[抽象的な]水素エネルギーは、資源が豊富で、環境に優しく、低炭素で、幅広い用途に使用できる二次エネルギーの一種です。再生可能エネルギーの大規模消費を支援し、季節や地域を超えた電力網やエネルギー貯蔵の大規模なピークカットを実現し、産業、建設、運輸などの分野の低炭素化推進を加速することができる。私の国には水素製造の優れた基盤と大規模な応用市場があり、水素エネルギーの開発において大きな利点があります。水素エネルギー産業の発展を加速することは、我が国がカーボンニュートラルの目標を達成するための重要な道です。数日前、国家発展改革委員会と国家エネルギー局は共同で「水素エネルギー産業発展の中長期計画（2021～2035年）」を発表した。水素エネルギーの開発と利用は、深刻なエネルギー革命を引き起こしています。水素エネルギーは、エネルギー危機を打開し、クリーンで低炭素、安全かつ効率的な現代のエネルギー システムを構築するための新しい規範となっています。
エネルギー危機は、水素エネルギーの開発と利用の探求の道を切り開きました。
代替エネルギーとしての水素エネルギーが人々の視野に入ってきたのは1970年代に遡ります。当時、中東戦争が世界的な石油危機を引き起こした。石油の輸入依存から脱却するため、米国はまず「水素経済」という概念を提唱し、将来的には水素が石油に代わって世界の交通を支える主要エネルギーになる可能性があると主張した。1960 年から 2000 年にかけて、水素エネルギー利用の重要なツールである燃料電池は急速に発展し、航空宇宙、発電、輸送への応用により、二次エネルギー源としての水素エネルギーの実現可能性が十分に証明されました。水素エネルギー産業は 2010 年頃に低迷期に入りました。しかし、2014年にトヨタが「未来の」燃料電池車を発売すると、さらなる水素ブームが巻き起こった。その後、多くの国が、水素エネルギーと燃料電池産業の発展を促進するために、主に発電と輸送に焦点を当てた水素エネルギー開発の戦略的ルートを次々と発表しました。 EUは2020年にEU水素エネルギー戦略を発表し、産業、輸送、発電、その他あらゆる分野の用途での水素エネルギーの促進を目指した。 2020年に米国は「水素エネルギー計画開発計画」を発表し、多くの重要な技術的および経済的指標を策定し、水素エネルギー産業チェーンの市場リーダーになることが期待されています。これまで、世界経済の75％を占める国々が水素エネルギー開発政策を打ち出し、水素エネルギーの開発を積極的に推進してきました。
先進国と比較すると、我が国の水素エネルギー産業はまだ発展の初期段階にあります。近年、我が国は水素エネルギー産業に一層の注目を集めています。2019年3月には、水素エネルギーが初めて「政府活動報告書」に記載され、充電や水素化などの公的領域での施設の建設が加速した。エネルギーカテゴリに含まれます。 2020年9月、財務省、工業情報化省など5部門が共同で燃料電池車の実証申請を実施し、燃料電池車の主要コア技術の産業化と実証申請に対して適格都市集積地に報奨金を与える。 ; 2021年10月、中国共産党中央委員会と国務院は、水素エネルギーのチェーン全体の開発を調整するために、「新しい開発コンセプトを完全に正確に実施し、炭素中和で良い仕事をすることに関する意見」を発表した。 「生産-保管-送信-使用」; 2022年3月、国家発展改革委員会は「水素エネルギー産業発展のための中長期計画（2021～2035年）」を発表し、水素エネルギーは将来の国家エネルギーシステムの重要な部分として認識され、エネルギーを使用する端末のグリーン化と低炭素化を実現する鍵となります。重要なキャリアである水素エネルギー産業は、戦略的な新興産業であり、将来の産業の主要な発展方向であると認識されています。
近年、我が国の水素エネルギー産業は急速に発展しており、基本的には水素の製造、貯蔵、輸送、利用のチェーン全体をカバーしています。
