陳學(xué)東院士:發(fā)展氫能機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存,必須兼顧技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和對(duì)碳減排的貢獻(xiàn)

2023-11-24 14:00 來(lái)源: 財(cái)經(jīng)網(wǎng)

  11月22日,由《財(cái)經(jīng)》雜志、財(cái)經(jīng)網(wǎng)、《財(cái)經(jīng)智庫(kù)》聯(lián)合主辦的“《財(cái)經(jīng)》年會(huì)2024:預(yù)測(cè)與戰(zhàn)略”在北京舉行。中國(guó)工程院院士、國(guó)家產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)專(zhuān)家委員會(huì)主任委員、中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)副主席、國(guó)機(jī)集團(tuán)副總經(jīng)理、總工程師陳學(xué)東在會(huì)上表示,發(fā)展氫能機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存,必須兼顧技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和對(duì)碳減排的貢獻(xiàn)。“在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)制造維護(hù)條件下純氫儲(chǔ)運(yùn)裝備的安全是可以保證的,關(guān)鍵是怎么進(jìn)一步降低成本,提升經(jīng)濟(jì)性。”

  陳學(xué)東指出,電與氫都是二次能源,電能輸送方便但不易儲(chǔ)存、氫能儲(chǔ)存方便但輸送成本高。氫能是未來(lái)能源體系重要組成部分,將推動(dòng)構(gòu)建氫-電互補(bǔ)的現(xiàn)代能源供應(yīng)體系,氫和電互補(bǔ)是國(guó)際上的發(fā)展趨勢(shì)。保守估計(jì),到2050年氫能在我國(guó)終端能源消費(fèi)體系占比約10%、到2060年占比約15%,氫能產(chǎn)業(yè)未來(lái)可期。發(fā)展氫能機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。在現(xiàn)有設(shè)計(jì)制造與維護(hù)技術(shù)條件下,純氫儲(chǔ)能裝備的服役安全是可以保障的,關(guān)鍵是在于進(jìn)一步降低成本、提升技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

  以下為部分發(fā)言實(shí)錄:

  陳學(xué)東:尊敬的各位企業(yè)家,各位專(zhuān)家,各位同行,大家下午好。很高興參加《財(cái)經(jīng)》論壇。剛才各位專(zhuān)家講的是高屋建瓴的宏觀產(chǎn)業(yè)政策和突圍、挑戰(zhàn),我講的是具體的氫能儲(chǔ)運(yùn)裝備的技術(shù)進(jìn)展。隨著新能源的日新月異,現(xiàn)在大家很重視氫能源,對(duì)氫能源有不少的困惑:氫能到底安全不安全?氫能的價(jià)格能不能降下來(lái)?氫能到底扮演什么角色?我結(jié)合PPT給大家說(shuō)一說(shuō)。

  第一部分,為了應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和全球氣候變暖,全世界都在探索控制碳排放,尋求能源清潔低碳轉(zhuǎn)型。我們國(guó)家習(xí)近平總書(shū)記也很重視,總書(shū)記提出“綠水青山就是金山銀山”。二十大報(bào)告中,專(zhuān)門(mén)談到了能源轉(zhuǎn)型,談到了減污,談到了生物多樣性和積極穩(wěn)妥實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)。能源利用的減污降碳工作也是我們國(guó)家的重大戰(zhàn)略之一。

  氫能是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的重要解決方案,是戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)和未來(lái)產(chǎn)業(yè)。為什么呢?因?yàn)闅洳还苁峭ㄟ^(guò)內(nèi)燃機(jī)做功,還是在燃料電池工作中,它跟氧氣反應(yīng)只生成水,沒(méi)有二氧化碳,是碳達(dá)峰、碳減排的重要工具。但氫不是一次能源,是二次能源,產(chǎn)生氫氣的過(guò)程中如果減碳工作做的不好,后面氫雖然沒(méi)有最終的碳排放,但產(chǎn)生氫的過(guò)程中如果碳排放量很大也是不能達(dá)到減碳目的的。

