在近期舉行的一次公開(kāi)研討會(huì)上，中國(guó)工程院院士、中國(guó)工程院原副院長(zhǎng)、國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會(huì)主任、中國(guó)金屬學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)干勇院士發(fā)表了主題為《中國(guó)氫能發(fā)展的幾點(diǎn)思考》的演講。

演講中，他提到：2050年氫在我國(guó)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(biāo)；開(kāi)創(chuàng)氫能重卡時(shí)代；固態(tài)儲(chǔ)氫在氫燃料電池汽車中的應(yīng)用有獨(dú)到之處等內(nèi)容。以下是演講實(shí)錄：

第一，我國(guó)發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的可行性。

國(guó)際氫能領(lǐng)域快速發(fā)展，美國(guó)、日本、歐盟、韓國(guó)在2030、2050有一定的規(guī)劃，特別是美國(guó)和日本國(guó)家的氫戰(zhàn)略已經(jīng)出來(lái)，而且歐盟最近動(dòng)作很快，在各種指標(biāo)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(bào)告里面預(yù)計(jì)本世紀(jì)中葉實(shí)驗(yàn)用氫達(dá)到5億3000萬(wàn)噸，現(xiàn)在我們國(guó)內(nèi)2500萬(wàn)噸的產(chǎn)量。原來(lái)并沒(méi)有把氫作為能源，原來(lái)是作為催化劑等，現(xiàn)在看來(lái)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(yīng)用場(chǎng)景非常豐富，除了交通運(yùn)輸以外，為什么現(xiàn)在氫能作為能源的高潮上來(lái)了，首先應(yīng)該感謝在交通運(yùn)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(yīng)用上的應(yīng)用場(chǎng)景。

保守估計(jì)，未來(lái)氫在我國(guó)終端能源體系中2050年占10%，我估計(jì)是10-15%。世界氫能巨頭們討論，他們認(rèn)為應(yīng)該到18%，所以氫能將成為我國(guó)能源戰(zhàn)略的重要組成部分，與電力協(xié)同互補(bǔ)，共同為終端能源體系的消費(fèi)主體可以帶來(lái)幾十萬(wàn)億新興產(chǎn)業(yè)。2050年我們占10%左右，氫能源到10%左右估計(jì)氫能產(chǎn)量要應(yīng)用到1億噸左右，我們知道1億噸標(biāo)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(wàn)噸，建筑包括我們分布式供電、供熱大概在1千萬(wàn)噸左右。

能源的經(jīng)濟(jì)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(jì)應(yīng)用。在經(jīng)濟(jì)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(dá)到5.7美元，光是制氫到30多塊錢(qián)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(qián)，但是這個(gè)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(qián)。在風(fēng)電、光電國(guó)內(nèi)我們算了一下“綠氫”成本，是有一個(gè)很好的表現(xiàn)。但是這種地區(qū)并不是太多，它要融合風(fēng)能，包括河北的張家口、吉林的白城等等光伏風(fēng)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(jì)性問(wèn)題還有一個(gè)主要是運(yùn)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(cè)算，每公里300萬(wàn)，每100km需要一個(gè)增壓站，管道的成本達(dá)到每公斤每百公里只要0.7元，這個(gè)是200bar長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸費(fèi)用的10%，我們降低現(xiàn)有常規(guī)運(yùn)氣費(fèi)用的90%，這個(gè)成本大幅下降，而且是液氫運(yùn)輸費(fèi)用的50%，將近降低了一半。隨著氫能應(yīng)用技術(shù)的成熟和大規(guī)模應(yīng)用，瓶頸技術(shù)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(chǔ)設(shè)施成本攤薄以后，和鋰動(dòng)力電池相比，400公里左右和純電動(dòng)汽車成本基本持平，略高一點(diǎn)。但是里程超過(guò)400公里的時(shí)候，它的程序和里程特性得以體現(xiàn)。因?yàn)檫@時(shí)候純鋰動(dòng)力汽車充電時(shí)間又長(zhǎng)，還不如氫燃料電池的經(jīng)濟(jì)性。

