能源进化论：当凡尔纳的“绿色幻想”照进现实

发布日期：2025-04-18 08:34 点击次数：90

氢，元素周期表中的第一个元素，有时也指氢原子、氢分子和氢气。它的故事，可以追溯到138亿年前，那时宇宙刚刚诞生。氢原子由一个质子和一个电子组成。氢气以氢分子（H2）的形式存在，氢分子则由成堆的氢原子结合在一起组成。

被誉为“科幻小说之父”“科学时代的预言家”的法国作家儒勒·凡尔纳（Jules Verne）在他的“海洋三部曲”之一的《神秘岛》中，预言“水有一天会被用作燃料”“构成水的氢和氧，单独或一起使用，都将提供取之不尽的热能和光能，煤炭根本无法与其相提并论”。

今年是这部小说出版130周年，凡尔纳的那些关于清洁能源的幻想早已在唐山这个新晋“万亿（GDP）城市”成为现实，后者已成为12个国家氢能示范城市之一。

价格，依然是制约发展的因素

氢的工业应用已经有上百年历史，在化工合成、石油炼化等工业领域已形成成熟应用体系，但在很长一段时间里，因为制取成本要比传统化石燃料高很多，氢能的应用和发展受到很大的限制。随着全球能源转型加速，氢能凭借零碳排、高能量密度等特性，正从传统工业原料向战略能源转型。

拥有全球首套焦炉气制乙醇装置的中溶科技坐落于唐山市迁安经济开发区西部片区内，周边千万吨级的钢铁厂鳞次栉比，燕山钢铁、九江线材、首钢迁钢、鑫达钢铁的厂房林立，烟囱高耸。

“依托临港交通网络与产业集群效应，我们打造了一个‘非粮乙醇—工业副产氢—氢能应用’的循环经济模式。”中溶科技董事长代淑梅在接受第一财经采访时称，该公司430亩的厂区里建有目前国内最大的氢能生产线，日产量达到了20吨，拥有8项发明专利。

代淑梅介绍称，在精密的在线色谱仪进行实时检测下，他们的燃料氢纯度达99.999%以上，其中关键杂质一氧化碳含量＜0.2ppm、硫化物＜0.004ppm（百万分率），严于国标50%以上，这种“超纯净氢”可有效避免质子交换膜催化中毒，保障氢能车10万公里级的稳定运行，“唐山具有全国范围内特有的‘钢厂至港口百公里’的运输场景，氢能重卡能在单次加氢的情况下，实现500公里续航，运营成本不高于柴油车。”

同步投产的迁安焦化尾气制氢项目投资额达1.17亿元，年产燃料电池氢7200吨，可满足700~800辆重卡日需，为京津冀氢能城市群提供核心保障。代淑梅称，他们满足了唐山市 70%~80%的氢能需求，还积极与上下游企业合作，目前燕山钢铁建有3个加氢站，包括两吨和三吨规模的，其他钢厂建有撬装式半吨加氢站，可灵活布置在厂区内，满足钢厂内部氢能车的加注需求，形成“制—储—运—加”闭环网络。

经测算，当氢气售价每公斤不高于30元时，氢能重卡的运营成本便能与柴油车相当。在采访过程中，几乎所有行业参与方都指出，随着制取氢气的可再生能源成本迅速降低，大量廉价氢气将投入使用，运输成本也会逐步走低。如此一来，氢能不仅会成为众多行业成本最低的脱碳方式，价格也将低于传统能源。

氢能和锂电将形成互补

燃料电池最初由德国科学家克里斯蒂安·舍恩拜因（Christian Schonbein）和英国科学家威廉姆·格罗夫（William Grove）发明。但是早期的燃料电池并不实用，主要是因为在使用过程中，电池的温度和压力都过高，很容易坏掉。英国科学家弗朗西斯·托马斯·培根（Francis T.Bacon）在1932年制造了第一个实用的燃料电池。培根改进和发明了一种更加坚固耐用的组件，能够应对高温和高压，这就是今天碱性燃料电池的雏形。