  全世界把氫能作為未來(lái)的減碳產(chǎn)業(yè)。美國(guó)、日韓、歐盟早在上世紀(jì)初便開(kāi)始布局氫能產(chǎn)業(yè),他們的氫能乘用車(chē)、商用車(chē)已經(jīng)在本世紀(jì)初商業(yè)化,前提就是燃料電池技術(shù)取得了突破。現(xiàn)在美國(guó)和日本這些發(fā)達(dá)國(guó)家建立了很多這樣的路線(xiàn)圖,大致上是2028年左右把氫用到輪船上,2035年用在飛機(jī)上,現(xiàn)在波音和空客都在做以氫為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。

  最近幾年,氫能在中國(guó)也很熱,在政策驅(qū)動(dòng)和各界共同努力下我們國(guó)家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快。在長(zhǎng)三角、粵港澳和環(huán)渤海等區(qū)域已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)集群,燃料電池商用車(chē)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行示范應(yīng)用和推廣,在叉車(chē)、卡車(chē)、客車(chē)領(lǐng)域有應(yīng)用。近幾年,我們正準(zhǔn)備在內(nèi)河船舶、調(diào)峰和應(yīng)急電源、氫煉鋼、氫冶金、煉化等等方面更廣泛地應(yīng)用。2020年以來(lái),國(guó)務(wù)院辦公廳、國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委等多部門(mén)關(guān)于氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)了很多重要文件,要求形成多元的應(yīng)用生態(tài),開(kāi)展氫能應(yīng)用方面的基礎(chǔ)研究以實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)攻關(guān),支撐產(chǎn)業(yè)平臺(tái)。

  氫能產(chǎn)業(yè)鏈包括制氫、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加注和終端利用各個(gè)環(huán)節(jié)。制氫過(guò)程一般是兩個(gè)途徑,一是化石能源直接制氫,還有通過(guò)電解水制氫,兩個(gè)過(guò)程本身技術(shù)上都沒(méi)有什么難度,還是比較成熟的。而中下游的儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、用氫過(guò)程中還有很多問(wèn)題沒(méi)有解決。關(guān)鍵在于中間儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)和用氫環(huán)節(jié)是否能確保氫的安全和經(jīng)濟(jì)性。

  低碳、廉價(jià)、高純氫是發(fā)展氫能和燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的前提。我這里列了一些指標(biāo),現(xiàn)在全球氫氣產(chǎn)業(yè)量是9813萬(wàn)噸,跟碳捕集利用與封存技術(shù)相關(guān)的制氫還是比較多的,中國(guó)目前還是以化石能源制氫(煤制氫)為主,我們真正用可再生能源產(chǎn)生的電制氫——稱(chēng)之為“綠氫”,占1%左右,氫能對(duì)碳減排的作用有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

  在儲(chǔ)運(yùn)領(lǐng)域,氫能的安全、高效儲(chǔ)運(yùn)是產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展的關(guān)鍵。目前常溫高壓氣態(tài)氫是氫儲(chǔ)運(yùn)的主流技術(shù)路線(xiàn),此外還有深冷常壓或低壓液態(tài)氫、深冷-高壓超臨界氫及帶壓固態(tài)儲(chǔ)氫等路線(xiàn),這幾種方式在并行推進(jìn)。不同儲(chǔ)運(yùn)方式所用的壓力容器、氣瓶、管道、壓縮機(jī)、泵、閥門(mén)等機(jī)械裝備統(tǒng)稱(chēng)氫能儲(chǔ)運(yùn)裝備。這些裝備與氫氣儲(chǔ)運(yùn)的安全性和經(jīng)濟(jì)性有很大關(guān)系。

  這里列了不同壓力容器結(jié)構(gòu)型式,還有充裝氫氣的氣瓶,其中氣瓶分成4類(lèi),I型氣瓶就是全金屬做的,II型是金屬內(nèi)膽纖維環(huán)纏繞,III型是金屬內(nèi)膽纖維全纏繞,IV型是塑料內(nèi)膽纖維全纏繞,同樣儲(chǔ)氫容量條件下IV型瓶最輕。不管用何種儲(chǔ)運(yùn)方式,氫氣儲(chǔ)運(yùn)裝備一旦失效有可能引起泄漏甚至爆炸,這里列舉了美國(guó)、挪威、韓國(guó)、奧地利、包括中國(guó)的儲(chǔ)氫裝置發(fā)生火災(zāi)和爆炸的情況。但是氫氣的特點(diǎn)是在開(kāi)放環(huán)境中不易爆炸,只有在密閉空間中泄漏達(dá)到爆炸極限并且遇上氧氣或者空氣,才有可能爆炸。因此在密閉空間內(nèi)需要裝上氫泄漏監(jiān)測(cè)裝置,不斷排除泄漏的氫氣就沒(méi)有問(wèn)題。

