近日，日本林內(nèi)公司在愛知縣大口町的研究開發(fā)設(shè)施展示了其研制的、據(jù)稱是全球首款100%氫能家用熱水器。該熱水器采用了燃燒時不產(chǎn)生二氧化碳的氫，可為實(shí)現(xiàn)去碳化做出貢獻(xiàn)。

在全球各地政府都在推進(jìn)“低碳”的當(dāng)下，林內(nèi)的100%氫能家用熱水器無疑是正好撞上這一風(fēng)口。但也有專家質(zhì)疑，在氫能源產(chǎn)業(yè)鏈條還不完善的當(dāng)下，林內(nèi)的100%氫能家用熱水器就是一個花架子，中看不中用。

新技術(shù)新在哪？

據(jù)了解，如果單數(shù)使用氫氣作為能源的熱水器產(chǎn)品，其實(shí)不止林內(nèi)一家有。在2021年，萬和新電氣股份有限公司發(fā)布了一種擁有富氫天然氣燃燒技術(shù)和多款富氫天然氣型家用燃?xì)饩撸ㄈ細(xì)獠膳療崴疇t、燃?xì)庠罹摺敉馊細(xì)饪緺t、燃?xì)饪鞠涞?個型號。但萬和的這些產(chǎn)品使用的是氫氣比例為20%以下的富氫天然氣和12T天然氣兩種氣源，并不是百分百的氫氣能源。

其實(shí)，諸多熱水器廠商不敢設(shè)計百分百使用氫氣能源的熱水器是有原因的：氫能是一種不穩(wěn)定的能源，燃燒速度較快的氫在使用量較少時，可能會有火焰進(jìn)入燃燒器內(nèi)部從而引發(fā)爆炸，十分危險。因此熱水器迄今難以利用氫能。

那么林內(nèi)這款百分百氫能熱水器是怎么解決氫氣燃燒的安全性問題呢？據(jù)林內(nèi)透露，林內(nèi)開發(fā)的熱水器所采用的燃燒器由高耐熱性的不銹鋼制成，孔徑大小僅為通常的百分之一，可有效防止氫倒灌至燃燒器內(nèi)。萬一發(fā)生倒灌，也可通過燃燒器內(nèi)部的擋板阻斷火焰，將爆炸控制在最低限度。從今年11月起，林內(nèi)將在澳大利亞的樣板房展開為時3年的實(shí)證試驗(yàn)。

林內(nèi)方面表示，2019年度日本的二氧化碳排放量總共約為11億噸，約14%來自于家庭，其中30%至40%是由熱水器產(chǎn)生。這就是林內(nèi)研發(fā)百分百氫能熱水器的初衷。林內(nèi)社長內(nèi)藤弘康表示：“迄今為止的熱水器主要采用化石燃料，不產(chǎn)生二氧化碳的氫是救世主。假使基礎(chǔ)設(shè)施得到完善，氫能熱水器就可幫助我們發(fā)展?！?/p>

未成熟的產(chǎn)業(yè)鏈

對于林內(nèi)的百分百氫能家用熱水器，有人稱贊這是行業(yè)難得一遇的創(chuàng)新，但也有專家質(zhì)疑它的實(shí)用性。

一位常年研究氫能產(chǎn)業(yè)鏈的行業(yè)人士告訴小編，林內(nèi)的氫能家用熱水器要想付諸現(xiàn)實(shí)使用，就要依靠完善的氫能產(chǎn)業(yè)鏈才能實(shí)現(xiàn)。但是現(xiàn)在氫能產(chǎn)業(yè)鏈無論是提取還是儲存、運(yùn)輸都存在問題，現(xiàn)在推出一個百分百氫能熱水器只能當(dāng)一個擺設(shè)。

從網(wǎng)上查閱資料后得知，原來現(xiàn)在各國在氫能的使用上都較為保守。這其中的原因正是氫能產(chǎn)業(yè)鏈的不完善所導(dǎo)致的。

首先是氫能的提取問題，據(jù)了解，現(xiàn)在的主要技術(shù)手段有化石能源制氫、副產(chǎn)品制氫、可再生能源制氫、電解水制氫、光解水制氫等。由于氫能不是一次能源，需要像電能一樣由一次能源轉(zhuǎn)化而來，在轉(zhuǎn)換過程中的形成的成本十分高昂，目前從石油中提取氫氣的成本高達(dá)16元/公斤。也有低成本的氫氣提取方法，一些來自加拿大的科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出一套從天然瀝青中提取氫氣的廉價技術(shù)。據(jù)測算，每公斤氫的成本在8元至4元之間。這種方法的缺點(diǎn)是資源有限，制備過程會產(chǎn)生很大的污染。

其次是氫能的運(yùn)輸問題，由于氫的密度比油小，只能壓縮為液體并在較低的溫差下存儲，以確保其作為能源的有效性和效率。這對運(yùn)輸環(huán)境的要求就較為苛刻。另外由于氫氣具有擴(kuò)散系數(shù)大，爆炸極限寬，點(diǎn)火溫度低等特點(diǎn)，比一般的化石能源還要危險。一旦發(fā)生泄漏，極易引起爆炸與火災(zāi)，會對加氫站周圍的生命和財產(chǎn)安全造成極大的損失。氫能源公司Nel Hydrogen一座位于挪威首都奧斯陸郊外的一處合營加氫站于2019年6月10日發(fā)生爆炸，其原因就是高壓氣態(tài)氫氣在泄漏泄放過程中引發(fā)自燃，然后產(chǎn)生連鎖爆炸。

