徐春明：能源转型下绿电氢技术发展思考及实践

    各位领导，各位专家，各位同行，非常高兴我们中国石油大学重质油全国重点实验室作为支持单位，跟《证券日报》社一起来举办这个活动，我本人也特别高兴跟资本企业技术同行来做一个交流。

    因为前面两位领导都已经做了非常精彩非常重要的致辞，我为了节省时间，就直奔主题，也想把致辞和表达融在我这个报告里面。

    当然这个题目也是基于我们的主题“新需求、新技术”，尤其在“双碳”战略、能源转型大的背景下的一些思考，当然也有一些我们相应的工作，顺便给大家做一个介绍。

    我想直奔主题，因为“双碳”，刚才徐秘书长也提到了，也是我们经济发展里面对的。随着我们国家近些年的经济快速发展，使得我们对能量的消耗以及二氧化碳排放确实到了比较高位，这个表里其实是给了我们作为总体排放量100亿吨左右，大数，跟能源相关的，我们占了全球排放的大概1/4多，这么一个局面，使得我们不得不做出“双碳”的承诺，这个我就不多说了。

    这就有了总书记在2020年，两年多前做的“双碳”的承诺。当然碳达峰我就不说了，碳中和其实比我们想象的还要困难，因为在碳中和的时候已经不单单是二氧化碳，包括二氧化碳、甲烷在内的强温室气体的融合。当前我们把重点放在二氧化碳，其实在不久的未来将会启动对甲烷下一步的监测包括控制，都会成为碳中和的另一个重要任务。到碳中和那一天我们承担的压力可能比我们想象的还要大。这是一个简单的背景。

    这里我列了一些跟经济发展能源相关的重要数据，这些数据不管从事哪行哪业都是需要面对的，当然这个数据可能是两年前汇总的，可能会有一些出路，我想拿这些数据做一些简单的分析，来判断我们面对这些数据背后的机遇和挑战。

    首先，经济发展和能量消耗。为什么说支持我们经济发展必须需要能量？这里面有个刚性的关系，这个数据其实也是近些年来，基本上是已经相对明确的，大概我们用了3%的能量的增量支撑了5%以上的GDP的增加，从这个数据可以看得出来，所以现在我们每年基本以1—1.5吨标煤的增量来增加，况且这个增加随着我们作为发展中国家经济发展依然还会增加，所以这是一个不可改变的关系。所以经济发展对能量的依赖是一个刚性关系。

    正因为这样，我们如果简单控制能耗和单位GDP的能量消耗就会存在一些不科学、不规范的地方，所以这才有了大家知道的现在慢慢从能量双控过渡到二氧化碳排放双控，这个重要的前提是因为这个重要的刚性关系。

    第二个，现在各行各业强调利用各种手段和技术进行节能。大家知道，节能最快捷的第一选择是减排，在这方面有了流程工业，不论是用工艺、装备、材料、介质、技术，还是刚才舒董提到的利用数字化、智能化、信息化的各种赋能，其实很重要的一个目标就是要提高过程效率，降低单位GDP的能耗，这一点其实作为能源工业也是一个非常重要的手段。

    第三个，能源结构的根本性调整也是必然。因为到碳中和的时候，大家知道，我们要实现排放的温室气体和自然界能消纳的温室气体的平衡，不根本性改变能源结构是不可能实现的。按照增长数字和能源关系预测，要增加80亿吨以上甚至百亿吨的能耗，这也是和经济发展必然的关系，但是它的结构会发生根本性的颠覆性变化。目前化石能源占比还在80%左右，非化石能源不到20%，但是到了碳中和那一天正好反过来，非化石能源或者绿电绿氢能源占到80%以上，化石能源占到20%以下，这样的调整使得用能工艺都会发生一些变革性的技术来支撑，这是关于能源结构。

    当然这里面还有一个重要的数据是二氧化碳排放的总量，因为现在不管哪个数据来源，我们跟能源密切相关的排放大数100多亿吨，这还没有到峰值，到峰值号称控制在105亿吨以内，按照生态环境专家预测，我们自然界能够靠海洋、湖泊等消纳的二氧化碳为主的温室气体乐观地说也就是五六十亿吨，稍微保守一点可能三四十亿吨，不管按哪个数据来算，超出的五六十亿吨的二氧化碳及温室气体需要我们找到解决的办法。所以这才有了现在大家知道CCUS，这是我们在短期内大规模处置二氧化碳相对来说一个手段，2021年总书记特意去山东东营视察，专门考察了一个点，中石化胜利油田一个100万吨的CCUS示范点。当然我们搞化学化工材料的人也在拼命找一些技术把二氧化碳消纳掉，以及农业，时间关系，不展开讲了。

