2022年全球氫能產(chǎn)業(yè)目前整體處于示范應(yīng)用階段，多數(shù)氫能技術(shù)仍處于示范或原型階段。隨著國家氫能產(chǎn)業(yè)頂層設(shè)計出臺，針對國內(nèi)的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平、階段、技術(shù)難點和亟待解決的問題有哪些等產(chǎn)業(yè)關(guān)心的熱點問題，鄭津洋院士做了詳細解答，為產(chǎn)業(yè)指點迷津。

對于當前全球氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展整體處于什么階段這個問題，鄭院士表示：全球氫能產(chǎn)業(yè)目前整體處于示范應(yīng)用階段，多數(shù)氫能技術(shù)仍處于示范或原型階段。比如，液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫、有機液體儲氫、天然氣管網(wǎng)摻氫、燃氫輪機、可應(yīng)用于重型道路車輛的氫燃料電池等技術(shù)均處于示范階段；而可應(yīng)用于船舶、火車、飛機等的氫燃料電池技術(shù)處于原型階段。

提高氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)經(jīng)濟性和市場競爭力是亟待解決的問題。美國能源部預(yù)期氫能2030年的發(fā)展目標為：1kg氫的生產(chǎn)和輸運成本均達到1美元；重型車輛用燃料電池的壽命為25000h，成本為80美元/kW；電解槽的壽命為8萬h，成本為300美元/kW。如果能夠?qū)崿F(xiàn)制氫成本與輸運成本均為1美元/kg，則與天然氣相比，氫氣就具有了競爭力。

相較于國外，國內(nèi)的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平如何？對此鄭院士認為，中國氫能產(chǎn)業(yè)總體處于全球第二方陣的前列，并在變壓吸附提純氫、大容量高壓儲氫、固態(tài)儲氫、供氫量噸級以上加氫站建設(shè)等方面走在國際前列；而且在北京2022年冬奧會上實現(xiàn)了氫燃料電池汽車應(yīng)用規(guī)模、應(yīng)用場景、保障服務(wù)及管理創(chuàng)新等多重突破；北京大興氫能科技園站的日加氫能力達到4.8t，為全球最大?？傮w來說，中國仍然是氫能技術(shù)設(shè)備進口國，部分關(guān)鍵材料、核心零部件、關(guān)鍵裝備仍需要依賴進口，如碳紙、加氫槍、氫流量計、氫安全閥、液氫容器等。

氫氣的儲運是氫能技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，而安全問題至關(guān)重要，鄭院士在這方面進行了大量研究。氫氣儲運的難點有哪些？取得了哪些成果？目前研究或計劃研究的方向是什么？

鄭院士坦言，他不能忘記的是，早在2002年，正是蔣利軍等老師把他領(lǐng)進了儲氫研究的大門，并持續(xù)深入研究了20余年，才取得了一些成就。氫能應(yīng)用的關(guān)鍵在于儲氫技術(shù)，即如何實現(xiàn)安全、高效、經(jīng)濟的氫氣儲存。當前，儲氫方式主要有氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫這3種，相較而言，高壓氣態(tài)儲氫具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、充裝和排放速度快、溫度適應(yīng)范圍寬等優(yōu)點，是世界各國優(yōu)先重點發(fā)展的儲氫技術(shù)。

儲氫技術(shù)目前主要存在以下技術(shù)難點：高壓儲氫容器的壓力高達98MPa，高壓氫氣易引起材料氫脆，造成容器突然斷裂甚至爆炸，危害極大；此外，由于氫氣分子小，易泄漏，高壓密封難，侵入傳感材料的氫會導(dǎo)致檢測信號漂移，高壓氫環(huán)境應(yīng)變檢測難度大。2002年之前，我國缺少材料高壓氫脆原位檢測能力，無法獲得容器研制時亟需的材料在高壓氫氣環(huán)境中的力學性能。高壓儲氫容器氫氣充放頻繁，氫脆影響因素多且機制復(fù)雜，抗氫脆設(shè)計及制造存在很大難度。在我國，壓力超35MPa的儲氫容器長期處于空白，嚴重制約氫能發(fā)展。

