[Astratto]L’energia dell’idrogeno è un tipo di energia secondaria con fonti abbondanti, verde e a basso contenuto di carbonio e ampia applicazione. Può aiutare il consumo su larga scala di energia rinnovabile, realizzare un picco di riduzione su larga scala della rete elettrica e dello stoccaggio di energia in tutte le stagioni e le regioni e accelerare la promozione di settori industriali, edilizi, dei trasporti e altri settori a basse emissioni di carbonio.il mio Paese ha una buona base per la produzione di idrogeno e un mercato applicativo su larga scala e presenta vantaggi significativi nello sviluppo dell’energia dell’idrogeno.Accelerare lo sviluppo dell’industria energetica dell’idrogeno è un percorso importante per aiutare il mio Paese a raggiungere l’obiettivo della neutralizzazione del carbonio.Pochi giorni fa, la Commissione nazionale per lo sviluppo e la riforma e l’Amministrazione nazionale per l’energia hanno pubblicato congiuntamente il “Piano a medio e lungo termine per lo sviluppo dell’industria dell’energia dall’idrogeno (2021-2035)”.Lo sviluppo e l’utilizzo dell’energia dell’idrogeno stanno innescando una profonda rivoluzione energetica. L’energia dell’idrogeno è diventata un nuovo codice per risolvere la crisi energetica e costruire un sistema energetico moderno, pulito, a basse emissioni di carbonio, sicuro ed efficiente.
La crisi energetica ha aperto la strada all’esplorazione dello sviluppo e dell’utilizzo dell’energia dell’idrogeno.
L'energia dell'idrogeno come energia alternativa è entrata nel campo visivo delle persone già a partire dagli anni '70.A quel tempo, la guerra in Medio Oriente scatenò una crisi petrolifera globale. Per liberarsi dalla dipendenza dal petrolio importato, gli Stati Uniti hanno proposto per primi il concetto di “economia dell’idrogeno”, sostenendo che in futuro l’idrogeno potrebbe sostituire il petrolio e diventare la principale energia a supporto dei trasporti globali.Dal 1960 al 2000, la cella a combustibile, uno strumento importante per l’utilizzo dell’energia dell’idrogeno, si è sviluppata rapidamente e la sua applicazione nel settore aerospaziale, nella produzione di energia e nei trasporti ha pienamente dimostrato la fattibilità dell’energia dell’idrogeno come fonte di energia secondaria.L’industria energetica dell’idrogeno è entrata in un declino intorno al 2010.Ma il lancio del “futuro” veicolo a celle a combustibile della Toyota nel 2014 ha innescato un altro boom dell’idrogeno.Successivamente, molti paesi hanno successivamente individuato percorsi strategici per lo sviluppo dell’energia dell’idrogeno, concentrandosi principalmente sulla produzione di energia e sui trasporti per promuovere lo sviluppo dell’energia dell’idrogeno e delle industrie delle celle a combustibile; l’UE ha pubblicato la Strategia dell’UE per l’energia dell’idrogeno nel 2020, con l’obiettivo di promuovere l’energia dell’idrogeno nell’industria, nei trasporti, nella produzione di energia e in altre applicazioni in tutti i campi; nel 2020, gli Stati Uniti hanno pubblicato il “Piano di sviluppo del piano energetico dell’idrogeno”, formulato una serie di indicatori tecnici ed economici chiave e si prevede che diventeranno leader di mercato nella catena industriale dell’energia dell’idrogeno.Finora, i paesi che rappresentano il 75% dell’economia globale hanno lanciato politiche di sviluppo dell’energia dell’idrogeno per promuovere attivamente lo sviluppo dell’energia dell’idrogeno.
