在近期舉行的一次公開研討會上，中國工程院院士、中國工程院原副院長、國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會主任、中國金屬學會理事長干勇院士發(fā)表了主題為《中國氫能發(fā)展的幾點思考》的演講。

演講中，他提到：2050年氫在我國終端能源體系中占10-15%；部分地區(qū)綠氫成本偏低；膜電極的發(fā)展目標；開創(chuàng)氫能重卡時代；固態(tài)儲氫在氫燃料電池汽車中的應用有獨到之處等內(nèi)容。以下是演講實錄：

第一，我國發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的可行性。

國際氫能領域快速發(fā)展，美國、日本、歐盟、韓國在2030、2050有一定的規(guī)劃，特別是美國和日本國家的氫戰(zhàn)略已經(jīng)出來，而且歐盟最近動作很快，在各種指標和氫能利用上做出最好的樣板。

普華永道2020年《綠氫的黎明》報告里面預計本世紀中葉實驗用氫達到5億3000萬噸，現(xiàn)在我們國內(nèi)2500萬噸的產(chǎn)量。原來并沒有把氫作為能源，原來是作為催化劑等，現(xiàn)在看來有煤制氫、天然氣制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫、火電、光電、光催化制氫、生物發(fā)酵制氫等等。氫能的應用場景非常豐富，除了交通運輸以外，為什么現(xiàn)在氫能作為能源的高潮上來了，首先應該感謝在交通運輸上的投入。還有在能源系統(tǒng)、供電供熱、煉化冶金的其他應用上的應用場景。

保守估計，未來氫在我國終端能源體系中2050年占10%，我估計是10-15%。世界氫能巨頭們討論，他們認為應該到18%，所以氫能將成為我國能源戰(zhàn)略的重要組成部分，與電力協(xié)同互補，共同為終端能源體系的消費主體可以帶來幾十萬億新興產(chǎn)業(yè)。2050年我們占10%左右，氫能源到10%左右估計氫能產(chǎn)量要應用到1億噸左右，我們知道1億噸標煤大家需要6-6.5噸煤，所以1億噸分布大概是中間能源交通占4.5%，化工能源3.5%，工業(yè)大概是1千萬噸，建筑包括我們分布式供電、供熱大概在1千萬噸左右。

能源的經(jīng)濟性很重要，二次能源這么貴，好不容易發(fā)了電，又用電制制氫，是不是多此一舉，能不能經(jīng)濟應用。在經(jīng)濟上也是完全可行的，比如用電網(wǎng)的電，一公斤氫的制氫成本達到5.7美元，光是制氫到30多塊錢人民幣，排放將近每公斤氫將排放30公斤左右的二氧化碳。但是我們?nèi)绻妹褐茪?，而且?guī)CUS，雖然有一定的成本，每噸CCUS要花好幾十塊錢，但是這個成本能控制在200元以內(nèi)。

光伏發(fā)電成本很低，最低到7毛錢。在風電、光電國內(nèi)我們算了一下“綠氫”成本，是有一個很好的表現(xiàn)。但是這種地區(qū)并不是太多，它要融合風能，包括河北的張家口、吉林的白城等等光伏風電都是非常好的，還有福建、河北、新疆、青海。

人類利用氫能的經(jīng)濟性問題還有一個主要是運氫，還是要用專用管網(wǎng)，以300毫米直徑為例的輸送管網(wǎng)測算，每公里300萬，每100km需要一個增壓站，管道的成本達到每公斤每百公里只要0.7元，這個是200bar長管拖車運輸費用的10%，我們降低現(xiàn)有常規(guī)運氣費用的90%，這個成本大幅下降，而且是液氫運輸費用的50%，將近降低了一半。隨著氫能應用技術的成熟和大規(guī)模應用，瓶頸技術的突破，比如現(xiàn)在制氫、電解氣已經(jīng)可以在每立方米降到4度電以下，加上規(guī)模效益，比如有管網(wǎng)等等、基礎設施成本攤薄以后，和鋰動力電池相比，400公里左右和純電動汽車成本基本持平，略高一點。但是里程超過400公里的時候，它的程序和里程特性得以體現(xiàn)。因為這時候純鋰動力汽車充電時間又長，還不如氫燃料電池的經(jīng)濟性。