通過國家縱向支持和企業(yè)橫向合作，鄭院士帶領(lǐng)團隊取得了卓越的科技成果：針對高壓氫脆原位檢測難題，攻克高壓氫氣動密封、高壓氫環(huán)境應(yīng)變傳感等關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)明140MPa材料高壓氫脆原位檢測裝置，使我國成為擁有140MPa材料高壓氫脆原位檢測技術(shù)的3個國家之一；牽頭起草了金屬高壓氫脆檢測評價方法的國家標準，并牽頭制定了首部高壓儲氫容器產(chǎn)品國家標準；建立了首個國產(chǎn)材料高壓氫脆數(shù)據(jù)庫，為氫能高壓儲運設(shè)備研制提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

針對抗高壓氫脆設(shè)計制造難題，鄭院士團隊提出以抗氫脆焊接薄內(nèi)筒為核心的全多層高壓儲氫容器設(shè)計技術(shù)，與高壓氫氣接觸的薄內(nèi)筒采用抗高壓氫脆性能優(yōu)良的材料，其余則采用普通高壓容器用鋼。該技術(shù)利用薄內(nèi)筒抗氫脆，內(nèi)筒厚度約占筒體總厚度的1/8，通過厚鋼帶層承載，鋼帶逐層交錯螺旋纏繞在內(nèi)筒外，制造經(jīng)濟簡便；采用鋼帶纏繞引起的預(yù)壓縮應(yīng)力，提高容器疲勞壽命；通過全多層技術(shù)實現(xiàn)了容器中氫氣泄漏在線監(jiān)測的全覆蓋。

其團隊還發(fā)明了小孔內(nèi)置式曲面耦合超聲相控陣檢測技術(shù)，即在儲氫容器服役周期內(nèi)，通過特制的檢測設(shè)備，深入儲氫容器內(nèi)部對容器安全狀態(tài)進行“體檢”，解決了全多層高壓儲氫容器氫致?lián)p傷無損檢測難題，打通了全多層高壓儲氫容器從設(shè)計、制造、檢驗檢測的全技術(shù)鏈，同時解決了其經(jīng)濟性與安全性達到平衡的問題。其團隊在車載輕質(zhì)高壓儲氫技術(shù)研發(fā)方面也獲得了一系列成果，開發(fā)了隨車運動的高壓氫氣瓶，需要考慮火災(zāi)、頻繁快充、碰撞等極端服役條件下的安全性，為此其團隊發(fā)明了纖維全纏繞復(fù)合材料高壓氫氣瓶性能預(yù)測系列方法，實現(xiàn)了高壓氫氣瓶強度-壽命-耐火多維協(xié)同設(shè)計制造，并主導(dǎo)制定了高壓氫氣瓶產(chǎn)品國家標準。

基于上述創(chuàng)新性技術(shù)，成果轉(zhuǎn)化和落地也在有序推進。鄭院士牽頭制定了高壓儲氫主要國家標準9項，參與制定國家標準27項、聯(lián)合國全球技術(shù)規(guī)范UNGTR13等國際標準5項，有力推動了行業(yè)的科技進步及產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

在豐田常熟加氫站，以及為北京冬奧會服務(wù)的中石化北京慶園街加氫站、王泉營加氫站，鄭院士團隊主持研制的98MPa高壓儲氫容器正在安全服役，不僅容積達到1m³，為世界最大，而且成本低，同時，在線檢漏功能也大幅提升了容器的安全性。該研究成果已應(yīng)用于氫能高壓儲運全行業(yè)，該用戶包括中石化集團、國家能源集團、長城汽車、日本巖谷公司等國內(nèi)外知名企業(yè)，核心裝備在我國加氫站建設(shè)、氫燃料電池汽車發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的關(guān)鍵作用，該技術(shù)于2021年獲國家科技進步二等獎。

鄭院士團隊目前的主要研究工作有：承擔國家重點研發(fā)項目——加氫關(guān)鍵部件安全性能測試技術(shù)及裝備研究”；針對加氫站氫氣泄漏、自燃及加氫關(guān)鍵部件的斷裂等突出問題，聚焦加氫關(guān)鍵部件安全性能測試，自主研制測試裝備，制訂技術(shù)標準，構(gòu)建檢測平臺，為保障加氫站安全提供關(guān)鍵技術(shù)和檢測設(shè)備支撐。