  加氫站,是氫能及燃料電池汽車(chē)推廣應(yīng)用的重要基礎(chǔ)設(shè)施。截至2023年6月,全球建成1089座加氫站,其中30%為液氫站,高壓加氫站以70兆帕為主;我們國(guó)家加氫站有358座,是以35兆帕為主,現(xiàn)在70兆帕的只有28座,液氫示范站只有1座,跟國(guó)外還是有差距的,不過(guò)這幾年增長(zhǎng)情況很好。其實(shí)加氫站很簡(jiǎn)單,不管氣氫來(lái)源還是液氫來(lái)源,到加氫站以后通過(guò)壓縮機(jī)增壓,往儲(chǔ)氫容器加注,45兆帕往35兆帕容器加注,如果70兆帕儲(chǔ)氫容器要90兆帕壓力加注。用氫過(guò)程中,我們的應(yīng)用場(chǎng)景將來(lái)在交通、儲(chǔ)能、工業(yè)、建筑多元化領(lǐng)域都在推進(jìn)。首先是在交通工具的應(yīng)用,目前全球氫能源汽車(chē)7.9萬(wàn)輛,我們國(guó)家有1.4萬(wàn)輛,主要是客車(chē)、卡車(chē)和叉車(chē),小型乘用車(chē)沒(méi)有普及,正在試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程當(dāng)中。國(guó)內(nèi)外正在開(kāi)展大功率氫燃料電池和氫內(nèi)燃機(jī)技術(shù),用氫氣直接驅(qū)動(dòng)鐵路的機(jī)車(chē)、輪船和飛機(jī)的應(yīng)用,這是未來(lái)可期的。

  氫能在儲(chǔ)能和發(fā)電領(lǐng)域也會(huì)有很重要的作用,因?yàn)榧词故强稍偕茉矗l(fā)電以后不用馬上就浪費(fèi)了,一定要儲(chǔ)存起來(lái)。現(xiàn)在儲(chǔ)能的方式很多,有抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能,但是氫氣是重要的儲(chǔ)能方式,氫氣的儲(chǔ)能效率還是比較高的。因?yàn)殡姾蜌涠际嵌文茉矗娛且子谳斔筒灰變?chǔ)存,氫是易于儲(chǔ)存不易輸送。我們建議氫電互補(bǔ),中國(guó)在西北地區(qū)建立了很多光伏發(fā)電+氫儲(chǔ)能的示范項(xiàng)目,光伏發(fā)電、電解水并儲(chǔ)存氫氣,用于可再生能源的消納和電網(wǎng)調(diào)峰,在氫能冶金和煉化方面進(jìn)行示范應(yīng)用,黃慶學(xué)院士團(tuán)隊(duì)正在研究將來(lái)煉鋼和煉鐵都用氫還原,國(guó)外也有這樣的技術(shù)在應(yīng)用了。

  剛才有專(zhuān)家也講了氫作為燃料在城市建筑、供電、供氣的應(yīng)用,直接將氫氣作為燃料,如果氫氣來(lái)源是綠色的就沒(méi)有碳排放,這方面工作在燃料電池冷熱聯(lián)供也發(fā)揮了重要作用。這里講的用途,氫能到底能不能很經(jīng)濟(jì)、高效、安全地推廣應(yīng)用?氫能儲(chǔ)運(yùn)裝備至關(guān)重要。