Rispetto ai paesi sviluppati, l'industria energetica dell'idrogeno nel mio paese è ancora nella fase iniziale di sviluppo.Negli ultimi anni, il mio Paese ha prestato maggiore attenzione al settore energetico dell’idrogeno.Nel marzo 2019, l’energia dell’idrogeno è stata inserita per la prima volta nel “Rapporto di lavoro del governo”, accelerando la costruzione di strutture come la ricarica e l’idrogenazione nel dominio pubblico; Incluso nella categoria energetica; nel settembre 2020, cinque dipartimenti, tra cui il Ministero delle Finanze, il Ministero dell'Industria e della Tecnologia dell'Informazione, effettueranno congiuntamente l'applicazione dimostrativa dei veicoli a celle a combustibile e premieranno gli agglomerati urbani ammissibili per l'industrializzazione e le applicazioni dimostrative delle principali tecnologie di base dei veicoli a celle a combustibile ;Nell'ottobre 2021, il Comitato Centrale del Partito Comunista Cinese e il Consiglio di Stato hanno emesso i "Pareri sull'attuazione completa e accurata del nuovo concetto di sviluppo e sul buon lavoro nella neutralizzazione del carbonio" per coordinare lo sviluppo dell'intera catena dell'energia dell'idrogeno “produzione-stoccaggio-trasmissione-uso”; Nel marzo 2022, la Commissione nazionale per lo sviluppo e la riforma ha pubblicato il “Piano a medio e lungo termine per lo sviluppo dell’industria dell’energia dall’idrogeno (2021-2035)” e l’energia dell’idrogeno è stata identificata come una parte importante del futuro sistema energetico nazionale e una chiave per realizzare una trasformazione verde e a basse emissioni di carbonio dei terminali che utilizzano energia. Un vettore importante, l’industria energetica dell’idrogeno è stata identificata come un’industria strategica emergente e una direzione chiave di sviluppo del futuro settore.
Negli ultimi anni, l'industria energetica dell'idrogeno nel mio Paese si è sviluppata rapidamente, coprendo sostanzialmente l'intera catena di produzione-stoccaggio-trasmissione-utilizzo dell'idrogeno.
La parte a monte della catena industriale dell’energia dell’idrogeno è la produzione di idrogeno. il mio Paese è il più grande produttore di idrogeno al mondo, con una capacità di produzione di idrogeno di circa 33 milioni di tonnellate.In base all’intensità delle emissioni di carbonio del processo di produzione, l’idrogeno è suddiviso in “idrogeno grigio”, “idrogeno blu” e “idrogeno verde”.L’idrogeno grigio si riferisce all’idrogeno prodotto dalla combustione di combustibili fossili e durante il processo di produzione ci saranno molte emissioni di anidride carbonica; l’idrogeno blu si basa sull’idrogeno grigio, applicando la tecnologia di cattura e stoccaggio del carbonio per ottenere una produzione di idrogeno a basse emissioni di carbonio; L'idrogeno verde è prodotto da energie rinnovabili come l'energia solare e l'energia eolica vengono utilizzate per elettrolizzare l'acqua per produrre idrogeno e non vi è alcuna emissione di carbonio nel processo di produzione dell'idrogeno.Attualmente, la produzione di idrogeno del mio Paese è dominata dalla produzione di idrogeno basata sul carbone, che rappresenta circa l’80%.In futuro, poiché il costo della produzione di energia da fonti rinnovabili continua a diminuire, la percentuale di idrogeno verde aumenterà di anno in anno e si prevede che raggiungerà il 70% nel 2050.
Il segmento intermedio della catena industriale dell’energia dell’idrogeno è lo stoccaggio e il trasporto dell’idrogeno. La tecnologia di stoccaggio e trasporto di gas ad alta pressione è stata commercializzata ed è il metodo di stoccaggio e trasporto dell’energia dell’idrogeno più esteso.Il rimorchio a tubo lungo ha un'elevata flessibilità di trasporto ed è adatto per il trasporto di idrogeno di piccoli volumi e su brevi distanze; Lo stoccaggio dell'idrogeno liquido e lo stoccaggio dell'idrogeno allo stato solido non richiedono recipienti a pressione e il trasporto è conveniente, che è la direzione dello stoccaggio e del trasporto di energia dell'idrogeno su larga scala in futuro.
