氢能源是什么?我国为何要大力发展氢能源
在“碳中和”的背景之下,近两年新能源领域备受关注,光伏、风能、太阳能、锂电池等板块在国家政策的大力扶持之下快速发展,但以能源发展的前景来看,氢能源才是未来发展的“终极能源”。
当今世界开发新能源迫在眉睫,原因是所用的能源如石油、天然气、煤,石油气均属不可再生资源,地球上存量有限,随着化石燃料耗量的日益增加,其储量日益减少,终有一天这些资源、能源将要枯竭,这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样的二次能源。
大力发展氢能源,主要原因在于氢能源的优点非常突出,首先就是他的环保性,与其他燃料相比氢燃烧时最清洁,除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质,少量的氨气经过适当处理也不会污染环境,氢取代化石燃料能最大限度地减弱温室效应;其次从运输端看,氢能源可以以多种形态存在,以气态、液态或固态的金属氢化物出现,能适应贮运及各种应用环境的不同要求,氢可以减轻燃料自重,可以增加运载工具有效载荷,降低运输成本;最后从能源的使用端来说,燃烧性能好,点燃快,与空气混合时有广泛的可燃范围,而且燃点高,燃烧速度快。同时还具备导热性好,回收利用率高,应用场景广泛等优点。
有锂电车为何还要发展氢燃料车,氢能源比新能源(锂电)好在哪?
首先,从原材料的获取角度看,锂电池目前以三元锂电池和磷酸铁锂电池为主,但不论是哪种电池,在下游需求日益旺盛的背景下,所需的钴、镍等贵金属价格都在一路走高,且本身稀有金属储量有限不可再生,但以目前氢能源的发展规划来看,最为理想的绿氢所需原料仅仅是电和水,从原材料获取角度看更加容易;其次是从使用端看,氢燃料电池储能密度高,且重量轻,续航里程普遍更远。通常会超过500公里,而纯电动汽车则根据电池包密度、电池容量大小甚至是电池温控等技术决定,同时从能量补充角度看,加氢所需时间和加油接近,但目前纯电动汽车即便有了快充技术,也远远超过加氢所需时间;最后从环保角度看,氢燃料电池主要的成分是氢,氢燃料电池在使用寿命结束后,并不会对环境造成污染,而锂离子电池则含有很多重金属,如果回收不当,就会对环境造成更大的污染。
那为什么我国目前仍以锂电池汽车为主,这主要是由于目前氢能源领域存在关键的技术瓶颈没有突破,同时不论是制氢、运输或是加氢,都存在成本问题,加上我国地域辽阔,氢燃料加氢站的建设成本比纯电动汽车充电站成本高很多,因此中国,美国,欧洲的大部分厂商把精力放在了纯电动汽车上,而日本,韩国等,经济发达,人口稠密,则把研发重点放在了氢能源领域上。
氢能源的应用除了交通运输还有哪些领域?会是下一个亿万级风口吗?
目前的氢能源的主要应用场景就是燃料电池,燃料电池系统是以燃料电池堆为基本单元,增加必要的辅助零部件构成的一套完整的发电系统。氢燃料电池系统复杂,主要由电堆和系统部件(空压机、增湿器、氢循环泵、氢瓶)组成;电堆是整个电池系统的核心,包括由膜电极、双极板构成的各电池单元以及集流板、端板、密封圈等;膜电极的关键材料是质子交换膜、催化剂、气体扩散层,这些部件及材料的耐久性等性能决定了电堆的使用寿命和工况适应性。
随着燃料电池和储氢系统技术性能的提升,氢燃料电池的续航能力、低温适应性、能源补给时间、装载空间等方面的优势逐渐凸显,在长距离公交大巴、长距离城市或城际物流配送领域和干线或支线重载长途物流领域发挥优势作用,而氢能源汽车就在2022年北京冬奥会上圆满完成了运载任务。
在非道路运输领域,中国正在氢燃料电池重型工程机械、轨道交通、船舶、无人机等领域积极探索,但距离规模化使用仍有不小的距离。
而万亿级风口的来临,除了政策支持外,还需要产业关键技术的突破、行业参与度的提高以及资金认可等因素,期待我国能源发展更上一个台阶。
风险提示:政策推广不及预期、燃料电池技术落地不及预期、 成本下降不及预期、配套设施建设不及预期等。
资料来源:东方财富网、慧博投研资讯,东吴证券《氢能系列研究一:氢能源产业链分析》袁理20220103