我国应加快探索氢能农业探索发展,
氢能企业报告,氢能产业链详解,东方氢能主业 党的二十大报告强调，推动绿色发展，促进人与自然和谐共生。其中一项关键任务，就是要积极稳妥推进碳达峰碳中和。在“双碳”承诺下，如何构建人与自然和谐共生的中国式现代化，尤其是如何实现清洁绿色，成为了一个现实且迫切的问题。近年来在能源危机、气候危机和环境污染的交织影响下，国际上掀起了“氢能”清洁能源开发利用热潮，为解决这一问题提供了一个备选答案。
在人类发现电能之前，人类社会的能源供应以含能体能源为主，特别是化石燃料。随着电力设备的发展和普及，人类对电能的运用越来越成熟，电能成为人类生活不可缺少的一部分，但电能的产生是以燃烧化石燃料的火力发电和风光水核等清洁发电共同构成。在能源危机、气候危机和环境污染的交织影响下，人类推动能源结构转型势在必行。在人类探索新型清洁能源的过程中，氢能以其独特的优势成为21世纪最具发展潜力的清洁能源。
具体来说，开发利用氢能有多项优点：一是绿色环保。化石燃料供能会产生温室气体及其他污染物，氢气与氧气反应只产生水。二是燃烧热值高。除核燃料外，氢的燃烧热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，是汽油的3倍，焦炭的4.5倍。三是来源广泛、储量丰富。氢是宇宙中最丰富的元素，在自然界中主要以化合物的形态贮存在水中，而水在地球上含量丰富，从这个意义上来说，氢气比化石燃料更可持续发展。四是运输方便。氢是元素周期表中的第一个元素，在所有元素中重量最轻，因此可以有效减轻燃料自重，增加运载工具有效载荷，降低运输成本。
当然，开发利用氢能仍然面临两大难题：一是制氢的清洁化。氢的制取目前主要采取灰氢、蓝氢、绿氢三种方式。灰氢是指通过以煤炭、天然气为代表的化石能源重整制氢；蓝氢是指通过以焦炉煤气、氯碱尾气为代表的工业副产物提纯制氢；绿氢是指通过以电解水制氢为代表的可再生能源制氢。化石能源制氢、工业副产氢存在碳排放量高、氢气纯度低等缺陷，电解水制氢是最理想的制氢方式，但面临着成本高的问题。不过随着光电和风电的日益成熟，“清洁电力”+“电力制氢”的能源生产方式将对世界能源结构体系带来巨大影响。二是储氢的民用商业化。氢的储存主要有四种形态：高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢和固体材料储氢。高压气态储氢主要通过储氢瓶或储氢罐存储气氢，成本较低，但技术装备安全风险较高，不利于民用商业化；低温液态储氢成本较高，主要应用在军工及航天领域；另外两种储氢形态更有利于民用，但工业技术尚不成熟。
在全球应对气候变化的进程中，实现能源体系的脱碳化发展是关键。氢能正以前所未有的势头蓬勃发展，成为全球低碳发展最重要能源载体潜力。世界各国对氢能的重视程度空前，相继出台氢能国家战略。欧美日韩等20多个主要经济体已明确将发展氢能上升到国家能源战略层面，相继制定明确的时间表和路线年，制定氢能战略国家GDP总和将超过全球总量的80%[1]。2022年3月，我国国家发改委与国家能源局也正式发布了《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》，将氢气能源正式纳入国家能源战略。
随着农业清洁绿色可持续发展要求不断提升，氢气能源在农业领域应用前景广阔，最直接的创新是氢能农机的探索。随着中国农业机械化程度逐年提高，农用机械的使用量大幅上升。农业机械的使用显著提高了农业的生产效率，但同时也由于多方原因造成了能源的过度消耗与浪费，尤其是在我国粗放的农机使用环境中，燃油消耗高不仅需要大量化石资源、增加了农业经济成本负担，还不利于实现我国的“双碳”目标。因此，探索氢能在农机中的应用，实现农机能源消耗量的降低，形成科学的农机使用环境，具有现实且迫切的重要意义。2020年6月，由国家农机装备创新中心研发的氢燃料电动拖拉机（ET504-H）在洛阳完成首发。这是中国首台5G+氢燃料电池拖拉机，但仍停留在实验研发阶段，还未实现商业化推广。