國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)整體水平和國際先進水平的對比。褐色的部分是和國外差距比較大的，從制氫、儲氫到加氫，到氫能燃料電池系統(tǒng)等等，打鉤的部分和國外接近，打叉的部分是大家都處于研發(fā)階段，比如催化劑、擴散層、質(zhì)子交換膜、可靠性，包括燃料電池的耐久設備等等。電解槽國外做的很好，但是堿性電解槽我們和國外基本差不多。在儲氣環(huán)節(jié)里面，我們在車載儲氫罐和國外差距是有的，我們現(xiàn)在還達不到完全工程化。加氫機和氫氣壓縮機，包括膜電極噴涂設備、循環(huán)泵、空壓機，包括燃電電池系統(tǒng)檢測和氫氣檢測，和國外的差距比較大。

燃料電池的工程在用的60千瓦，密度114千瓦，已經(jīng)完全工程化了，而且功率密度我們比人家低，每升只要1.8，我們正在往3千瓦的密度上走。耐久性壽命比人家短，低溫性能相當。包括一些電路密度，包括下面鉑載量我們在0.4-06克之間，國外達到小于0.2克，我們ORR活性在270毫安，國外在600毫安。

與氣氫相關的關鍵材料，高強度的纏繞碳纖維、聚合物氣瓶內(nèi)膽、氣氫密封材料等等，包括低溫金屬材料、高效冷絕緣材料，下面零部件和裝備都是需要突破的。耐高壓至100MPa以上，還有固定式、移動式的氫氣存儲裝置，還有加壓和加注裝備，上述零部件的耐久性和可靠性我們還要形成技術規(guī)范和標準，達到批量化、商業(yè)化的應用。

第二個問題是國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況。

剛才說了膜電極和國外差距比較大，膜電極是燃料電池最昂貴的部件，如果一千套的生產(chǎn)能力，膜電極占78%的成本，如果到10萬套占了66%，即使到50萬套也到62%，包括質(zhì)子膜、膜電極的成本很貴。但是我們國內(nèi)制定了支持中長期膜電極計劃，但是有些指標沒有達到，投入還不夠，大型企業(yè)的介入也不夠。

燃料電池關鍵材料——膜電極的國家發(fā)展目標，到2020年到2安，0.62伏。0.4毫克每平方米的需要的膜量在0.4毫克，特別是反極電極的通電實驗要大于每百分鐘兩百次，衰減度要小于5%，包括壽命要大于兩萬小時，我們還有一些困難。質(zhì)子交換膜美國戈爾公司已經(jīng)到了100多萬平米的生產(chǎn)能力，特別是增加網(wǎng)布的利用壽命得到了提升，增加網(wǎng)布是用的聚四氟乙烯膜。我們山東東岳正在建150萬平米，我們的導電性能還有待提升。

國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和發(fā)展前景，形成了六個產(chǎn)業(yè)集群，包括氫能能源的利用，包括新燃料電池、汽車示范線等等逐漸起來，截止到2020年2月中國加氫站數(shù)量達到64座，有40個地區(qū)出臺了相關的氫能規(guī)劃，工程院還幫十幾個省份做氫能規(guī)劃，最近廣東和山東已經(jīng)通過了驗收。2019年國內(nèi)燃料電池汽車運行總量超過6千輛。支持政策也“以獎代補”的方式發(fā)放補貼，地方也有政策。

我舉個例子，因為我在鋼鐵系統(tǒng)，河北鋼鐵很早就準備利用鋼鐵行業(yè)工藝大量的產(chǎn)氫，而且地處河北進行柴油機的改進，建立統(tǒng)一的加氫站，每天500公斤，現(xiàn)在開始運行。京津冀、華東等等六大產(chǎn)業(yè)集群完整的產(chǎn)業(yè)鏈正在形成。

山東是一個全省的統(tǒng)一行動，所以在一個大區(qū)域上進行氫能發(fā)展是最有利的。氫能產(chǎn)業(yè)鏈長，特別是氫源的供給非常重要，必須是統(tǒng)一行動，有一個大的規(guī)劃，以合理的規(guī)劃降低成本。山東主要電解鋁在全國是第一，焦爐煤氣也很厲害，所以它的氫氣的產(chǎn)能副產(chǎn)氫將近90萬噸，光現(xiàn)存的達到75萬噸。氫最好用的我們認為要做在氫燃料電池汽車的示范上，包括山東濰柴他們也在行動。所以山東的發(fā)展戰(zhàn)略是“兩橫兩縱氫走廊”，還有山東重工-濰柴、中通、中國重汽，氫氣產(chǎn)能龐大、副產(chǎn)氫多，它的高速鐵路6000多公里，全國掌握在一個國企里面，沿途120多個服務站可以統(tǒng)一布局，決策非?？欤瑳]有任何的政策障礙和人為障礙，所以山東條件還是不錯的。