  下面把氫能儲(chǔ)運(yùn)裝備國(guó)內(nèi)外情況報(bào)告一下。第一,氫能裝備既然有危險(xiǎn)性,就要了解失效模式和損傷機(jī)理,這個(gè)我們是掌握的。氫在高溫高壓、常溫低壓、常溫高壓下都有不同的失效模式。金屬材料在氫的環(huán)境下有可能引起材料脆化,導(dǎo)致韌性降低發(fā)生破壞。在常溫中低壓下氫氣分子很難變成氫原子,只有原子氫才能進(jìn)入金屬內(nèi)部,常溫下氫脆問(wèn)題不是很明顯,但是交變載荷下疲勞問(wèn)題是存在的。我們?cè)诠﹥?chǔ)氫裝備上使用了很多非金屬材料,比如塑料內(nèi)膽和橡膠密封圈,如果在高壓氫環(huán)境下長(zhǎng)期使用,塑料內(nèi)膽可能會(huì)產(chǎn)生氫滲透、氫老化問(wèn)題,橡膠密封圈可能會(huì)產(chǎn)生吸氫膨脹、開(kāi)裂問(wèn)題,只是35兆帕以上這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)較大。也有可能因?yàn)槔匣仍颍祭w維與樹(shù)脂基體出現(xiàn)分層的現(xiàn)象。塑料內(nèi)膽剛度不足,有可能出現(xiàn)屈曲變形的情況。這些情況都已經(jīng)基本掌握了,已經(jīng)采取了有效措施加以避免,大家不用過(guò)分擔(dān)心。

  第二講一下高壓氣氫儲(chǔ)運(yùn)裝備在設(shè)計(jì)制造中有什么問(wèn)題。加氫站有很多儲(chǔ)氫容器,美國(guó)、歐洲、中國(guó)國(guó)內(nèi)都做了一大批這樣的金屬壓力容器和非金屬壓力容器,一般不超過(guò)100兆帕,因?yàn)槌^(guò)100兆帕叫做超高壓容器,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不一樣,成本更高。氫氣容量跟壓力和體積有關(guān),現(xiàn)在做到99兆帕一般一立方米左右,50兆帕是七八立方米。我們團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室里面做試驗(yàn)用容器,我們做到140兆帕1.35立方米。這方面有很多企業(yè)在中國(guó)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化,沒(méi)有技術(shù)難題,就是經(jīng)濟(jì)性比較。還有復(fù)合材料容器,國(guó)外做到103.5兆帕的IV型瓶組,國(guó)內(nèi)也做出了87.5兆帕III型瓶組并示范應(yīng)用。國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氫壓力容器本身沒(méi)有什么大的技術(shù)難題,就是經(jīng)濟(jì)性比較的問(wèn)題。

  氫氣加注需要壓縮機(jī)。氫氣壓縮機(jī)一般有三種型式:隔膜式、液驅(qū)式、離子液體式。國(guó)內(nèi)45兆帕以下隔膜式壓縮機(jī)沒(méi)有太大問(wèn)題,但90兆帕以上的壓縮機(jī)正在研制過(guò)程中,正在進(jìn)行可靠性驗(yàn)證。

  氫使用過(guò)程中需要管件和閥門(mén),35兆帕以下國(guó)內(nèi)可以做出來(lái),70兆帕還不行。

  氫氣道路運(yùn)輸需要長(zhǎng)管拖車(chē)或者管束集裝箱。歐美的壓力是50兆帕,一車(chē)可以裝一噸重的氫氣,采用塑料內(nèi)膽碳纖維纏繞氣瓶,單瓶?jī)?chǔ)氫密度達(dá)到5.1wt%。我們國(guó)家只有純金屬或者金屬內(nèi)膽碳纖維纏繞氣瓶,我們最多只能做到20兆帕,一車(chē)最多裝0.6噸,單瓶?jī)?chǔ)氫密度是2.3wt%。我們團(tuán)隊(duì)最近已經(jīng)研制出了大容量塑料內(nèi)膽,但是整個(gè)長(zhǎng)管拖車(chē)的產(chǎn)品還在試制過(guò)程中,預(yù)計(jì)明年年底投放市場(chǎng),也是到52兆帕,總儲(chǔ)量1噸左右。

  管道輸氫有兩種方式,一種純氫,一種是天然氣管道摻氫。中石化、中石油都有類(lèi)似的石化純氫管道。中石化從內(nèi)蒙古到北京的燕山擬建設(shè)一條400公里的純氫輸送管道,壓力不超過(guò)10兆帕,溫度是常溫,不構(gòu)成氫脆的問(wèn)題。摻氫的管道,往天然氣加15%到30%的氫氣,相當(dāng)于碳減排,在終端如把氫分離出來(lái)用于燃料電池,還是要耗能的。天然氣摻15%~30%的氫安全性沒(méi)有問(wèn)題,還是經(jīng)濟(jì)性的問(wèn)題。因?yàn)闅錃鉄嶂?000大卡/立方,天然氣熱值12000大卡/立方,從單位時(shí)間輸送熱值看,經(jīng)濟(jì)上不合算。但是假如在一些煉油廠(chǎng)或煤化工廠(chǎng),有多余的氫氣本來(lái)想往大氣排放的,這部分的氫氣搜集起來(lái),加入到天然氣管網(wǎng)中是合算的。