Il downstream della catena industriale dell’energia dell’idrogeno è l’applicazione completa dell’idrogeno. Come materia prima industriale, l’idrogeno può essere ampiamente utilizzato nei settori petrolifero, chimico, metallurgico, elettronico, medico e di altro tipo. Inoltre, l’idrogeno può anche essere convertito in elettricità e calore attraverso celle a combustibile a idrogeno o motori a combustione interna a idrogeno. , che può coprire tutti gli aspetti della produzione e della vita sociale.Entro il 2060, si prevede che la domanda di energia da idrogeno del mio Paese raggiungerà i 130 milioni di tonnellate, di cui domina la domanda industriale, che rappresenta circa il 60%, e il settore dei trasporti si espanderà fino al 31% anno dopo anno.
Lo sviluppo e l’utilizzo dell’energia dell’idrogeno stanno innescando una profonda rivoluzione energetica.
L’energia dell’idrogeno ha ampie prospettive di applicazione in molti campi come i trasporti, l’industria, l’edilizia e l’elettricità.
Nel campo dei trasporti, il trasporto stradale a lunga distanza, le ferrovie, l’aviazione e il trasporto marittimo considerano l’energia dell’idrogeno come uno dei combustibili importanti per ridurre le emissioni di carbonio.In questa fase, il mio Paese è dominato principalmente da autobus a celle a combustibile a idrogeno e da autocarri pesanti, il cui numero supera i 6.000.In termini di infrastrutture di supporto corrispondenti, il mio Paese ha costruito più di 250 stazioni di rifornimento di idrogeno, che rappresentano circa il 40% del numero globale, classificandosi al primo posto nel mondo.Secondo i dati diffusi dal Comitato Organizzatore delle Olimpiadi Invernali di Pechino, queste Olimpiadi invernali dimostreranno il funzionamento di oltre 1.000 veicoli a celle a combustibile a idrogeno, dotati di più di 30 stazioni di rifornimento di idrogeno, che è la più grande applicazione dimostrativa di veicoli a celle a combustibile nel mondo. mondo.
Al momento, il settore con la maggiore percentuale di applicazione dell’energia dell’idrogeno nel mio Paese è quello industriale.Oltre alle sue proprietà di combustibile energetico, l’energia dell’idrogeno è anche un’importante materia prima industriale.L’idrogeno può sostituire il coke e il gas naturale come agente riducente, eliminando la maggior parte delle emissioni di carbonio nei processi di produzione del ferro e dell’acciaio.L’uso di energia rinnovabile ed elettricità per elettrolizzare l’acqua per produrre idrogeno e quindi sintetizzare prodotti chimici come ammoniaca e metanolo, favorisce una sostanziale riduzione del carbonio e delle emissioni nell’industria chimica.
L’integrazione dell’energia dell’idrogeno e degli edifici è un nuovo concetto di bioedilizia emerso negli ultimi anni.Il settore dell’edilizia necessita di consumare molta energia elettrica ed energia termica ed è stato elencato come i tre principali “famiglie consumatrici di energia” nel mio paese insieme al settore dei trasporti e a quello industriale.L’efficienza della pura generazione di energia delle celle a combustibile a idrogeno è solo del 50% circa, mentre l’efficienza complessiva della produzione combinata di calore ed elettricità può raggiungere l’85%. Mentre le celle a combustibile a idrogeno generano elettricità per gli edifici, il calore di scarto può essere recuperato per il riscaldamento e l’acqua calda.In termini di trasporto dell’idrogeno ai terminali degli edifici, l’idrogeno può essere miscelato con gas naturale in una percentuale inferiore al 20% con l’aiuto di una rete di gasdotti domestici relativamente completa e trasportato a migliaia di famiglie.Si stima che nel 2050, il 10% del riscaldamento globale degli edifici e l’8% dell’energia degli edifici saranno forniti dall’idrogeno, riducendo le emissioni di anidride carbonica di 700 milioni di tonnellate all’anno.