氢能在农机上的应用主要有两种方式：一种是通过氢燃料电池，另一种是通过氢燃料发动机。氢燃料电池是通过电解水的逆过程进行的，不经过燃烧直接通过化学反应将燃料的化学能转换为电能；氢燃料发动机则是用氢能替代化石燃料成为内燃机动力。
著名的农机制造商New Holland在2009年推出世界上第一款氢燃料电池拖拉机NH2[2]。它通过一个氢气罐和产生电能的燃料电池来运转，工作时几乎不产生噪音，动力仅在需要时提供，所以没有动力损失，该拖拉机于2012年在欧洲的能源独立农场投入使用。由于生产成本高昂，距离商业化生产还需要继续创新，2020年New Holland与Blue Fuel Solutions公司合作开发了一款（氢气-柴油）混合燃料拖拉机[3]。混合燃料内燃机可由普通内燃机经过部分修改制成，购买成本和运行成本都不高。该公司官网介绍，在某些情况下，混合燃料内燃机的技术甚至可以直接改装在现有的内燃机上，这意味着这种技术拥有大规模应用潜力。英国机械制造商JCB2021年10月宣布投资1亿英镑开发氢气发动机[4]，致力于大型农业机械的节能减排与脱碳机械研发，其认为相比氢气电池，氢能发电机能够更好地满足大型机械高功率和长时间续航需求，加氢与加油一样只需三五分钟，能够节省大量充电时间。目前JCB已经推出了几款氢气发动机农机产品，但时间尚短，市场接受度还需拭目以待。由于氢能基础设施并不完备，可以预见短期内推广难度仍然很大，但无疑纯氢气燃料发动机将引领未来农业机械和生产方式的巨大变革。
利用氢气能源，实现更高效能源可循环利用与清洁绿色可持续发展，是全球农业发展中最令人欣喜的前景描绘。“清洁发电”+“电力制氢”+“氢气能源”的组合，使得人类从此可以在一个完全循环的体系中，不断将近乎取之不尽、用之不竭的日光、风力等可再生资源转换为生活生产所需能源，甚至在离开地球的其他类行星上也能同样使用。
农机制造商New Holland提出了“氢能源独立农场”（Hydrogen & Energy Independent Farm）的概念，一个零排放、能源自给的新概念农场。其目标是帮助大型农企摆脱电网，而由可再生能源供能，并产生足够的绿氢替代所有的化石燃料。农民利用可再生能源（如风能、太阳能、生物质能等）产生电能，再将电能用于电解水制氢，这些氢气可存储在特定装置中或直接为氢燃料农机、发电机等供能。目前，氢能源独立农场在国外有一些案例可供分析。2021年，澳大利亚Blairfarms在同样的理念下农场实施了氢能农场改造升级。该农场主要种植谷物，位于偏远地区，远离当地电网，农场的能源消耗主要以农机和发电机为主，过去都依赖柴油供能，每年需要消耗20万美元的柴油。在将传统农场改造成氢能源独立农场的道路上，农场主决定分两步进行。第一步是引进光伏发电。将农场建筑的屋顶改造成光伏发电装置，以满足发电机的用电需要。第二步是制氢。扩大光伏发电并利用风力发电作为能源补充，通过氢燃料电池来实现生产加工机械设备动力供给。
综上所述，当前我国分布式光伏和风能发电已趋于成熟，农光互补和农风融合项目探索蓬勃发展，据不完全统计，目前全世界的农光互补项目数量已超过2200个，我国光伏农业项目达400余个，已成为全球农光互补项目总计规模最大的国家，万亿规模市场刚刚开启。我国幅员辽阔，大量农业产区远离电网干线和城镇区域，随着我国农业高质量发展不断升级，可以预见氢能农场在我国应用发展前景极其广阔，这也是助力实现我国人与自然和谐共生发展的重要路径探索。