國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)整體水平和國(guó)際先進(jìn)水平的對(duì)比。褐色的部分是和國(guó)外差距比較大的，從制氫、儲(chǔ)氫到加氫，到氫能燃料電池系統(tǒng)等等，打鉤的部分和國(guó)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(kuò)散層、質(zhì)子交換膜、可靠性，包括燃料電池的耐久設(shè)備等等。電解槽國(guó)外做的很好，但是堿性電解槽我們和國(guó)外基本差不多。在儲(chǔ)氣環(huán)節(jié)里面，我們?cè)谲囕d儲(chǔ)氫罐和國(guó)外差距是有的，我們現(xiàn)在還達(dá)不到完全工程化。加氫機(jī)和氫氣壓縮機(jī)，包括膜電極噴涂設(shè)備、循環(huán)泵、空壓機(jī)，包括燃電電池系統(tǒng)檢測(cè)和氫氣檢測(cè)，和國(guó)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(dāng)。包括一些電路密度，包括下面鉑載量我們?cè)?.4-06克之間，國(guó)外達(dá)到小于0.2克，我們ORR活性在270毫安，國(guó)外在600毫安。

與氣氫相關(guān)的關(guān)鍵材料，高強(qiáng)度的纏繞碳纖維、聚合物氣瓶?jī)?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(dòng)式的氫氣存儲(chǔ)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(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到批量化、商業(yè)化的應(yīng)用。

第二個(gè)問(wèn)題是國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r。

剛才說(shuō)了膜電極和國(guó)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(wàn)套占了66%，即使到50萬(wàn)套也到62%，包括質(zhì)子膜、膜電極的成本很貴。但是我們國(guó)內(nèi)制定了支持中長(zhǎng)期膜電極計(jì)劃，但是有些指標(biāo)沒(méi)有達(dá)到，投入還不夠，大型企業(yè)的介入也不夠。

燃料電池關(guān)鍵材料——膜電極的國(guó)家發(fā)展目標(biāo)，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(shí)驗(yàn)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(wàn)小時(shí)，我們還有一些困難。質(zhì)子交換膜美國(guó)戈?duì)柟疽呀?jīng)到了100多萬(wàn)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(wàn)平米，我們的導(dǎo)電性能還有待提升。

國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和發(fā)展前景，形成了六個(gè)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(lái)，截止到2020年2月中國(guó)加氫站數(shù)量達(dá)到64座，有40個(gè)地區(qū)出臺(tái)了相關(guān)的氫能規(guī)劃，工程院還幫十幾個(gè)省份做氫能規(guī)劃，最近廣東和山東已經(jīng)通過(guò)了驗(yàn)收。2019年國(guó)內(nèi)燃料電池汽車運(yùn)行總量超過(guò)6千輛。支持政策也“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”的方式發(fā)放補(bǔ)貼，地方也有政策。

我舉個(gè)例子，因?yàn)槲以阡撹F系統(tǒng)，河北鋼鐵很早就準(zhǔn)備利用鋼鐵行業(yè)工藝大量的產(chǎn)氫，而且地處河北進(jìn)行柴油機(jī)的改進(jìn)，建立統(tǒng)一的加氫站，每天500公斤，現(xiàn)在開(kāi)始運(yùn)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(gè)全省的統(tǒng)一行動(dòng)，所以在一個(gè)大區(qū)域上進(jìn)行氫能發(fā)展是最有利的。氫能產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)，特別是氫源的供給非常重要，必須是統(tǒng)一行動(dòng)，有一個(gè)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(guó)是第一，焦?fàn)t煤氣也很厲害，所以它的氫氣的產(chǎn)能副產(chǎn)氫將近90萬(wàn)噸，光現(xiàn)存的達(dá)到75萬(wàn)噸。氫最好用的我們認(rèn)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(dòng)。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(guó)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(guó)掌握在一個(gè)國(guó)企里面，沿途120多個(gè)服務(wù)站可以統(tǒng)一布局，決策非?？?，沒(méi)有任何的政策障礙和人為障礙，所以山東條件還是不錯(cuò)的。

大家知道廣東的進(jìn)展很快，特別是佛山，已經(jīng)建成了17座加氫站。我們和美國(guó)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(yùn)。我們補(bǔ)貼政策也很不錯(cuò)，最多可以補(bǔ)貼到每個(gè)加氫站800萬(wàn)，美國(guó)的商用或者公交車也是有在補(bǔ)貼。