Nel campo dell’elettricità, a causa dell’instabilità delle energie rinnovabili, l’energia dell’idrogeno può diventare una nuova forma di stoccaggio energetico attraverso la conversione elettricità-idrogeno-elettricità.Durante i periodi di basso consumo di elettricità, l'idrogeno viene prodotto elettrolizzando l'acqua con energia rinnovabile in eccesso e immagazzinato sotto forma di materiali gassosi ad alta pressione, liquidi a bassa temperatura, liquidi organici o solidi; durante i periodi di punta del consumo di elettricità, l'idrogeno immagazzinato viene fatto passare attraverso il carburante. Le batterie o le turbine a idrogeno producono elettricità, che viene immessa nella rete pubblica.La scala di stoccaggio dell’energia dell’idrogeno è maggiore, fino a 1 milione di kilowatt, e il tempo di stoccaggio è più lungo. Lo stoccaggio stagionale può essere realizzato in base alla differenza di produzione di energia solare, energia eolica e risorse idriche.Nell'agosto 2019, il primo progetto di stoccaggio dell'energia dell'idrogeno su scala megawatt è stato lanciato a Lu'an, nella provincia di Anhui, ed è stato collegato con successo alla rete per la produzione di energia nel 2022.
Allo stesso tempo, anche l’accoppiamento elettro-idrogeno svolgerà un ruolo importante nella costruzione di un moderno sistema energetico nel mio paese.
Da una prospettiva pulita e a basse emissioni di carbonio, l’elettrificazione su larga scala è un potente strumento per la riduzione delle emissioni di carbonio in molti campi nel mio paese, ad esempio i veicoli elettrici nel settore dei trasporti che sostituiscono i veicoli a carburante e il riscaldamento elettrico nel settore dell’edilizia che sostituisce il tradizionale riscaldamento a caldaia .Tuttavia, ci sono ancora alcuni settori in cui è difficile ottenere una riduzione delle emissioni di carbonio attraverso l’elettrificazione diretta. Le industrie più difficili includono l’acciaio, la chimica, il trasporto stradale, il trasporto marittimo e l’aviazione.L’energia dell’idrogeno ha la duplice proprietà di combustibile energetico e materia prima industriale e può svolgere un ruolo importante nei campi sopra menzionati che sono difficili da decarbonizzare profondamente.
Dal punto di vista della sicurezza e dell'efficienza, in primo luogo, l'energia dell'idrogeno può promuovere lo sviluppo di una quota maggiore di energia rinnovabile e ridurre efficacemente la dipendenza del mio Paese dalle importazioni di petrolio e gas; L’equilibrio regionale dell’approvvigionamento e del consumo energetico nel mio paese; inoltre, con la riduzione del costo dell’elettricità delle energie rinnovabili, l’economia dell’elettricità verde e dell’energia dell’idrogeno verde migliorerà e saranno ampiamente accettate e utilizzate dal pubblico; L’energia dell’idrogeno e l’elettricità, in quanto hub energetici, sono più importanti. È facile accoppiare varie fonti energetiche come l’energia termica, l’energia fredda, il carburante, ecc., per stabilire congiuntamente una rete energetica moderna e interconnessa, formare un sistema di approvvigionamento energetico altamente resiliente e migliorare l’efficienza, l’economia e la sicurezza del sistema di approvvigionamento energetico.
Lo sviluppo dell'industria energetica dell'idrogeno nel mio paese deve ancora affrontare sfide
La produzione di idrogeno verde a basso costo e a basse emissioni è una delle sfide importanti che deve affrontare l’industria dell’energia dell’idrogeno.Con la premessa di non aggiungere nuove emissioni di carbonio, risolvere il problema della fonte di idrogeno è la premessa per lo sviluppo dell’industria energetica dell’idrogeno.La produzione di idrogeno da energia fossile e la produzione di idrogeno da sottoprodotti industriali sono mature ed economicamente vantaggiose e rimarranno la principale fonte di idrogeno nel breve termine.Tuttavia, le riserve di energia fossile sono limitate e permane il problema delle emissioni di carbonio nel processo di produzione dell’idrogeno; la produzione di sottoprodotti industriali di idrogeno è limitata e la distanza di radiazione di fornitura è breve.