關(guān)于臨氫材料及其極端條件下的實驗研究，蔣利軍老師與鄭院士進行了較為深入而專業(yè)的討論。氫能裝備的安全性與材料的選擇密切相關(guān)，鄭院士表示，他計劃制定一個可進行低壓、中壓、高壓、超高壓臨氫材料選擇的標準或指南，目前中國還沒有這樣的標準或指南。他正在參與修訂GB50177—2005《氫氣站設(shè)計規(guī)范》，許多問題亟待解決，比如，需要弄明白什么條件下可以使用低合金鋼，什么條件下可以使用高合金鋼？雖然美國航空航天局(NASA)發(fā)布過臨氫材料的選用指南，但該指南對實際情況而言并不全面，因為其只是定性給出了材料氫相容性等級，并未給出設(shè)計計算必需的臨氫材料性能數(shù)據(jù)。如果我們自己制定了這樣的指南，將會對我國氫能行業(yè)產(chǎn)生深遠影響。因為現(xiàn)在所有的制氫裝備、儲氫裝備都涉及到材料選用的問題，必須要科學實驗數(shù)據(jù)作為支撐，而且考慮到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，材料價格也是必須考慮的重要因素。

氫氣具有易燃、易爆、易滲漏的特性，要確保氫氣在超高壓、低溫等極端條件下安全應(yīng)用，相關(guān)實驗研究和標準必不可少，但一般的實驗室不具備實驗條件。蔣利軍老師認為中國需要能支撐整個國家氫能工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個氫能安全國家平臺，而鄭院士具備相應(yīng)的能力和條件，建議鄭院士參與有關(guān)國家平臺的建設(shè)，通過廣泛深入研究獲取科學數(shù)據(jù)，為制定標準提供支撐。鄭院士坦言，他們現(xiàn)在德清實驗室的工作人員正加班加點地進行實驗工作，他愿意迎接新的挑戰(zhàn)，但也倍感壓力。

關(guān)于氫氣或摻氫天然氣管道輸運到戶，作為生活、生產(chǎn)的清潔能源是否可行？還存在哪些問題？

針對上述疑問，鄭院士說，目前已有小規(guī)模示范應(yīng)用。迄今為止，荷蘭、德國、法國、中國等國家先后開展了多個摻氫天然氣管道輸送系統(tǒng)應(yīng)用示范項目。2004年，在歐洲委員會的支持下，國際上首次開展了“NATURALHY”項目，將氫氣注入高壓天然氣輸送管線，并通過配送管網(wǎng)輸送至最終用戶。該項目較為系統(tǒng)地研究了天然氣管道摻氫對包括天然氣輸送、配送及用戶終端在內(nèi)的整個系統(tǒng)的影響，為后續(xù)的摻氫天然氣管道輸送系統(tǒng)示范應(yīng)用項目創(chuàng)造了良好的開端。2017年，英國開展了“HyDeploy”項目，向基爾大學專用天然氣網(wǎng)絡(luò)和英國北部天然氣網(wǎng)絡(luò)注入氫氣，為住宅、教學樓、企業(yè)等供氣，探索在不影響終端用戶安全或改裝設(shè)備的情況下將氫氣混合到全國天然氣網(wǎng)絡(luò)中的可行性。2020年，澳大利亞開展了“WSGG”項目，利用風/光電來電解水制氫，并將部分氫氣注入Jemena公司的新南威爾士州天然氣網(wǎng)絡(luò)，為當?shù)鼐用窆┡?/span>

國內(nèi)摻氫天然氣管道輸送系統(tǒng)的示范應(yīng)用較少。2019年，國家電力投資集團公司與浙江大學合作，在遼寧省朝陽市開展了摻氫天然氣管道安全關(guān)鍵技術(shù)驗證示范項目，進行電解水制氫-天然氣摻氫-工業(yè)級民用用戶供能示范，為未來氫氣通過管網(wǎng)運輸提供經(jīng)驗。

目前氫氣或摻氫天然氣管道輸運到戶存在的主要問題有：管材及其焊接接頭與純氫/摻氫天然氣相容性，純氫/摻氫天然氣管道抗氫脆設(shè)計制造技術(shù)，純氫/摻氫天然氣管道運維安全保障技術(shù)（如安全狀態(tài)監(jiān)測檢測和評價技術(shù)、完整性管理技術(shù)等），缺少純氫/摻氫天然氣管道技術(shù)實證平臺。