水素エネルギー産業チェーンの上流は水素の生産です。私の国は世界最大の水素生産国であり、水素生産能力は約3,300万トンです。製造プロセスの炭素排出原単位に応じて、水素は「灰色の水素」、「青色の水素」、「緑色の水素」に分類されます。グレー水素とは、化石燃料を燃やして生成される水素のことで、製造過程で大量の二酸化炭素が排出されます。青色の水素は灰色の水素をベースにしており、炭素回収・貯蔵技術を適用して低炭素水素の生産を実現します。グリーン水素は、太陽エネルギーや風力などの再生可能エネルギーを利用して水を電気分解して水素を製造するもので、水素製造の過程で二酸化炭素を排出しません。現在、我が国の水素生産は石炭ベースの水素生産が大半を占めており、約80％を占めています。今後、再生可能エネルギーの発電コストの低下に伴い、グリーン水素の割合は年々増加し、2050年には70％に達すると予想されています。
水素エネルギー産業チェーンの中流は、水素の貯蔵と輸送です。高圧ガス貯蔵・輸送技術は実用化されており、最も広範な水素エネルギー貯蔵・輸送方法である。ロングチューブトレーラーは輸送柔軟性が高く、短距離・少量の水素輸送に適しています。液体水素貯蔵と固体水素貯蔵は圧力容器を必要とせず、輸送も便利であるため、将来の大規模な水素エネルギー貯蔵と輸送の方向性である。
水素エネルギー産業チェーンの下流は、水素の包括的な応用です。工業用原料として、水素は石油、化学、冶金、エレクトロニクス、医療などの分野で広く使用できます。さらに、水素は、水素燃料電池や水素内燃機関を通じて電気と熱に変換することもできます。 、社会的生産と生活のあらゆる側面をカバーできます。2060年までに、我が国の水素エネルギー需要は1億3,000万トンに達すると見込まれており、そのうち産業用需要が約60％を占め、輸送部門は年々31％に拡大すると見込まれています。
水素エネルギーの開発と利用は、深刻なエネルギー革命を引き起こしています。
水素エネルギーは、輸送、産業、建設、電力などの多くの分野で幅広い応用の可能性があります。
輸送分野では、長距離道路輸送、鉄道、航空、海運において、水素エネルギーは炭素排出量削減のための重要な燃料の一つと考えられています。現段階では、我が国は水素燃料電池バスと大型トラックが主力であり、その数は6,000台を超えています。対応する支援インフラの点で、我が国は250以上の水素ステーションを建設しており、これは世界の約40％を占め、世界第1位となっています。北京冬季オリンピック組織委員会が発表したデータによると、今回の冬季オリンピックでは、30以上の水素ステーションを備えた1,000台以上の水素燃料電池車の運行がデモンストレーションされる予定で、これは中国における燃料電池車のデモンストレーション用途としては最大規模となる。世界。
現在、我が国において水素エネルギー利用の最も大きな割合を占めている分野は産業分野である。水素エネルギーは、エネルギー燃料としての特性に加えて、重要な工業原料でもあります。水素は還元剤としてコークスや天然ガスの代わりに使用でき、製鉄や製鋼プロセスでの炭素排出のほとんどを排除できます。再生可能エネルギーと電気を利用して水を電気分解して水素を生成し、アンモニアやメタノールなどの化学製品を合成することは、化学産業における大幅な炭素削減と排出削減につながります。
水素エネルギーと建物の統合は、近年登場したグリーンビルディングの新しい概念です。建設分野は多くの電力エネルギーや熱エネルギーを消費する分野であり、運輸分野、工業分野と並んで我が国の三大エネルギー消費家庭に挙げられています。水素燃料電池の純粋な発電効率はわずか約 50% ですが、熱と電力を合わせた全体効率は 85% に達することがあります。水素燃料電池は建物用の電気を生成する一方で、廃熱は暖房や温水として回収できます。ビルターミナルへの水素輸送に関しては、比較的完全な家庭用天然ガスパイプラインネットワークを活用して、水素を天然ガスと20％未満の割合で混合し、数千世帯に輸送することが可能です。2050 年には、世界の建物暖房の 10% と建物エネルギーの 8% が水素によって供給され、二酸化炭素排出量が年間 7 億トン削減されると推定されています。
