东芝探索“完美能源”：以可再生能源制取绿氢，全程零碳排
“百年老店”、多元化电子电气产品制造商日本东芝集团（Toshiba）正在全力布局有“未来能源”之称的氢能，并将大规模可再生能源制取“绿氢”视为低碳能源时代的完美解决方案。
近日在上海举行的第三届中国国际进口博览会期间，东芝多位高管对澎湃新闻表示，除了已提出“氢能源 社会 ”愿景的日本本土之外，东芝非常看好氢能在中国的发展前景。
放眼全球，日本是近年来最热衷于发展氢能的国家之一。日本“氢能基本战略”提出，到2030年要确立国内可再生能源制氢技术，构建国际氢能供应链，长期目标是利用碳捕获（CCS）技术实现平价化石燃料的脱碳制氢和可再生能源制氢。对于能源自给率低的日本而言，用零碳排的可再生能源来制取清洁高效、较易储运的氢能，无疑是“后福岛时代”得以兼顾能源安全和碳中和目标的理想选择。
日本能源转型历程
“东芝早在50年前就已经开始做氢能方面的技术研发，进行相关技术储备。我们在40年前推向市场的产品，已经有氢能利用的影子。”负责氢能业务的东芝（中国）有限公司营业总监张童对澎湃新闻表示，早年东芝的制氢路线是烃类醇类重整制氢。但在零碳理念下，该公司内部近十年间全面提升氢能体系，东芝燃料电池体系全部是纯氢燃料电池。
据介绍，东芝的纯氢能燃料电池系统H2Rex已累计在日本国内交付100台以上。这种100kW的模块化单元可根据需求灵活组合，启动时间不到5分钟，高效将管道或气罐中的氢气转化为电能和热能。
东芝的纯氢能燃料电池系统H2Rex累计在日本交付100台以上
典型场景如东芝的新氢能综合应用中心，利用太阳能电解水制备氢气，并直接将其应用在东芝的日本府中工厂的燃料电池物流叉车上。这样，不但燃料电池物流叉车在运转时不排放二氧化碳，而且，因为使用了通过可再生能源制取的氢气作为燃料，从制氢到氢利用的全程实现了零碳排。
当突发灾难时，这套小型分布式能源亦可大显身手，作为一条生命线为300名受灾群众提供一周的电力和热水供应。
纯氢固然样样好，但目前在全球范围内仍受居高不下的成本所困。据澎湃新闻了解，上述在日本落地的东芝纯氢燃料电池系统均为有日本政府政策支持的项目。
张童表示，全球可再生能源快速发展，但风电、光伏始终存在间歇性问题。尤其在中国，风电、光伏装机的迅猛增长对电网调峰要求巨大，弃风、弃电的问题屡见不鲜。若将这部分电力转换成氢能储存起来，在需要时再调取，就是一个最理想的结合。“可再生能源与电解质制氢技术结合起来，制出来的氢完全是绿色的。”
他认为，在该领域，东芝的所长是对电力系统、电子设备、控制系统的深入了解和对氢的长期技术积累，目前正在与多家上游制氢企业探讨合作。在氢能起步阶段，东芝呼吁政府对全行业予以政策支持，鼓励更多企业参与氢能产业链的完善，并尽早明确氢使用的法律法规。在这些前提下，氢能成本才能随着规模化效应快速下降。
氢能成本的下降有赖于一个足够大且高速成长的下游市场。东芝正在推动纯氢能燃料电池系统H2Rex尽早应用于中国市场，使其成本上尽早符合中国市场潜在的需求，并联合中国合作伙伴一起开拓市场。
实际上，东芝对于“终极能源解决方案”的认识，在日本福岛核事故之后出现了彻底的转变。东芝曾是全球核能领域的重要参与者，旗下拥有 历史 战绩辉煌的美国西屋电气公司。但由于2011年福岛核事故后全球核电建设放缓、建造成本陡增、西屋电气申请破产保护等原因，东芝最终选择剥离核电资产。
今年10月，日本首相菅义伟在临时国会上发表施政演说时宣布，日本将争取在2050年实现温室气体净零排放。这标志着作为全球第三大经济体和第五大碳排放国的日本在气候议题上的立场发生巨大转变。目前，日本的温室气体排放中有至少80%来自能源领域。
