能源利用

7月3日，河北省康保至曹妃甸氢气管道工程启动勘察设计。这条管道预计全长972.7千米，管径813毫米，最大年输量约为130万吨绿氢。这条管道将内蒙古等地区生产的绿氢输送至北京市和唐山市，以满足两地的氢气需求，将有效解决环境污染问题，满足节能减排的需要。

氢气运输不同于煤和天然气运输。“北煤南运”和“西气东输”，人们都已耳熟能详。这些在国家层面推动的宏伟工程主要解决我国能源分配不均的问题，通过“快递到家”的方式把煤和天然气运送到“缺煤”和“缺气”的地区，使祖国各地都能享受到同样高品质的资源。但上述工程的“快递物品”，从能源的角度来看还不是“绿色”的，因为煤和天然气在使用过程中都会产生二氧化碳。

相对于煤、石油、天然气等传统能源来说，氢气在使用过程中能实现“无味无毒”，在被用作能源使用后只产生水，能够完全做到“零排放”。当前，氢气在生产过程中根据排放程度分为灰氢、蓝氢和绿氢。

灰氢是指通过化石燃料来制取的氢气，当前我国氢气制取主要来源于这种方式。焦炭和氯碱在正常的生产过程中便会产生氢气，如果不将它收集起来，这些氢气就会被浪费掉，因此对焦炭和氯碱行业的废气进行分离提纯便会得到氢气。这种收集氢气的方式也被称作“工业副产氢”。

蓝氢是在灰氢生产过程中经碳捕获与储存技术处理后的低碳制氢。而绿氢是通过电解工序产生氢气，利用可再生能源，如风能、太阳能、电能等，在生产过程中可实现零碳排放，但经济成本很高。

从这几种氢气的定义来看，只有绿氢是真正能够实现在生产和使用过程中全程“零排放”，但它需要依赖风能和太阳能等可再生能源，而我国的风能和太阳能主要分布在广袤的西部地区。当前，在新疆和内蒙古等地已建设了一批光伏风电绿氢制取项目，将西部的绿氢运送到我国东部的经济发达地区，这便是“西氢东送”示范工程。

之所以被称为“示范工程”，是因为该工程刚刚启动小范围建设，起点位于内蒙古自治区乌兰察布市，在该市制取绿氢，再通过400多千米的输氢管道最终运送到位于北京市房山区的燕山石化。这是我国首条跨省区、大规模、长距离的纯氢输送管道。若干年后，这条输氢管道可能会继续延伸，在西侧可延伸至我国西部更多的绿氢制取基地，在东部可延伸至我国更多的经济发展腹地。

未来，我们也许会像打开家中灶具使用天然气一样，更加方便地使用来自我国西部地区的氢气。这些氢气将会被运送到东部地区的各个加氢站，将为城市中数万辆的氢燃料电池汽车提供能源，未来城市中将摆脱难闻的汽车尾气；在钢铁、化工、石化等大型工厂中，氢气将逐步代替煤炭等化石能源，实现工业生产的低碳排放；氢气有可能作为城市发电的主要能源，取代一座座燃煤发电厂和天然气发电厂。

“西氢东送”建设过程中也面临很多难题：要实现高效运输就需要提高管道压力，但我国当前缺少建设如此高压力管道的经验；氢气不同于天然气，它产生的“氢脆”现象可以使材料突然断裂，造成严重的事故和损失，因此在设计材料时需要充分防范“氢脆”带来的风险；氢气是一种易燃易爆的气体，若在输送过程中出现泄漏，至密闭空间遇到火花极易发生爆炸。

当年启动横贯9个省区、全长4200千米的“西气东输”工程，建设中也遇到多种困难。但经过20年的建设，如今它成为我国西部开发的标志性工程。当前，我国“西氢东送”工程正在建设，未来随着氢能源扩大应用，建设里程逐步增加，将成为我国另一项重要的资源跨区域调配工程。

（作者系北科科普宣讲团成员，北京市科学技术研究院智能装备研究所工程师）

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