可以预见，随着氢能与燃料电池技术成熟、产量规模提升、绿氢价格下降以及基础设施的完善，燃料电池汽车有望具备整体竞争力，与锂动力电池汽车将长期共存发展。

随着光伏制氢成本突破20元/公斤的临界点，代淑梅认为，氢能与锂电将形成互补格局，在低温工况、重载运输等场景展现独特优势。“虽然目前氢能源面临诸多挑战，但随着技术的不断进步，这些问题都有望得到解决。例如，在氢能源的制取方面，随着光伏、风电技术的发展，绿氢的成本有望进一步降低；在运输和储存方面，新的材料和技术也在不断研发，未来有望实现更高效、更安全的运输和储存方式；随着规模化的应用，氢能源车会持续降低生产成本。”该公司计划三年内将氢能产能提升至3万吨/年。对于氢的来源，代淑梅认为，我国不同地区资源禀赋差异大，氢能源发展战略更需“因地制宜”。

越来越多的国家关注到氢能带来的重大机遇，并采用政策推动，尽快实现氢能的应用。我国是全球制氢大国，仅2022年，全国氢气年产量已超3500万吨，氢能供给潜力巨大。去年11月，中国首部《能源法》正式通过，氢能被纳入能源管理体系。《能源法》提出，国家积极有序推进氢能开发利用，促进氢能产业高质量发展。

免费授权技术：“工业血液”迎来春天

酒，一种古老的人造饮品，中国是世界上最早掌握其酿造技术的国家之一。人类对其主要成分乙醇（C2H5OH）的认知，有着一个循序渐进的过程。200年前，即1825年，英国化学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday）率先通过合成方法制得乙醇。自那以后，乙醇的工业化生产开始兴起，并逐渐赢得了“工业血液”的称号。

在全球能源的激烈博弈态势下，美国借助玉米乙醇，巴西依靠甘蔗乙醇，均已成功打造出年产量超6000万吨的燃料乙醇体系。然而，鉴于我国人均耕地资源严重匮乏的现实国情，传统的粮食乙醇发展路线并不适配。在此背景下，实现非粮乙醇路线的规模化生产，已然上升为影响国家粮食安全保障、能源自主战略推进以及化工产业链韧性巩固的关键课题。

“除了用于医疗消毒、粮食酒精、合成橡胶、农药、洗涤剂等等之外，真正展现其战略价值的，当属作为汽油改良剂的燃料乙醇。”代淑梅称，这种含氧量达35%的可再生燃料，既能提升油品燃烧效率，又可替代10%的汽油，被国际公认为清洁能源转型的重要选项。

事实上，乙醇汽油并不是一种新型化学产物，而是燃料乙醇和传统汽油的混合物，现如今国内对乙醇汽油采取的国家标准是汽油和燃料乙醇以9∶1比例调和而成的混合物。乙醇汽油燃烧时因为乙醇的含氧量比较丰富，有助于燃料的充分燃烧，还能替代对地下水有严重污染的抗爆剂甲基叔丁基醚（MTBE），所以排放的尾气会比纯汽油来得更环保。

目前中国乙醇汽油尚未全面推开，市场缺口巨大，至少还差2000万吨产能。这场关乎国家能源命脉的技术突围，正在重塑全球生物能源竞争格局。

“焦炉气原本大多用于发电，甚至直接放散烧掉，但我们利用自有技术将其转化为乙醇，全球首套焦炉气制乙醇装置自2017年开始投产以来，运行平稳，年产为10万吨。”代淑梅介绍称，在乙醇生产方面，该企业是华北地区最大的乙醇及醋酸酯生产企业，在非粮乙醇领域具有很大的份额。

中溶科技计划在国内加快推广，将采用和合作伙伴共同投资、共担风险、工艺包免费授权，以成本价提供催化剂的合作共赢模式，将煤制纯净乙醇加速推进到化工、农化、新能源、医药中间体等生产链，降低全产业链成本。

“与中粮集团有比较大的不同，我们从 2009年开始非粮乙醇的研发，攻克了如醋酸加氢的腐蚀性等技术难题，走了一条从利用钢铁工业尾气生产乙醇和煤基乙醇的新路径。相比传统粮食发酵乙醇成本降低25%~35%，在市场竞争中优势明显，以此解决工业‘与人争粮’的问题。”代淑梅称。

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陈天翔