“二氧化碳零排放并不是最近才有的呼声，很早以前大家就在进行与此相关的探讨。”东芝中国总代表宫崎洋一对澎湃新闻说道，福岛核事故改变了全球的碳减排思路。2011年之前，日本、欧洲都将低碳发电目标寄希望于核能，但福岛事故后由于安全标准升级、核能发电成本陡增，欧洲主要国家纷纷选择弃核。
宫崎洋一称，除了重点业务氢能之外，目前东芝还有其他颇具竞争力的能源业务和碳捕捉技术，可以根据不同地区的特征进行灵活组合。具体而言，在水电领域，东芝的实际供货数量和技术实力处于全球第一梯队，已经向44个国家及地区累计供货2300多台水轮机和1800多台发电机；光伏领域，东芝的工业用光伏发电系统在日本有2700处应用，住宅用光伏发电系统在日本为10万户以上客户使用；地热领域，东芝已向全球提供累计达3.7GW的地热发电设备，以设备容量计处于全球第一。
福岛氢能研究基地（FH2R）
在日本国立的新能源产业技术综合开发机构（NEDO）牵头下，东芝与另外两家日本企业合作的福岛氢能研究基地（FH2R）已于今年2月底建成。
FH2R系统概览
该项目建有全球最大的利用可再生能源的10MW级制氢装置，正在验证清洁低成本的制氢技术。这里产生的氢气不仅用来平衡电力系统，还为固定的氢燃料电池系统、移动的氢燃料车等提供动力。
校对：刘威
水电解制氢有上百年的历史了，是一个成熟的技术。目前水电解制氢的最大挑战是能耗，目前获得1标准立方氢气的综合电耗在5.2-6度，所以水电解制氢是所有制氢中成本最高的。由于电解水的主要成本由电价决定，所以电价是制约发展的主要因素。目前最好的办法是利用可再生能源的来制氢，把电网无法消纳的电来制氢，这样电的成本就很低，制得的氢气作为能源使用，整个过程没有碳排放。
第二个制约的因素是设备成本，大型水电解制氢设备的成本相对于其他方式也偏高。
第三个因素是设备大型化，目前能制造出来的单台最大为1000立方，应用于能源来说还是太小。设备大型化后可以降低设备制造成本。
其他的因素就是市场应用，水电解在氢气作为能源前只有用于特殊工业应用，没有市场支撑导致技术研发进步缓慢，单体制造成本下降困难。
水电解的优点是，技术成熟，工艺简单，气体纯度高，是目前唯一一种能与可再生能源衔接制氢方式。
因为直接用可再生能源发电导致电网的调峰压力非常大，巨大。弃风弃光弃水问题很严重。储能是提高电网调节能力的最佳手段之一。目前应用最多的是抽水蓄能，其次也有储热、电化学电池、压缩空气的各种技术路线。
本质上电制氢也是储能的一种。在电网下调峰能力不足的时候（即出现弃电的时候），将弃电部分用来制氢，或者在夜间负荷低的时候，用低价电制氢，在需要的时候，不管是发电还是直接燃烧，取用储存的能量。
用氢作为能源发电，两步过程中能量难免会有损失，但是其实仔细琢磨一下，还是可行的，主要是得采用廉价易得的电能来电解之制氢，像大规模的太阳能、风能都是很好的清洁能源。
提高电解制氢的效率后，能量从太阳能转移到氢能源里。由于氢气能量密度大，移动性好，不受天气影响，所以用氢气作为汽车的驱动能源还是很不错的选择，清洁环保。这其中最主要的还是得提高制氢的效率和氢转化为电和动力的效率。
可再生能源制氢的用处
可再生能源制氢有它的优势，采用了可再生能源，以风光水等等可再生能源为载体，以氢气作为一个二次能源的载体，在能源转型中可以和电力互为补充，以实现工业、建筑、电力、交通运输等产业互联。