Nel lungo termine, la produzione di idrogeno dall’elettrolisi dell’acqua è facile da combinare con l’energia rinnovabile, ha un potenziale su scala maggiore, è più pulita e più sostenibile ed è il metodo di fornitura di idrogeno verde con il maggior potenziale.Al momento, la tecnologia dell'elettrolisi alcalina del mio Paese è vicina al livello internazionale ed è la tecnologia principale nel campo dell'elettrolisi commerciale, ma c'è spazio limitato per la riduzione dei costi in futuro.L'elettrolisi dell'acqua con membrana a scambio protonico per la produzione di idrogeno è attualmente costosa e il grado di localizzazione dei dispositivi chiave aumenta di anno in anno.L’elettrolisi dell’ossido solido è vicina alla commercializzazione a livello internazionale, ma è ancora in fase di recupero a livello nazionale.
Il sistema di fornitura della catena industriale dell'energia dell'idrogeno del mio Paese non è ancora completo e c'è ancora un divario tra le applicazioni commerciali su larga scala.Nel mio paese sono state costruite più di 200 stazioni di idrogenazione, la maggior parte delle quali sono stazioni di idrogenazione gassosa da 35 MPa, e le stazioni di idrogenazione gassosa ad alta pressione da 70 MPa con una maggiore capacità di stoccaggio dell’idrogeno rappresentano una piccola percentuale.Mancanza di esperienza nella costruzione e nel funzionamento di stazioni di rifornimento di idrogeno liquido e di stazioni integrate di produzione e idrogenazione dell'idrogeno.Allo stato attuale, il trasporto di idrogeno si basa principalmente sul trasporto di rimorchi gassosi ad alta pressione a tubo lungo e il trasporto tramite gasdotti è ancora un punto debole.Attualmente, il chilometraggio dei gasdotti dell’idrogeno è di circa 400 chilometri, mentre i gasdotti in uso sono solo di circa 100 chilometri.Il trasporto tramite condotte è inoltre esposto alla possibilità di infragilimento da idrogeno causato dalla fuoriuscita di idrogeno. In futuro sarà ancora necessario migliorare ulteriormente le proprietà chimiche e meccaniche dei materiali delle tubazioni.Sono stati compiuti progressi significativi nella tecnologia di stoccaggio dell’idrogeno liquido e nella tecnologia di stoccaggio dell’idrogeno idruro metallico, ma l’equilibrio tra densità di stoccaggio dell’idrogeno, sicurezza e costi non è stato risolto, e c’è ancora un certo divario tra le applicazioni commerciali su larga scala.
Il sistema politico specializzato e il meccanismo di coordinamento e cooperazione multidipartimentale e multidisciplinare non sono ancora perfetti.Il “Piano a medio e lungo termine per lo sviluppo dell’industria dell’energia dall’idrogeno (2021-2035)” è il primo piano di sviluppo dell’energia dall’idrogeno a livello nazionale, ma il piano speciale e il sistema politico devono ancora essere migliorati. In futuro sarà necessario chiarire ulteriormente la direzione, gli obiettivi e le priorità dello sviluppo industriale.La catena industriale dell’energia dell’idrogeno coinvolge una varietà di tecnologie e settori industriali. Al momento, ci sono ancora problemi come l’insufficiente cooperazione interdisciplinare e l’insufficiente meccanismo di coordinamento interdipartimentale.Ad esempio, la costruzione di stazioni di rifornimento di idrogeno richiede una cooperazione multidipartimentale come il controllo di capitali, tecnologia, infrastrutture e sostanze chimiche pericolose. Al momento ci sono problemi come autorità competenti poco chiare, difficoltà di approvazione e le proprietà dell'idrogeno sono ancora solo sostanze chimiche pericolose, il che rappresenta una seria minaccia per lo sviluppo del settore. grandi vincoli.
Crediamo che la tecnologia, le piattaforme e i talenti siano i punti di crescita per sostenere lo sviluppo del settore energetico dell’idrogeno nel mio Paese.