大家知道廣東的進展很快，特別是佛山，已經(jīng)建成了17座加氫站。我們和美國加州比一比，廣東還是很逼近加州的，我們現(xiàn)在已經(jīng)有2159輛燃料電池車，它有5000輛投運。我們補貼政策也很不錯，最多可以補貼到每個加氫站800萬，美國的商用或者公交車也是有在補貼。

這是廣東省“一環(huán)三線”的規(guī)劃，上個禮拜剛剛進行了驗收，近期要達到一萬輛新燃料電池的運行，包括廣州、深圳、佛山、東莞、中山，后面是粵西、粵北、粵東“三線”。他可以采取很多辦法，像周邊云南水電這么發(fā)達，可以用輸氫管道，廣東面臨南海，可以采取不同的方式。

還有很多城市在新燃料電池上布局很完整，充電樁起來了，新燃料電池要大量推廣有一定的市場限制，但是可以作為技術驅動型，運氫、輸氫、加氫、儲氫，包括加氫站、標準、示范縣向全國輸出技術，這是屬于技術輸出型的，有的省純粹是環(huán)保驅動型的。山西省每年外輸6噸煤，50%是公路運輸，柴油大卡不得了，每車50噸，需要893萬車次來運煤，運距1000公里計算，單車次消耗柴油250千克，共223萬噸。2050年山西省及京津冀地區(qū)燃料電池預測消耗氫氣約1400萬噸，所需煤約1億噸。

四川省的可再生能源比較豐富，水、天然氣不少，產(chǎn)氫28萬噸左右，可滿足6萬輛公交使用。

海南特色，環(huán)島高速，2030年燃油車禁售，新燃料汽車就是非常好的應用場所，他們也在做新的規(guī)劃。

云南很有意思，云南水資源開發(fā)力特別大，在全國第一。云南現(xiàn)在發(fā)展氫氣的規(guī)劃，有一些特殊的有利條件，除了可再生能源、水資源、水電，最重要的是有幾千個被廢掉的有色金屬的礦，這個礦還不是煤礦，可以作為儲氫或者是儲二氧化碳的一個大倉儲，成本很低。儲能的時候，二氧化碳沒有容器，我就可以進入巷道、廢氣的礦山。德國大學的教授們對這一點了解的比我們還清楚，他說這是人類利用大的空間可以低成本儲氫，或者把二氧化碳進行采集儲存在這里。

全球氫能競爭中我們還沒有占據(jù)優(yōu)勢，但是我們核心材料、零部件、裝備重大工程等方面存在不少關鍵問題，我們希望粵港澳、長三角、京津冀等等全省一盤棋，這樣可以能源合理、效率高、成本低，否則很難成氣候。比如搞乘用車五年十年要虧損，可以研發(fā)，燃料電池水平不斷提高，但是乘用車很難全國完整地部署加氫站。

第三個問題就是開創(chuàng)氫能的“重卡時代”。

首先中國應該在柴油車上，特別在集中柴油車的地區(qū)首先使用，要做氫能“重卡時代”。因為柴油氮氧化物排放量占排放總量68.3%，它占汽車保有量的9.4%，顆粒物排放量占排放總量99%以上。而且物流密集的港口地區(qū)適合建立柴改氫示范區(qū)，氫燃料電池車的特點適合長距離、重載，若改為“氫能重卡”，利用集中布局膜電極，氫消耗量大，便于建立大型膜電極，達到了示范經(jīng)濟效益。港口地區(qū)大型鋼鐵企業(yè)及聯(lián)產(chǎn)焦化企業(yè)，副產(chǎn)氫來源有保障，可實現(xiàn)氫源供應的經(jīng)濟效益。港口交通發(fā)達，可以開創(chuàng)氫能“重卡時代”，優(yōu)先發(fā)展氫能源商用物流車這是重中之重。大家看豐田和日野，還有Nikola在重卡上實現(xiàn)了商業(yè)化應用。國內(nèi)的主要海港，按照一個月貨物60%的公路運輸比例，估算重量2.36億噸，約1600萬車次，需消耗柴油400萬噸，折算氫氣240萬噸/月，柴改氫太重要了。唐山要求汽改鐵，但是修鐵路也不是最好的辦法，超短途運輸可以用鐵路，最終解決還是柴改氫的問題。

開創(chuàng)氫能“重卡時代”，優(yōu)先發(fā)展氫能源商用物流車是我們的重點，唐山地區(qū)鋼鐵產(chǎn)能超過1億噸，占河北省55%，占全國13%，煤炭、鐵礦石及鋼鐵等物品運輸總量6億噸/年，還有3600萬噸焦炭，可提純氫氣約50億立方米，足夠3萬輛重卡運行。一氧化碳、氮氧化物、顆粒物就會下降，空氣就會好起來。所以河北看到這一點，首先要搞重卡，在港口，在唐山，這個戰(zhàn)略是對的。