目前广泛使用的氢源主来自化石燃料、电解水和化工副产氢。此外，生物质制氢、核能制氢和光催化制氢正在研究，还没达到工业化应用的水平。可再生能源制氢只能选择电解水制氢，化石燃料制氢和化工副产氢都是有碳排放的。
作为氢能行业的先行者，北京亿华通科技有限公司已形成自主研发氢燃料电池发动机，完成国家技术目标，达到国际先进水平。2019年，加入国际氢能委员会，多次参与国际事务。在最高级别演示和操作重大活动，为主流商用车公司的燃料电池实验室提供完整的支持解决方案。上市时，亿华通被资本市场称为“中国首个氢能股”。据了解，上市首日最高每股261.11元，涨幅240.65%，市值112亿元。
拓展资料：
1、随着人们对低碳减排要求的不断提高，绿色制氢技术受到了广泛关注。在众多氢源解决方案中，利用可再生能源通过电解水生产氢气的过程碳排放量最低。氢在储能、化工、冶金、分布式发电等领域的推广应用已成为控制温室气体排放、减缓全球气温上升的有效途径之一。坚持氢能绿色利用的初衷，积极发展以质子交换膜电解水制氢为代表的绿色制氢技术，实现可再生能源的整合与发展。
2、近日，中国工程院易宝莲院士科研团队在《中国工程科学》杂志上撰文，结合氢能需求与规划进展、电解制氢示范项目现状，重点分析了电解制氢技术。包括技术分类、碱性水制氢的应用和质子交换膜电解水制氢。文章认为，提高电催化剂的活性，提高催化剂在膜电极中的利用率，改进双极板的表面处理工艺，优化电解槽结构有助于提高质子交换膜电解槽的性能，降低设备成本；质子交换膜电解水制氢技术具有工作电流密度高、能耗低、制氢压力高、适应可再生能源发电的波动性特点，且易于与可再生能源消耗相结合。这是一种通过电解水制氢的合适溶液。
氢能是一种清洁能源，可以应用到能源、交通、建筑、工业等多个领域，按照氢的制取工艺的不同，主要是生产来源和生产过程中的碳排放不同，人们将氢能分别称为灰氢、蓝氢和绿氢。
灰氢和蓝氢都是利用天然气作为原料，生产过程相同，都会产生二氧化碳，只是当二氧化碳直接排放时，这个过程生产的氢气就称作灰氢，如果对产生的二氧化碳进行回收，那么生产出来的氢气就称作蓝氢。
绿氢就是通过可再生能源电力来电解水的方式，只产生氢气和氧气，没有二氧化碳排放，所以称作绿氢。
目前的制氢过程几乎都是天然气生产的灰氢，绿氢的占比还不高，所以，尽管氢是清洁能源，但由于生产过程有很高的碳排放，所以并不是碳中和背景下得很好的替代能源，应该说，绿氢才是未来所需的真正意义上的清洁能源。
电解水制氢气是通过电能给水提供能量，破坏水分子的氢氧键来制取氢气，制取效率一般在 75%-85%，每立方米氢气电耗为 4-5 kWh，电费占整个水电解制氢生产费用的80%左右，成本高导致电解水制氢的竞争力不高，因此水电解制氢成本的关键在于耗能问题。
如果一项新技术，比如通过电解氨水来制取绿氢，所需电力仅为电解水方法的三分之一，那就意味着降低了能耗，也就降低了成本，提高了绿氢的竞争力，可以扩大其应用范围。
最后，还要说一下氢能的运输，由于氢的储能密度很低，所以，如果以氢的形式运输能源就会比运输化石燃料还要贵，所以目前储运难也是制约氢能发展的瓶颈之一。
氨比氢更容易液化，在同等条件、标准大气压下，液氨在-33℃就能够实现液化运输，但如果直接运输液氢温度则需要降至-253℃左右。所以，氨可以作为氢的运输载体，解决储运难题。
导语： “双碳”目标下，发展清洁能源是保障我国能源安全的根本之道。氢能是全球公认的低碳、零排放能源。随着《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》的出台，各地正积极谋划氢能产业的布局。本文对氢能产业链进行梳理分析，为各地政府的氢能产业招商和布局，以及有意向布局氢能业务的企业提供参考。