當前有人認為天然氣摻氫不超過10%輸運就是安全的，鄭院士認為這樣的說法是不科學的。天然氣摻氫面臨的主要安全問題是氫脆，材料長期處于臨氫環(huán)境中易發(fā)生塑性降低、疲勞裂紋速率加快、斷裂韌性降低等性能劣化現(xiàn)象，更有甚者會引發(fā)管道過早失效，危及管網(wǎng)運行安全。摻氫天然氣在實際輸運過程中工況較為復(fù)雜，且混氫環(huán)境下，材料氫脆影響因素較多，與摻氫比、摻氫天然氣成分、應(yīng)力狀態(tài)、管網(wǎng)原始狀態(tài)等均相關(guān)，不能簡單地通過摻氫比這個參數(shù)來判斷是否可以安全摻氫輸運。

當前我國從中央到地方紛紛出臺多種支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，似有些“一哄而上”之嫌。政策扶持應(yīng)該注意哪些問題？產(chǎn)業(yè)配套標準是否能夠跟上技術(shù)的發(fā)展？如何做好氫能產(chǎn)學研融合發(fā)展？

鄭院士認為，國家支持氫能發(fā)展是國家發(fā)展戰(zhàn)略的需要，各級政府出臺一些扶持政策是值得肯定的，但以下3個方面的問題值得重視：

1)同質(zhì)化突出。政府帶動市場發(fā)展下，絕大多數(shù)氫能發(fā)展規(guī)劃聚焦氫燃料電池汽車全產(chǎn)業(yè)鏈：氫源、加氫站、核心零部件企業(yè)、整車廠。事實上，無整車龍頭企業(yè)和距離氫源比較遠的地區(qū)均不適合全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展氫燃料電池汽車；無雄厚經(jīng)濟實力和扎實產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的地區(qū)，也不適合全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展氫能。氫燃料電池汽車只是氫能的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)從大系統(tǒng)、多元應(yīng)用角度對氫能進行布局。

2)重電池輕供氫。燃料電池、供氫系統(tǒng)是氫燃料電池汽車的2個核心部件。財政部、工業(yè)和信息化部、科技部等5部委發(fā)布了《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》，僅對電堆、膜電極、雙極板、質(zhì)子交換膜、催化劑、碳紙、空氣壓縮機等基礎(chǔ)材料和關(guān)鍵零部件在推廣過程中進行綜合評價，優(yōu)異者可享受額外補貼。也就是說，受益企業(yè)為燃料電池關(guān)鍵零部件企業(yè)，而不包括供氫系統(tǒng)基礎(chǔ)材料和關(guān)鍵零部件企業(yè)，比如，生產(chǎn)高壓氫氣瓶、高壓氫閥、高壓儲氫容器、抗氫脆/氫滲透材料等的企業(yè)，這不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

3)自主制定的標準少。標準是推動產(chǎn)業(yè)穩(wěn)健發(fā)展的基本條件，鄭院士非常重視標準制定，他認為形成標準是技術(shù)成熟的一個重要標志。國家標準大致可分為3類：第1類是以自主技術(shù)為核心的國家標準；第2類是非等同采用國際標準的國家標準；第3類是等同采用國際標準的國家標準。我國的實際情況是第1類標準少，第2、3類標準多。標準制定面臨的最大問題是缺乏數(shù)據(jù)和工程實踐案例作為支撐。

截至2021年12月，全國氫能標準化技術(shù)委員會已組織制定氫能國家標準40項，其中，32項已正式發(fā)布，8項立項在研。相關(guān)標準基本涵蓋了基礎(chǔ)通用、氫質(zhì)量、氫安全、氫制備、氫儲運、氫加注和氫能應(yīng)用等方面，為支撐氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)范發(fā)展提供了重要支撐。鄭院士認為，現(xiàn)有的氫能標準體系是基于氫能交通應(yīng)用建立的，難以滿足氫能規(guī)?；?、多領(lǐng)域應(yīng)用的需要，亟待開展臨氫材料、可再生能源制氫、氫能安全可靠高效儲運、電氫能源系統(tǒng)等方面標準的研制工作。