  氫氣放到車(chē)上使用得有氣瓶承載。國(guó)內(nèi)有小型的儲(chǔ)氫氣瓶,像油箱一樣。我國(guó)過(guò)去一般是35兆帕III型瓶,近來(lái)也研發(fā)出了70兆帕III型瓶,現(xiàn)在要做70兆帕的IV型瓶。國(guó)外是70兆帕的IV型瓶,儲(chǔ)氫密度在7.7wt%,配備70兆帕的瓶口閥。我們與中材科技正在研發(fā)70兆帕的IV型瓶,樣機(jī)已經(jīng)做出來(lái)了,各項(xiàng)試驗(yàn)符合要求,應(yīng)該今年年底就可以投放市場(chǎng)。

  氫能源使用的氣瓶等零部件都是要經(jīng)過(guò)500次的實(shí)際工況氫氣循環(huán)試驗(yàn),現(xiàn)在中國(guó)建立了這樣的試驗(yàn)裝置,140兆帕,可以完全滿(mǎn)足聯(lián)合國(guó)GTR13的測(cè)試要求,日本豐田和法國(guó)彼歐在中國(guó)國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品也委托我們做試驗(yàn)。

  氫燃料電池電堆運(yùn)行需要一定壓力的空氣。目前空氣壓縮機(jī)3到4個(gè)大氣壓完全可以做,但是我們比國(guó)外產(chǎn)品噪聲大,我們現(xiàn)在在降低空壓機(jī)的噪聲方面取得顯著成效。電堆出口未反應(yīng)氫氣回收用的氫氣循環(huán)泵目前不能做,依賴(lài)于進(jìn)口,這個(gè)研制工作正在進(jìn)行中。

  液氫過(guò)去主要用于航天領(lǐng)域,沒(méi)有商業(yè)化。液氫最大的問(wèn)題是大規(guī)模低能耗氫液化工藝,降低能耗是十分重要的。美國(guó)現(xiàn)在可以做到的氫液化工藝是每天10到18噸,我們只能做到每天2.5噸。大規(guī)模的氫液化工藝、包括膨脹機(jī)和冷箱等裝備對(duì)于我們還是有難度,沒(méi)有完全解決。中科富海和國(guó)富氫能正在研發(fā)8.5噸/天氫液化裝置,也希望有所突破。

  儲(chǔ)存液氫的儲(chǔ)罐,類(lèi)似水瓶膽雙層結(jié)構(gòu),有內(nèi)桶和外桶,中間抽真空,里面是負(fù)253度液氫,外面是常溫,一旦絕熱失效就會(huì)很危險(xiǎn)。美國(guó)做到了3500、4700立方米的儲(chǔ)罐。我們以往負(fù)163度LNG裝備研發(fā)是比較成功的,包括大容量LNG儲(chǔ)罐、LNG罐車(chē)。國(guó)富氫能在做200立方米的民用液氫儲(chǔ)罐,中國(guó)還做了36立方米的液氫槽罐車(chē),大容積液氫儲(chǔ)罐的真空絕熱設(shè)計(jì)與支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),有一定的難度。

  液氫行業(yè)有很多泵、閥、汽化器,這些東西對(duì)我們來(lái)說(shuō)難度很大。基本上,在液氫環(huán)境下使用的泵和閥、包括電機(jī)現(xiàn)在仍然依賴(lài)于進(jìn)口。未來(lái)五年重點(diǎn)研究液氫的泵閥,國(guó)內(nèi)有些航天部門(mén)自己研制出來(lái)了,但是非常臃腫,要預(yù)冷。此外,有些樣機(jī)未來(lái)還要做一些驗(yàn)證工作。

  還有車(chē)載液氫儲(chǔ)存裝置,相當(dāng)于小型的液氫罐放在車(chē)上,用的比較多。因?yàn)樾⌒退磕懡Y(jié)構(gòu)杜瓦瓶較成熟,但用在車(chē)上的話(huà),可靠性要驗(yàn)證,技術(shù)本身沒(méi)有太大難題。