第四個問題，鋼鐵行業(yè)的氫循環(huán)經(jīng)濟。

由氫還原礦石生成水，比焦炭好多了，可以成凝碳，非常漂亮，所以寶武成立了寶武清能公司推動氫能利用，因為氫冶金里面有很重要的氫意識。第一氫氣可以不要那么高的純度，60%的就很好用。第二，便宜，含氫高，生產(chǎn)的鐵水量純度相當高，是高純鐵水，如果全部用氫，這個鐵水就沒有碳，就叫不銹鐵，耐蝕能力超過一般的不銹鋼，所以生產(chǎn)潔凈鋼、潔凈鐵，而且用要求不是太高的氫。所以歐洲大量推廣氫冶金，瑞典已經(jīng)開始，而且成本最后并不是增加很多，現(xiàn)在寶武已經(jīng)全部啟動，抓兩頭，促中間，抓用氫和制氫，促進儲氫、運氫、加氫的發(fā)展，本身它自己有一百萬噸氫能源，它豐富的煤氣資源70萬噸，焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣等等，所以他的方向首先是氫能冶金技術，我覺得是非常重要的渠道，對鋼鐵行業(yè)流程制造業(yè)是巨大的發(fā)展。

曾經(jīng)在寶鋼建湛江鋼鐵的時候，有個中科煉化準備搞焦爐煤氣，減輕成本，這個我就不說了。氫冶金已經(jīng)開始全面啟動。瑞典在實驗中認為氫氣的冶煉鋼鐵成本約比傳統(tǒng)的冶煉鋼鐵工藝高20-30%，這個數(shù)會隨著氫氣的提升改變，在經(jīng)濟上也可以算過賬來。

最后一個講固態(tài)儲氫。

我認為固態(tài)儲氫在氫燃料電池汽車中的應用有它的獨到之處。體積儲氫密度高、能效低、能效高。它的體積儲氫密度很高，質(zhì)量儲氫密度也很高，達到7.6，達到美國能源部的中期目標，壓力、溫度、密度非常好，特別是體積儲氫密度，最近在常州有個公司共享助力單車用了固體儲氫材料的儲氫瓶，儲氫量也很大。固態(tài)儲氫為氫能源的“電電混動”的氫能源汽車將成為新技術發(fā)展方向之一，它可以不考慮布局加氫站，可以把氣瓶作為標準儲氫，壓力幾乎是常壓，沒有任何風險，每個高速鐵路的服務站都可以出售這種氫氣瓶，用完就換，用來加速用的，常規(guī)情況下就可以用氫能，固態(tài)儲氫的作用非常大。

我們可以看到它的商業(yè)模式和經(jīng)濟可行性、技術路線已經(jīng)在出現(xiàn)，固態(tài)儲氫為氫源的燃料電池動力系統(tǒng)集成技術，產(chǎn)品已經(jīng)出來了，而且安全性高，現(xiàn)在出來的共享助力單車氫氣瓶很少，就1升，但是可以裝55克氫，所以固態(tài)儲氫材料的儲氫能力非常強。一個兆帕續(xù)航歷程80公里，2.2升的體積儲27克，所以固態(tài)儲氫是氣體儲氫的設備。

最后我的結語就是國際能源署給日本提供報告的六個建議和四個機遇。

第一，在長期能源戰(zhàn)略中確立氫的作用。

第二，此外清潔氫的商業(yè)需求。

第三，解決先行者的投資風險。

第四，支持研發(fā)以降低成本。

第五，消除不必要的監(jiān)管障礙，協(xié)調(diào)標準。

第六，參與國際事務并跟蹤進展。

四個機遇，這是國際能源署做的。

1、使工業(yè)港成為擴大清潔氫氣使用的神經(jīng)中樞。經(jīng)濟意義、環(huán)境效益都非常重大。

2、以現(xiàn)有的基礎設施為基礎，如數(shù)百萬公里的天然氣管道可以長期運輸業(yè)可以純氣運輸。

3、通過車隊，貨運和走廊擴大運輸中的氫氣。

4、啟動氫貿(mào)易的第一條國際航線。如果全世界變成一個共同行動，國際上的互補性會出來，為全球能源系統(tǒng)產(chǎn)生重要的影響。

上面是我的幾點思考，不對之處請大家批評指正，謝謝！

來源：高工氫電網(wǎng)