、綠氫成本,合理配置“源網荷儲”“風光氫儲”是制氫與氫能源產業努力方向。
今年兩會期間,全國人大代表、中國石化中原油田執行董事、黨委書記張慶生表示,要進一步優化國內氫能產業鏈布局結構,延續氫能交通領域支持政策,同時重點推動綠氫在工業應用方面有關鼓勵及支持政策的出臺。
盡管我國從“頂層設計”出臺政策方針,但我國氫能行業總體仍處于發展初期,在終端能源消費量中占比仍然很低。受限于多方面的因素,氫能行業尚未形成全產業鏈與合力,未能全面推動生產生活進步。
制氫與氫能源產業上游企業堅持技術改進升級,降低制氫成本;中游完善加氫站等基礎設施建設,為建材企業用氫提供便利的使用條件;政府加大對下游建材企業用氫的補貼力度,引導建材企業由傳統能源向氫能等新能源轉型。只有產業鏈上下游聯動,才能合力積極穩妥推動氫能在工業領域的多元應用。
本文原載于《中國建材報》
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