最后就氫能的儲存問題，從技術(shù)上面來說，氫能儲運(yùn)技術(shù)主要包括氣態(tài)儲運(yùn)、低溫液態(tài)儲運(yùn)、固體儲運(yùn)、高壓氣態(tài)儲氫、有機(jī)液態(tài)儲運(yùn)等。目前最常用并且發(fā)展比較成熟的是高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)，其儲存方式是采用高壓將氫氣壓縮到一個耐高壓的容器里。但這種方法存在泄漏爆炸隱患，安全性能較差。另一種有機(jī)液體儲氫則是通過不飽和液體有機(jī)物的可逆加氫和脫氫反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)儲氫，上文提到的富氫天然氣就是其中一種實(shí)用案例。不過這種方法雖然安全方便，但是也存在費(fèi)用高、氫氣純度不夠等不足。

從世界范圍看，日本、德國等發(fā)達(dá)國家都在開展氫能的基礎(chǔ)研究和推廣應(yīng)用，中國也不例外。但正是氫能的危險性、氫能產(chǎn)業(yè)鏈的不完善，讓中國國內(nèi)氫能發(fā)展較為緩慢。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截至2017年底，國內(nèi)共有12座正在運(yùn)營的加氫站。而這些加氫站主要是為研發(fā)型及示范性汽車提供加注服務(wù)，無法有效普及。

氫能是值得押注的未來的嗎？

氫能是一種清潔高效的二次能源，發(fā)展氫能技術(shù)對于構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系，保障國家能源安全，改善大氣環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)能源產(chǎn)業(yè)升級具有重要意義。美國前總統(tǒng)布什曾評價氫能是“終極能源”。

據(jù)了解，目前氫能以氫生產(chǎn)技術(shù)的不同而被劃分為五類。首先是綠氫，這種氫能是通過利用綠色電力來電解水，如風(fēng)能和太陽能獲得。目前它只占全球氫氣產(chǎn)量的1%，是目前唯一零碳排放的生產(chǎn)工藝，價格十分昂貴。

其次是藍(lán)氫，這種氫能是以天然氣生產(chǎn)，但是因?yàn)橐瑫r捕集生產(chǎn)過程中所排放的二氧化碳副產(chǎn)品，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)碳中和，因此氫能產(chǎn)量也相對較少。

灰氫同樣采用天然氣生產(chǎn)，但是為了降低生產(chǎn)成本不進(jìn)行碳排放捕集。它與碳結(jié)合，然后通過蒸汽重整分離。但這會產(chǎn)生大量的二氧化碳排放，1千克氫氣產(chǎn)生的二氧化碳高達(dá)9.3千克，高于燃燒汽油產(chǎn)生的碳量。

最便宜的棕色氫氣則是以動力煤來生產(chǎn)，反而會帶來更多碳排放。

最后一種藍(lán)綠氫氣采用的是甲烷熱解工藝，但存在甲烷泄漏的風(fēng)險。

目前，氫能最為吸引投資的一點(diǎn)就是它的燃燒產(chǎn)物是水，一種毫無污染也可以循環(huán)利用的資源。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2020年全球氫能市場達(dá)到近1500億美元，摩根士丹利預(yù)測，到了2050年，全球氫氣市場會達(dá)到六千億美元，主要用在電力、工業(yè)、交通運(yùn)輸、化工原料和建筑等領(lǐng)域。

在亞洲，日本、韓國、中國和印度都相繼投入這場新能發(fā)展的競賽。在中國，已經(jīng)有不少相關(guān)激勵政策出臺：2019年，國家發(fā)改委發(fā)布《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》，鼓勵發(fā)展高效制氫/氫氣運(yùn)輸和高密度儲氫技術(shù)開發(fā)應(yīng)用和裝備制造、加氫站、新能源汽車的關(guān)鍵零部件；2021年，科學(xué)技術(shù)部印發(fā)“氫能技術(shù)重點(diǎn)專項(xiàng)”，支持氫能綠色生產(chǎn)和規(guī)模轉(zhuǎn)移體系、氫能安全儲存和快速輸配體系、便捷升級氫能及高效電力系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)；2019年，廣東、山西等10個省份將發(fā)展氫能列入政府工作報告，北京、上海、蘇州、佛山、嘉興等17個省份的22個城市引入了當(dāng)?shù)貧淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃或行動計劃，在產(chǎn)值規(guī)劃、加氫站建設(shè)、示范車輛推廣、企業(yè)扶持等方面進(jìn)行了較為細(xì)致的規(guī)劃，加快布局氫能源和燃料電池產(chǎn)業(yè)通過人才、資金、示范運(yùn)營等多種手段。

不過令人遺憾的是，中國在氫能基礎(chǔ)研究方面持續(xù)投入，但起步較晚，積累較少。氫能技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用存在缺乏統(tǒng)一規(guī)劃、關(guān)鍵核心技術(shù)未突破、總成本過高、技術(shù)專利壁壘嚴(yán)重等問題。迫切需要打破相關(guān)技術(shù)壁壘，提高產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)進(jìn)步問題。與美國的藍(lán)氫、綠氫等氫能技術(shù)路線相比，中國急需研究判斷藍(lán)氫與綠氫技術(shù)路線的關(guān)系，以及氫電作為終端能源的互補(bǔ)性。

此外，中國國內(nèi)氫能成本也高得嚇人。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)測算，2020年我國氫能總成本約為60元~80元/kg，距離30元/kg的可商用價格相距甚遠(yuǎn)。相較于擁有世界上數(shù)量最多加氫站的日本，中國的氫能運(yùn)用還有待發(fā)展。