電気の分野では、再生可能エネルギーは不安定であるため、水素エネルギーは、電気-水素-電気変換による新しいエネルギー貯蔵の形態となる可能性があります。電力消費量が少ない時期には、余剰の再生可能エネルギーで水を電気分解して水素を生成し、高圧気体、低温液体、有機液体、または固体物質の形で貯蔵します。電力消費のピーク時には、貯蔵された水素が燃料電池または水素タービンユニットを通過して発電され、公共送電網に供給されます。水素エネルギー貯蔵の貯蔵規模は最大100万キロワットと大きくなり、貯蔵時間も長くなります。太陽光、風力、水資源の出力差に応じた季節貯蔵が実現できます。2019年8月、我が国初のメガワット規模の水素エネルギー貯蔵プロジェクトが安徽省鹿安市で開始され、2022年の発電用送電網への接続に成功した。
同時に、電気と水素のカップリングは、我が国の近代的なエネルギーシステムの構築においても重要な役割を果たすでしょう。
クリーンで低炭素の観点から見ると、大規模電化は我が国の多くの分野で二酸化炭素削減に向けた強力な手段であり、例えば運輸分野では電気自動車が燃料車に置き換わったり、建設分野では電気暖房が従来のボイラー暖房に取って代わったりする。 。しかし、直接電化による炭素削減の達成が難しい産業も依然として存在します。最も困難な業界には、鉄鋼、化学、道路運送、海運、航空が含まれます。水素エネルギーは、エネルギー燃料と産業原料の二面性を有しており、深層脱炭素化が困難な上記の分野において重要な役割を果たし得る。
安全性と効率の観点から見ると、第一に、水素エネルギーは再生可能エネルギーのより高いシェアの開発を促進し、我が国の石油とガスの輸入への依存を効果的に減らすことができます。私の国の地域的なエネルギー供給と消費のバランス。さらに、再生可能エネルギーの電気料金の削減により、グリーン電力とグリーン水素エネルギーの経済性が向上し、広く一般に受け入れられ、使用されるようになるでしょう。水素エネルギーと電気は、エネルギーハブとして、熱エネルギー、冷エネルギー、燃料などのさまざまなエネルギー源を簡単に結合して、相互接続された現代のエネルギーネットワークを確立し、回復力の高いエネルギー供給システムを形成し、エネルギー供給システムの効率、経済性、安全性を向上させます。
我が国の水素エネルギー産業の発展は依然として課題に直面している
低コストかつ低排出のグリーン水素の製造は、水素エネルギー産業が直面する重要な課題の 1 つです。新たな炭素排出を加えないことを前提として、水素源の問題を解決することが水素エネルギー産業の発展の前提である。化石エネルギーによる水素製造と工業副産物による水素製造は成熟しており、コスト効率が高く、短期的には主要な水素源であり続けるでしょう。しかし、化石エネルギーの埋蔵量は限られており、水素製造プロセスにおける炭素排出問題は依然として存在します。工業副生水素の生産量は限られており、供給放射距離も短い。
長期的には、水の電気分解による水素製造は、再生可能エネルギーと組み合わせるのが容易で、大規模化の可能性があり、よりクリーンで持続可能であり、最も可能性のあるグリーン水素供給方法です。現在、我が国のアルカリ電解技術は国際水準に近く、商業電解分野では主流の技術となっているが、将来的にはコスト削減の余地は限られている。現在、水素製造用の水の固体高分子交換膜電気分解は高価であり、キーデバイスの現地化度は年々高まっています。固体酸化物電解は国際的には商業化に近づいていますが、国内ではまだ追い上げの段階にあります。
私の国の水素エネルギー産業チェーンの供給システムはまだ完成しておらず、大規模な商業利用までにはまだギャップがあります。私の国には200以上の水素化ステーションが建設されていますが、そのほとんどは35MPaのガス状水素化ステーションであり、より大きな水素貯蔵容量を備えた70MPaの高圧ガス状水素化ステーションは小さな割合を占めています。液体水素燃料補給ステーションおよび統合型水素製造・水素化ステーションの建設と運営における経験が不足している。現在、水素の輸送は高圧ガスの長管トレーラー輸送が主流であり、パイプライン輸送は依然として弱点となっている。現在、水素パイプラインの走行距離は約400キロメートルで、使用中のパイプラインはわずか約100キロメートルに過ぎない。パイプライン輸送では、水素の流出による水素脆化の可能性にも直面しています。将来的には、パイプライン材料の化学的および機械的特性をさらに改善する必要があります。液体水素貯蔵技術や金属水素化物水素貯蔵技術は大きく進歩しているが、水素貯蔵密度、安全性、コストのバランスはまだ解決しておらず、大規模な商業利用には依然として一定のギャップがある。
