太田健一郎教授专访：氢发动机vs氢燃料电池，谁更胜一筹？

氢燃料电池汽车的发展，促进了氢气压缩机的振兴。作为给氢燃料电池汽车提供氢气的基础设施，加氢站的数量在不断增长，意味着氢气压缩机市场快速发展。据中国氢能联盟预计，到2050年，中国加氢站存量将达到10000座，年产值也将超过千亿。同时，因为加氢站是各地区明确发布补贴政策的环节之一，多级补贴的政策明确，所以站用压缩机的前景可观；站用压缩机存在较高的技术壁垒，未来极有可能出现独角兽企业。目前，国内加氢站较多采用的是液驱式和隔膜式压缩机，其中离子液体压缩机主要由林德在部分项目中进行示范应用。01相关项目情况如图表1所示，氢云链整理近半年多以来相关标志性项目，发现目前加氢站和压缩机的发展存在以下4个特点：1、大型化加氢母站是趋势。从近半年项目来看，产业园的加氢母站项目明显增多。在3月23日国家级氢能产业政策发布后，氢云链团队携手张存满教授和赵吉诗博士召开了相关的《政策》的分析论坛，张教授就认为，加氢站必须大型化，这有利于实现土地的集约化、设备投资优化和运营成本的优化。2、特定场景下的站用压缩机将增多。以中集安瑞科的第二代小型撬装式35MPa加氢装置为例，其用于港口码头、场内物料搬运、燃料电池整车厂等用氢场景，为氢能叉车、测试车辆、运行车辆等提供氢气加注。受制于氢储运问题，相关的产业园闭环项目将会营生更多特定场景下使用的站用压缩机。3、高压高排量是趋势也是行业发展的必要。国内压缩机厂商于2021年年底分别进行了35MPa和70Mpa的攻关，其中丰电金凯威和北京低碳院合作开发的隔膜压缩机更是在测试阶段达到了87.5MPa，同时在氢气的排量上也在进行相关的攻关。国产车载储氢系统也在进行相应的技术攻关——70MPa四型瓶。4、出口将是企业另一个较大的赢利点。虽然国产水平较国际先进水平存在一定的差距，但是中低压的产品存在一定的出口成本竞争优势，以开山股份全资子公司LMF为例，其成功向俄罗斯出口了4台最高160bar氢气压缩机，最大流量每小时14000m³。未来随着国产化的进一步推进，出口将是相关企业的另一个重要赢利点。图表1 国内压缩机相关项目情况来源：氢云链数据库另一方面，压缩机的标准也在完善中，目前，国内首个《加氢站用隔膜压缩机安全使用技术规范》的中国工业气体工业协会团体标准在2022年3月1月已获准发布实施，相关标准由丰电金凯威牵头起草。2022年，国家已在4个文件中重点提及了氢能产业的标准制定，在扶持政策下，可以预见后续压缩机的发展也是相对较快的。02小结加氢站建设一直是国内氢能产业建设的重点环节，也是各地补贴的重点环节。随着国家专项政策出台和示范城市群的启动，氢能应用场景增加，运营强度提升，对加氢设施的建设速度，产品种类，技术水平及服务能力都出现新的要求。作为主要的加氢设备，压缩机一方面面临着市场规模扩大的机遇，另一方面也面临着技术要求提升、需求场景从单场景向多场景发展、产品供应能力要求提升等挑战。压缩机厂商需要根据市场变化情况，前曕性布局各类应用场景，根据实践扎实推技术发展，以抢得千亿市场先机。编辑：风氢扬 校对：氢氢我心 审核：氢云小仙女来源：氢云链声明：文章内容仅供参考，并不代表氢云链赞同其观点或证实其描述，部分图文来源网络，氢云链整理发布，如有侵权请联系作者删除

目前备受关注的氨氢储能和液态阳光（甲醇）储能，其本质是电转X（Power-to-X）工艺，即将可再生能源产生电力—电解水制绿氢—绿氢+CO2或者N2获得绿色甲醇（“液态阳光”）或者绿氨，实现可再生能源的存储、分配和利用。这一概念最早由德国学者在上世纪初提出，即模拟光合作用，将太阳能和风能，通过电解水制氢，H2/CO2进行甲烷化反应生产甲烷CH4（合成天然气SNG）并注入/存储于发达的天然气管网中。虽然SNG燃烧后仍会产生碳排放，但由于其生产过程中消耗了CO2，整体上实现了CO2的循环利用，是一种净零排放的零碳绿色天然气。该过程被称作电转气Power-to-Gas（PtG）工艺，或者电转甲烷Power-to-Methane，并获取了一系列的专利授权。