Innanzitutto è necessario migliorare continuamente il livello delle principali tecnologie di base.L’innovazione tecnologica è il fulcro dello sviluppo del settore energetico dell’idrogeno.In futuro, il mio Paese continuerà a promuovere la ricerca e lo sviluppo di tecnologie chiave nella produzione, nello stoccaggio, nel trasporto e nell’applicazione dell’energia dell’idrogeno verde e a basse emissioni di carbonio.Accelerare l’innovazione tecnologica delle celle a combustibile con membrana a scambio protonico, sviluppare materiali chiave, migliorare i principali indicatori di prestazione e la capacità di produzione di massa e continuare a migliorare l’affidabilità, la stabilità e la durata delle celle a combustibile.Saranno compiuti sforzi per promuovere la ricerca e lo sviluppo e la produzione di componenti fondamentali e di attrezzature fondamentali.Accelerare il miglioramento dell’efficienza di conversione della produzione di idrogeno dell’energia rinnovabile e la scala della produzione di idrogeno con un unico dispositivo e realizzare progressi nelle tecnologie chiave chiave nel collegamento delle infrastrutture energetiche dell’idrogeno.Continuare a svolgere ricerche sulle leggi fondamentali della sicurezza energetica dell'idrogeno.Continuare a promuovere la tecnologia avanzata dell’energia dell’idrogeno, le apparecchiature chiave, le applicazioni dimostrative e l’industrializzazione dei principali prodotti e costruire un sistema tecnologico di sviluppo di alta qualità per l’industria dell’energia dell’idrogeno.
In secondo luogo, dobbiamo concentrarci sulla costruzione di una piattaforma di sostegno all’innovazione industriale.Lo sviluppo del settore dell’energia dall’idrogeno deve concentrarsi su aree e collegamenti chiave e costruire una piattaforma di innovazione multilivello e diversificata.Sostenere università, istituti di ricerca e imprese per accelerare la costruzione di laboratori chiave e piattaforme di ricerca incrociata all’avanguardia e svolgere ricerca di base sulle applicazioni dell’energia dell’idrogeno e ricerca tecnologica all’avanguardia.All'inizio del 2022, la Commissione nazionale per lo sviluppo e la riforma e il Ministero dell'Istruzione hanno pubblicato la "Approvazione del rapporto di studio di fattibilità sul progetto nazionale di piattaforma di innovazione per l'integrazione tra industria e istruzione della tecnologia di stoccaggio dell'energia della North China Electric Power University", l'Università della Cina settentrionale. Progetto di piattaforma di innovazione per l'integrazione tra industria e istruzione della Electric Power University National Energy Storage Technology È stato ufficialmente approvato ed è diventato il primo gruppo di college e università ad essere "al comando".Successivamente, è stato formalmente istituito il Centro per l'innovazione delle tecnologie energetiche dell'idrogeno della North China Electric Power University.La piattaforma di innovazione e il centro di innovazione si concentrano sulla ricerca tecnica nei campi dello stoccaggio dell'energia elettrochimica, dell'energia dell'idrogeno e della sua tecnologia applicativa nella rete elettrica e promuovono attivamente lo sviluppo dell'industria nazionale dell'energia dell'idrogeno.
In terzo luogo, è necessario promuovere la costruzione di un team di professionisti dell’energia dall’idrogeno.Il livello tecnologico e la portata del settore energetico dell’idrogeno hanno continuato a fare passi da gigante. Tuttavia, l’industria dell’energia dall’idrogeno si trova ad affrontare un ampio divario nel team dei talenti, in particolare la grave carenza di talenti innovativi di alto livello.Pochi giorni fa, la specializzazione in “Scienza e ingegneria dell’energia dell’idrogeno” dichiarata dalla North China Electric Power University è stata ufficialmente inclusa nel catalogo delle specializzazioni universitarie nei college e nelle università ordinarie, e la disciplina “Scienza e ingegneria dell’energia dell’idrogeno” è stata inclusa nel nuova materia interdisciplinare.Questa disciplina prenderà l'ingegneria energetica, l'ingegneria termofisica, l'ingegneria chimica e altre discipline come la trazione, integrerà organicamente la produzione di idrogeno, lo stoccaggio e il trasporto dell'idrogeno, la sicurezza dell'idrogeno, l'energia dell'idrogeno e altri corsi sui moduli di energia dell'idrogeno e svolgerà corsi di base e interdisciplinari a tutto tondo ricerca applicata. Fornirà un sostegno favorevole ai talenti per realizzare la transizione sicura della struttura energetica del mio Paese, nonché lo sviluppo dell’industria dell’energia dell’idrogeno e dell’industria energetica del mio Paese.
Orario di pubblicazione: 16 maggio 2022