専門的な政策体系や多部門・多分野の調整・協力メカニズムはまだ完全ではない。「水素エネルギー産業発展中長期計画（2021～2035年）」は国家レベルでの初の水素エネルギー発展計画であるが、特別計画と政策体系はまだ改善の必要がある。今後は産業発展の方向性、目標、優先順位をさらに明確にする必要がある。水素エネルギー産業チェーンには、さまざまな技術と産業分野が関与しています。現状では、分野を超えた連携や部門を越えた調整機構が不十分であるなどの課題が依然として残っています。例えば、水素ステーションの建設には、資本、技術、インフラ、有害化学物質の管理など多部門の協力が必要です。現時点では、所轄官庁が不明瞭で承認が難しいなどの問題があり、水素の性質は未だに有害化学物質に過ぎず、業界の発展に深刻な脅威となっている。大きな制約。
私たちは、テクノロジー、プラットフォーム、人材が我が国の水素エネルギー産業の発展を支える成長ポイントであると信じています。
まずは、主要なコア技術の継続的なレベル向上が必要です。技術革新は水素エネルギー産業の発展の中核です。今後も我が国は、グリーンかつ低炭素の水素エネルギーの生産、貯蔵、輸送、利用における主要な中核技術の研究開発を推進していく予定です。固体高分子型燃料電池の技術革新を加速し、主要材料を開発し、主要性能指標と量産能力を向上させ、燃料電池の信頼性、安定性、耐久性を継続的に向上させる。コアコンポーネントや主要機器の研究開発・製造の推進に努めます。再生可能エネルギーの水素製造変換効率の向上と単一装置による水素製造規模の向上を加速し、水素エネルギーインフラ連携における主要コア技術のブレークスルーを実現する。水素エネルギーの安全性に関する基本法則の研究を継続する。先進的な水素エネルギー技術、主要機器、実証応用、主要製品の産業化を引き続き推進し、水素エネルギー産業のための高品質な開発技術システムを構築する。
第二に、産業イノベーション支援プラットフォームの構築に注力しなければなりません。水素エネルギー産業の発展は、主要分野と主要なリンクに焦点を当て、マルチレベルで多様なイノベーションプラットフォームを構築する必要がある。大学、研究機関、企業が主要研究所や最先端の横断研究プラットフォームの構築を加速し、水素エネルギー応用の基礎研究や最先端技術研究を実施できるよう支援する。2022 年の初めに、国家発展改革委員会と教育部は「華北電力大学の国家エネルギー貯蔵技術産業・教育統合イノベーションプラットフォームプロジェクトに関する実現可能性調査報告書の承認」を発行しました。電力大学国家エネルギー貯蔵技術産業教育統合イノベーションプラットフォームプロジェクトが正式に承認され、「指揮」を受ける最初の大学群となった。その後、華北電力大学水素エネルギー技術革新センターが正式に設立された。イノベーションプラットフォームとイノベーションセンターは、電気化学エネルギー貯蔵、水素エネルギーおよび送電網におけるその応用技術の分野の技術研究に重点を置き、国家の水素エネルギー産業の発展を積極的に推進している。
第三に、水素エネルギー専門家チームの構築を推進する必要がある。水素エネルギー産業の技術レベルと規模は進歩を続けています。しかし、水素エネルギー業界は人材チームの大きなギャップ、特にハイレベルの革新的人材の深刻な不足に直面しています。数日前、華北電力大学が宣言した「水素エネルギー科学と工学」専攻が、一般大学の学部専攻のカタログに正式に掲載され、「水素エネルギー科学と工学」分野も正式に登録されました。新しい学際的な科目。本専攻は、電力工学、工学熱物理学、化学工学等の分野を核として、水素製造、水素貯蔵・輸送、水素安全性、水素電力等の水素エネルギーモジュール科目を有機的に統合し、総合的な学際的基礎・学際的教育を実施します。応用研究。これは、我が国のエネルギー構造の安全な移行の実現と、我が国の水素エネルギー産業およびエネルギー産業の発展を実現するために、有利な人材支援を提供するものです。
投稿日時: 2022 年 5 月 16 日