在PtG工艺提出后，众多学者受到启发，相继提出了Power-to-eFuels、Power-to-Liquids、Power-to-Ammonia、Power-to-Chemicals，即电转燃料、电转液、电转氨、电转化工品等工艺概念。截至2019年全球约有146个电解水制氢工业示范项目，其中60个项目是包含H2/CO2甲烷化工艺的电转甲烷项目。在H2/CO2甲烷化技术方面，目前实现商业化的公司仅有德国的Man Energy和Electrochaea。前者采用化学法甲烷化（高温高压、镍基催化剂），是德国大众旗下子公司。后者采用生物法甲烷化（低温低压、厌氧菌生物催化剂），其投资方除知名风险投资公司外，还包括能源巨头法国燃气集团下属STORENGY、大型油服公司美国贝克休斯和可再生能源服务商瑞士Energie360o。中国石油大学(北京)新能源与材料学院李叶青团队早在2015年即成功开展了H2/CO2生物法甲烷化的实验室验证，以厌氧菌群做为生物催化剂催化合成甲烷。该团队的技术应用范围广泛，原料气不限于H2/CO2，可利用沼气、氢气、合成气、热解气等作为气源。在半连续运行100余天过程中未发现失稳现象，甲烷含量大于92% (H2:CO2=4:1)；系统最大处理能力为12.6 m3/m3/d (原料配比H2:CO:CO2=5:4:1，5L反应器，连续运行1个月)，容积甲烷产率为3 m3/m3/d (原料配比H2:CO:CO2=5:4:1)。目前团队已着手进行放大中试，将通过引入气体分布等手段将甲烷化效率提高到对标世界顶尖公司的水平。项目团队正联合北京中研正达绿色科技有限公司与相关企业和政府接洽落地，为未来大规模推广做准备。图表1 SNG生产及应用生态体系来源：《Power-to-Gas and Power-to-X—The History and Results of Developing a New Storage Concept》李教授团队提出了风光、电网、碳捕集、燃气管网和交通能源系统耦合的综合能源碳中和网络，交通能源系统除了纯电动车和氢燃料电池车外，还引入了CNG/LNG车，后者与燃料电池车相比技术成熟用户接受度高，且无需额外的基础设施建设，更适合我国国情，采用来自电转甲烷工艺的绿色天然气，同样可以实现重型公路交通领域的脱碳。绿色SNG与绿色甲醇和绿氨同样值得大力推广。目前绿氢的储运难题严重制约了其规模化发展。避免储运的唯一办法是就地在线电网制氢，然而我国煤电比例过高，电网制氢比煤制氢碳排放高60%-100%。根据彭博新能源BNEF的数据，目前不受地域限制（比如盐穴、枯竭气田等）且具备中等规模（至少几周时间）的纯氢储氢方式仅有液氢，储氢成本目前最高可达4.57美金/公斤，未来最低的估计为0.95美金/公斤（约人民币6元/公斤）。根据亚联高科的实地考察，浮云到佛山仅130公里的真实运氢成本，在战略协议最低价的基础上尚且高达14元/公斤，这并不包含储氢和各环节的转化能耗。如此高昂的储运成本，会导致绿氢至规模用户成本过高，从而抑制绿氢需求，反过来导致绿氢生产规模化和成本降低路径受阻。至用户成本高抑制需求，需求不足抑制生产，即绿氢面临“蛋生鸡鸡生蛋”的问题。那么最终的解决方案只能是通过Power-to-X链条将氢转化为不需要额外储运基础设施的绿色甲烷、甲醇或者氨，通过零碳的X代替绿氢渗透至对应的需要脱碳的行业。尽管天然气听起来跟民生更为接近，比起甲醇和氨有天然的劣势，但事实并非如此。绿色甲烷（SNG）的优势1- 每kWh成本与氨和醇接近对于最重要的三个X，甲烷、甲醇和氨（甲醇采用CO2加氢），其成本结构中的合成步骤相差不大，比如合成氨设备成本高，但是氮分离比甲烷和甲醇需要的碳捕集成本低，结果是总体上三者合成成本接近。能效（不考虑余热利用）相差也不大，氨会低一些。因此，总体上单位kWh可再生电力生产的单位kWh产品的成本基本一致的。三者在涉及能源领域的应用，比如交通、供暖、储能等，每吨价格没有实际意义，kWh价格更有意义且三者接近。2- 绿色甲烷的用途广，应用技术成熟通过对比工业、交通和发电/储能等潜在脱碳领域的应用潜力，如图表2所示，可以发现：图表2 不同X在不同脱碳领域的应用潜力来源：中研正达整理氢是王者，几乎主要排放的任何领域都可以用氢脱碳。