  第四,深冷-高壓超臨界儲(chǔ)氫設(shè)備。剛才講的雙層真空的辦法一般保冷一周左右,我們從新疆拉到廣州保不了冷怎么辦?國(guó)外提出了超臨界儲(chǔ)氫,把氫氣冷卻到負(fù)210度到負(fù)240度,加了20兆帕左右的壓力,兼具氣體和液體的某些性質(zhì),保冷效果很好,可以保六至七周,甚至十周沒(méi)有問(wèn)題。這個(gè)技術(shù)美國(guó)已經(jīng)在示范應(yīng)用了,我們國(guó)家還沒(méi)有這個(gè)產(chǎn)品,但是已經(jīng)開(kāi)始做預(yù)研了。

  還有帶壓固態(tài)儲(chǔ)氫裝備的設(shè)計(jì)制造。鎂合金、鋯系合金、鈦鐵合金等,北京有研院,華南理工大學(xué)在做這些工作。有研院已經(jīng)做了示范性的可再生能源發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)、備用電源系統(tǒng)。在廣東和遼寧也有5兆帕的固態(tài)儲(chǔ)氫大巴車(chē)在示范應(yīng)用。目前總體儲(chǔ)氫的合金研究不少,但真正把儲(chǔ)氫的合金做成可以供氫的裝備產(chǎn)品還在探索當(dāng)中。重慶大學(xué)的潘院士、上海交大的丁院士主張鎂基儲(chǔ)氫合金。合肥通用院正在研究釩基、鈦鐵系儲(chǔ)氫合金。帶壓固態(tài)儲(chǔ)氫裝備主要用于對(duì)重量不敏感或本身需要配重的場(chǎng)合。將來(lái)在輪船上,在叉車(chē)需要配重的場(chǎng)合可以用的產(chǎn)品,國(guó)內(nèi)很多單位在研究。

  與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我們還有很多問(wèn)題需要解決。我們總體技術(shù)路線(xiàn)圖是希望到2025年將高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫技術(shù)問(wèn)題解決,實(shí)現(xiàn)自主可控;到2030年前解決液氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)難題。

  金屬材料的常溫高壓氫脆問(wèn)題,我認(rèn)為可能被高估了。只有原子氫才能進(jìn)入金屬材料內(nèi)部,但是分子氫轉(zhuǎn)化為原子氫是需要一定條件的。國(guó)內(nèi)外研究和實(shí)踐表明,200度以下、35兆帕以下氫環(huán)境不易導(dǎo)致金屬氫脆,室溫基本無(wú)影響。因此大可不必“談氫色變”。

  氫能的機(jī)遇和挑戰(zhàn)共存。煤制氫是很便宜的,一般五毛錢(qián)到八毛錢(qián)每立方米;光伏、風(fēng)電電解水制氫有可能五毛每立方米,有可能三塊五每立方米。如果用棄電電解水制氫,也就是五毛錢(qián)每立方米左右。特高壓輸電成本才0.985元每吉焦每百公里,高壓天然氣輸送成本是0.64元每吉焦每百公里,而輸氫成本高于20多塊錢(qián)每吉焦每百公里,顯然儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)對(duì)氫的價(jià)格影響很大。電的路線(xiàn)和氫的路線(xiàn)是互補(bǔ)的,解決可再生能源發(fā)電并網(wǎng)輸送的問(wèn)題,將電并網(wǎng)、輸送到需要用氫的場(chǎng)合就地電解水,降成本最好的。假如可再生能源并網(wǎng)技術(shù)解決不了,怎么辦?就要輸送氫,目前管道輸氫成本高。反過(guò)來(lái)化石能源制氫雖然便宜,但是對(duì)碳中和、碳減排沒(méi)有太大用處。而綠電支撐的氫雖然對(duì)碳中和、碳達(dá)峰有好處,但是成本太高,經(jīng)濟(jì)性不降下來(lái)老百姓是不會(huì)用的。所以氫能叫得熱,但是用的不多,現(xiàn)在只有在上海、山東、佛山等地示范應(yīng)用的比較多。將來(lái)液氫技術(shù)發(fā)展以后,卡車(chē)和輪船可以用。目前氫能是在炒一些概念,真正到老百姓接受的價(jià)格還有距離。