氢能产业的发展概况
氢能是指氢在物理与化学变化过程中释放的能量，可用于储能、发电、各种交通工具用燃料、家用燃料等。我国是世界上最大的制氢国，年制氢产量约 3300万吨，其中，达到工业氢气质量标准的约 1200 万吨。可再生能源装机量全球第一，在清洁低碳的氢能供给上具有巨大潜力。目前，国内氢能产业呈现积极发展态势，已初步掌握氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺，在部分区域实现燃料电池 汽车 小规模示范应用。
从全国各地布局看，长三角、珠三角、环渤海和川渝鄂四个氢能产业集聚区正在形成。据不完全统计，全国有超过25个氢能主题园区。其中北京、上海、武汉、佛山四个城市具备较雄厚的产业基础。
氢能产业链的基本构成
氢能产业链条长，技术密集。其整体可以分为氢能制取、氢能储运、氢能应用三大环节。包括上游氢能制造，中游氢能储存运输，下游交通领域、储能领域、工业领域应用。其中，制氢技术和基础设施是氢能产业发展的基础与核心（如：加氢站建设、燃料电池研发与制造等）。
制氢技术方面： 我国现阶段氢能生产有化石能源、工业副产氢、可再生能源电解制氢等。其中，化石能源制氢以煤、天然气为原材料，其技术成熟、成本相对低，但制氢气过程存在碳排放问题，且存在有硫、磷等危害性杂质；工业副产氢以焦炉煤气、氯碱尾气等工业副产提纯制氢，目前无法作为大规模集中化的氢能供应来源；可再生能源电解制氢的电解水制氢，因成本较高，尚未实现规模化应用。除此之外，生物质制氢、太阳能光催化分解水制氢、核能制氢等技术处于试验和开发阶段。
氢能储运分为储氢技术、加氢站两个方面： 储氢技术从纵向看分为气态储氢、液态储氢、固态储氢三种。从横向看分为物理储氢、化学储氢、吸附储氢。气态储氢技术成熟，是较长时间内的主流储氢方式，其中高压气态储氢最为成熟。液态储氢分为低温液态储氢、有机液态储氢，目前只在航天领域应用。固态储氢是利用固体对氢气的物理吸附或化学反应作用，将氢气储存于固体材料中。在国内，固态储氢已在分布式发电中得到示范应用；加氢站主要包括站内制氢技术和外供氢技术，三大核心设备有压缩机、储氢瓶、加氢机。
氢能应用方面： 主要包括氢燃料电池、交通领域、工业及能源领域、建筑领域。氢燃料电池与锂电池不同，其本质是一种电化学反应发电装置，拥有较高的经济效应，且无有害气体排放与噪声污染；交通领域方面，氢燃料车分为氢内燃机 汽车 、氢燃料电池车两种。目前我国遵循“氢燃料电池商用车先发展、氢燃料电池车乘用车后发展”的特点。2020年销售的氢燃料电池 汽车 公交客车、公路客车等客车占比达90.3%，物流车、牵引车等货车占比9.7%；工业及能源领域，主要包括氢能冶金、天然气掺氢、固定式电源/电站等；建筑领域主要为微型热电连供。
重点上市企业概况及布局动向
据不完全统计，氢能全产业链规模以上工业企业超过 300 家。国内主要从事制氢的上市公司有华东能源、华昌化工、宝丰能源等。从事储氢、加氢站的上市包括厚普股份、中材 科技 等。
此外，在燃料电池系统装机市场处于寡头竞争格局。亿华通、潍柴动力、爱德曼、国鸿重塑、 探索 汽车 为国内燃料电池系统装机市场的TOP 5，市占率综合接近7成。
氢能产业部分上市企业概况
氢能产业部分上市企业布局动向
附：氢能发展规划政策
关于合作
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