甲烷和甲醇差不多，甲烷更成熟、应用面略广；仅有甲醇在化工原料上（MTO）的应用以及氨在化肥上的应用是甲烷不具备的；氨在能源上的应用仍处于非常初期的阶段。3- 绿色甲烷的市场容量足够大2021年全国交通用气量509亿立方米，假设全部由绿色SNG替代，则对应绿氢消耗量为1834万吨；全国的氨和甲醇产能用绿氢约2100万吨，即交通用气量对应耗氢堪比全国合成氨和甲醇总产能用氢。4- 绿色甲烷在重型交通领域具备经济性如图表3对比可以发现，绿色甲烷在重卡领域应用潜力很大。以Power-to-X的效率为50%、电价0.15元/kWh、电耗占生产成本的60%（合成步骤占40%），可粗略估算产品成本为0.15/50%/60%=0.5元/kWh，折合7000元/吨。LNG加气站比较成熟，参与LNG重卡生产和研发的车企也较多，产品线成熟，消费端客户接受度高。图表3 绿色甲烷在重卡领域的经济型来源：中研正达整理5- 电-氢-甲烷-LNG重卡是公路运输脱碳的低成本路径考虑电价0.15元/kWh，绿氢生产成本可以低至10元/公斤。但绿氢至规模用户的成本仍高达0.84元/kWh，而变成SNG的至规模用户成本仅为0.53元/kWh，无需补贴即可满足车用LNG经济性。而绿氢用于车用绿色甲烷，则仅需满足周边有天然气管网即可；甚至没有管网，直接压缩成LNG运输给加气站的成本也非常低廉（500公里距离每公斤仅0.35元）。以消耗500万吨每年绿氢为例，10元/公斤生产成本为基础。在缺乏纯氢管网和盐穴储氢的情况下，根据德国某机构的测算，以广东省（1/2德国面积）为例，满足50万吨 ...

「热点新闻」是氢云链旗下的全新栏目，主要包含国内外上针对氢能、燃料电池等内容方面最新新闻信息，地方政策，技术革新等，每天一期。在这里，你可以全面了解全球氢能发展的最新动态。1、九部门印发“十四五” 东西部科技合作实施方案：共同开展大规模氢能技术开发与成果转化应用3月4日，科技部等九部门印发《“十四五” 东西部科技合作实施方案》，《方案》指出，依托呼包鄂创新型城市群，共同开展大规模储能、氢能、智能电网等清洁能源技术开发与成果转化应用；支持宁夏联合中国农业科学院以及东部省市，开展氢能生产等领域研发中试和成果转化平台。2、山东淄博将于今年打造200辆氢燃料电池汽车应用场景2月18日，淄博市召开第十六届人民代表大会第一次会议，发布2022年政府工作报告。2022年经济社会发展目标任务和重点工作中指出，实施新经济培育“沃土”行动，举办2022氢能产业发展创新峰会，年内形成600辆无人驾驶、200辆氢燃料电池汽车应用场景，推动自动驾驶应用示范项目列入省重大科技创新示范工程，打造氢能和燃料电池、新能源汽车、自动驾驶等产业新地标。3、打造国内一流氢能产业基地！氢通新能源与内蒙古包头签订战略协议3月3日，为充分利用包头市的产业资源和氢能发展基础，以及国内独一无二的应用场景优势，加快融入“一带一路”倡议，氢通新能源创始人、董事长兼CEO任亚辉在上海会场代表氢通(上海)新能源科技有限公司，通过视频连线方式与包头市九原区委副书记、政府区长刘小平签署了战略合作协议。4、众宇将连续配套武汉氢燃料市政用车3月3日，武汉经济技术开发区（汉南区）（下简称武汉经开区）发布氢燃料电池环卫车项目中标公告，武汉众宇动力系统科技有限公司（下称众宇）将为该项目中标车型提供氢燃料电池系统。这是自配套武汉经开区氢燃料公交车之后，众宇连续为武汉快速发展氢能产业、打造世界级氢能城市提供支撑与保障。5、西门子能源获得世界上第一座大型商用电子甲醇生产设施氢电解槽订单西门子能源公司从欧洲能源公司获得了一份交付电解槽的订单。这家丹麦绿色能源项目的开发和运营商正在建设世界上第一座大型商用电子甲醇（e-Methanol）生产设施，由西门子能源公司的一个50MW电解工厂提供氢气。欢迎关注氢云链，获取更多氢能资讯。免责声明：以上内容来源于网络，氢云链编辑整理，所发内容不代表本平台立场，如侵权请联系删除！氢云链平台联系电话：13265621906，邮箱： bp@qingyunlian.com ，地址：深圳市南山区瑞思商业中心1405