    最后一个，这里面还有一个数据二氧化碳排放强度，也就是我消耗能源，但是我尽量不排二氧化碳，要达到这一点必须仰仗绿电和绿氢。

    首先，氢，大家知道，这一两年尤其“双碳”目标提出以后变得非常热，有两个重要原因，一个是作为能源，因为石油化工业用了几十年的氢作为能源，但是它现在另一个身份，作为跟绿电互相转化的身份，使得它作为储能的介质摇身一变变得非常热，当然了，另外我们未来氢能的净增量或者增量都是要仰仗绿氢，所以未来不管是几千万吨氢的增量，都要仰仗绿电为主的电解水制氢。所以这样使得氢能就成为现在一个新的产业链也好，一个新的赛道也好，变得非常关注。

    这里简单梳理了一下氢能以燃料电池为主的全产业链，为什么非画这么一个复杂的图？是想表达两层含义，一层含义是整个产业链非常复杂，从制氢开始，不同的路线，到储氢、运氢各种选择，跟储氢规模、用氢密切相关。当然加氢站通过燃料电池系统转化为用能的各种环节，到不同的应用场景，整个产业链相当复杂，这是传达第一个信息。第二个信息，我们在这里面做了一些标注，一些关键装备、材料并没有完全稳定的规模化，比如高压氢气循环泵、质子交换膜等，颜色深的说明我们还没有完全掌握技术，在这个产业链里意味着我们有巨大的机遇，当然也可以说是挑战，不管哪个产品攻克了，都可能带来一个产业，一个产品技术。

    时间关系，我只是给大家点一点，因此这个产业链我们孕育着无限的机会和挑战。这是关于氢能。

    第二，关于绿电。因为可再生电力装机容量飞速增长，这么大量的绿电怎么来消纳？其中很重要的，就是传统的高能耗的化工过程能不能承载消纳大规模绿电快速增长的技术？所以我们团队在考虑怎么把绿电用于变革传统的加热过程，把原来常规的加热方式变成用电方式加热。一个是乙烯生产过程，我们通过高温裂解生产乙烯，这个过程常规的现有技术每生产一吨乙烯要消耗大概半吨以上的燃料，现在提出用电加热，替代五六百公斤的燃料，这样的话当然也有能耗，但是我不排放二氧化碳，这么一个过程能不能实现呢？我们在实验室里已经尝试，这里面核心的一个变革，就是把加热方式变了，现在电变成磁，磁变成热，只加热反应器内的介质，当然一方面消纳绿电，一方面可以提高效率，当然这里面要攻克核心装备，以及过程中还有一些材料催化剂需要研发，等等。这个技术到底可不可行？我们通过在实验室研究，已经发现可以向丙烷脱氢生产乙烯的化工过程有可能用电加热替代目前的加热炉加热，当然我们也可以把非常复杂的流程和装备可以大大简化。现在这个过程已经进到1万吨的示范，在山东东营，我们期盼这个工艺能够带来一些新的机会，当然我们做了初步的核算，还有一些经济的竞争性。

    第二个非常热的过程叫合成氨，当前我们搞电、搞化工的都非常关注，成了一个明星过程。这个过程传统的也是用煤、石油、天然气把里面的氢拿出来最后做成氨，这是一个高能耗高排放的过程。现在我们不用这个东西了，用电、水和烟气来做这个过程，利用光伏发电，电解水制氢，得到绿氢，我们对烟气吸附氮气和二氧化碳，氢气和氮气就合成氨，氨出来再变成绿料素，为什么热？大家可以看这个过程完全没有排放，况且还可以消纳二氧化碳，得到的产品氨都是绿色的，作为储氢来讲，氨就有一个新的身份，是得这个过程变得异常火热。

    最后，我讲一下储能，刚才舒总提到了，刚才讲得这么美好，但这里面有个巨大的鸿沟，怎么把可再生电力的不稳定性、波动性和化工过程的强稳定性这两个之间的差距给架起来？要实现这一点，必须具备足够规模的大规模的长时储能，才能把这个桥架起来。这个过程像抽水储能、压缩空气储能，当然可以完成一定的任务，但是因为我们需要跟化工单元过程结合，这些受区域条件限制的就很难跟化工过程耦合，我们需要电化学储能方式跟化工单元过程耦合在一起，这个过程就是液流电池。现在液流电池已经商业化，已经进入商业运营模式，但是各种技术也面临着，像钒、锂有一些资源限制。储电的多少完全区域于两个电解液罐的大小，当然这个过程核心包括碳布电极和催化剂以及怎么抑制副反应，当然最大的优势铁和铬不受资源限制。

    去年10月份，二十大期间，我们建成了一个400千瓦时的中试，经过一定时间运行，基本参数可以满足低成本大规模储能要求，当然现在正在进入工业示范阶段，也期盼这个储能技术为我们当前的储能技术提供另一个选择。

    时间关系，谢谢大家！也预祝这次会议取得圆满成功。谢谢！