  氫和電互補(bǔ)是國(guó)際上的趨勢(shì)。電是容易輸送,不容易儲(chǔ)存,氫正好相反,兩個(gè)結(jié)合在一起構(gòu)成氫電互補(bǔ)體系。將來(lái)至少可再生能源發(fā)完電以后,用不掉的先變成氫氣儲(chǔ)存起來(lái)沒(méi)有問(wèn)題。現(xiàn)在儲(chǔ)能方式很多,但我覺(jué)得氫氣儲(chǔ)能是很好的方式,比壓縮空氣儲(chǔ)能好。壓縮空氣儲(chǔ)能、抽水蓄能、飛輪儲(chǔ)能,還有鋰電池儲(chǔ)能,都是可以根據(jù)實(shí)際來(lái)選擇。清華大學(xué)的賀院士認(rèn)為,再過(guò)五六十年新能源完全能夠滿(mǎn)足人類(lèi)生活和生存的需要,如果到那個(gè)時(shí)候新能源已經(jīng)滿(mǎn)足我們的需要,就不存在化石能源的碳排放問(wèn)題了。

  另外很多人擔(dān)心氫不安全,擔(dān)心氫脆,還有把氫氣與氮?dú)夂铣砂薄,F(xiàn)在國(guó)際上有人直接把氨放在汽車(chē)和火車(chē)內(nèi)燃機(jī)燃燒。氨易于儲(chǔ)存,變成液體儲(chǔ)存密度高,但是安不安全?不見(jiàn)得。氫不是密閉場(chǎng)合放出來(lái)往上跑,不會(huì)發(fā)生爆炸;氨氣是往下跑,會(huì)造成人的窒息和中毒。氫的爆炸極限比較寬,氨氣比較狹窄一點(diǎn),但是有毒后果比氫嚴(yán)重。我們的氫循環(huán)實(shí)驗(yàn)室里面就裝了很多傳感器,房頂是可以敞開(kāi)的,一旦氫濃度超標(biāo),排氣裝置打開(kāi)很快就沒(méi)事了。全國(guó)氨泄漏導(dǎo)致人員傷亡事故有很多案例,但是氫發(fā)生的死亡事故是很少的。氨比氫更不安全。

  氨是合成氨,過(guò)去是高溫法,要在350度、320個(gè)大氣壓下合成,耗能。假如是分解成燃料電池用的高純氫,分解又耗能。現(xiàn)在很多國(guó)家探索低溫合成氨和低溫分解氨,要用很多貴金屬做催化劑,成本也是很高的。假如能夠保證純氫的安全,可以不用氨的。

  還有人提出把氫跟二氧化碳合成后變成甲醇或汽油。本質(zhì)上燃燒的是氫氣,二氧化碳只是一個(gè)載體。如果用生物質(zhì)合成甲醇是好的,但用氫和二氧化碳合成甲醇要額外耗能。終端要分解成氫也要耗能,何必呢?還有,氨如果直接燃燒,直接內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)就有氮氧化合物排放問(wèn)題,對(duì)大氣的破壞作用比二氧化碳還要嚴(yán)重。我個(gè)人認(rèn)為氨氫路線(xiàn)和甲醇路線(xiàn)在我們純氫路線(xiàn)能夠保證安全的情況下是可以規(guī)避的。當(dāng)然現(xiàn)在眾說(shuō)紛紜,這個(gè)都可以探討,關(guān)鍵是經(jīng)濟(jì)性,哪個(gè)經(jīng)濟(jì)用哪個(gè)方法。純氫的儲(chǔ)運(yùn),不論是氣氫還是液氫,服役安全都是可以保證的。

  氫能是未來(lái)能源體系重要組成部分,將推動(dòng)構(gòu)建氫-電互補(bǔ)的現(xiàn)代能源供應(yīng)體系。到2050年氫能在我國(guó)終端能源消費(fèi)體系占比約10%,2060年占到15%,未來(lái)還是預(yù)期可期的。發(fā)展氫能機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存,在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)制造維護(hù)條件下純氫儲(chǔ)運(yùn)裝備的安全是可以保證的,關(guān)鍵是怎么進(jìn)一步降低成本,提升經(jīng)濟(jì)性。

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