這是廣東省“一環(huán)三線”的規(guī)劃，上個(gè)禮拜剛剛進(jìn)行了驗(yàn)收，近期要達(dá)到一萬(wàn)輛新燃料電池的運(yùn)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(dá)，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(lái)了，新燃料電池要大量推廣有一定的市場(chǎng)限制，但是可以作為技術(shù)驅(qū)動(dòng)型，運(yùn)氫、輸氫、加氫、儲(chǔ)氫，包括加氫站、標(biāo)準(zhǔn)、示范縣向全國(guó)輸出技術(shù)，這是屬于技術(shù)輸出型的，有的省純粹是環(huán)保驅(qū)動(dòng)型的。山西省每年外輸6噸煤，50%是公路運(yùn)輸，柴油大卡不得了，每車50噸，需要893萬(wàn)車次來(lái)運(yùn)煤，運(yùn)距1000公里計(jì)算，單車次消耗柴油250千克，共223萬(wàn)噸。2050年山西省及京津冀地區(qū)燃料電池預(yù)測(cè)消耗氫氣約1400萬(wàn)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(wàn)噸左右，可滿足6萬(wàn)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(yīng)用場(chǎng)所，他們也在做新的規(guī)劃。

云南很有意思，云南水資源開(kāi)發(fā)力特別大，在全國(guó)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(gè)被廢掉的有色金屬的礦，這個(gè)礦還不是煤礦，可以作為儲(chǔ)氫或者是儲(chǔ)二氧化碳的一個(gè)大倉(cāng)儲(chǔ)，成本很低。儲(chǔ)能的時(shí)候，二氧化碳沒(méi)有容器，我就可以進(jìn)入巷道、廢氣的礦山。德國(guó)大學(xué)的教授們對(duì)這一點(diǎn)了解的比我們還清楚，他說(shuō)這是人類利用大的空間可以低成本儲(chǔ)氫，或者把二氧化碳進(jìn)行采集儲(chǔ)存在這里。

全球氫能競(jìng)爭(zhēng)中我們還沒(méi)有占據(jù)優(yōu)勢(shì)，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(guān)鍵問(wèn)題，我們希望粵港澳、長(zhǎng)三角、京津冀等等全省一盤(pán)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(guó)完整地部署加氫站。

第三個(gè)問(wèn)題就是開(kāi)創(chuàng)氫能的“重卡時(shí)代”。

首先中國(guó)應(yīng)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(shí)代”。因?yàn)椴裼偷趸锱欧帕空寂欧趴偭?8.3%，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(diǎn)適合長(zhǎng)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(dá)到了示范經(jīng)濟(jì)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(lái)源有保障，可實(shí)現(xiàn)氫源供應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。港口交通發(fā)達(dá)，可以開(kāi)創(chuàng)氫能“重卡時(shí)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(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用。國(guó)內(nèi)的主要海港，按照一個(gè)月貨物60%的公路運(yùn)輸比例，估算重量2.36億噸，約1600萬(wàn)車次，需消耗柴油400萬(wàn)噸，折算氫氣240萬(wàn)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(yùn)輸可以用鐵路，最終解決還是柴改氫的問(wèn)題。

開(kāi)創(chuàng)氫能“重卡時(shí)代”，優(yōu)先發(fā)展氫能源商用物流車是我們的重點(diǎn)，唐山地區(qū)鋼鐵產(chǎn)能超過(guò)1億噸，占河北省55%，占全國(guó)13%，煤炭、鐵礦石及鋼鐵等物品運(yùn)輸總量6億噸/年，還有3600萬(wàn)噸焦炭，可提純氫氣約50億立方米，足夠3萬(wàn)輛重卡運(yùn)行。一氧化碳、氮氧化物、顆粒物就會(huì)下降，空氣就會(huì)好起來(lái)。所以河北看到這一點(diǎn)，首先要搞重卡，在港口，在唐山，這個(gè)戰(zhàn)略是對(duì)的。

第四個(gè)問(wèn)題，鋼鐵行業(yè)的氫循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

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(dòng)氫能利用，因?yàn)闅湟苯鹄锩嬗泻苤匾臍湟庾R(shí)。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(dāng)高，是高純鐵水，如果全部用氫，這個(gè)鐵水就沒(méi)有碳，就叫不銹鐵，耐蝕能力超過(guò)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(kāi)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(dòng)，抓兩頭，促中間，抓用氫和制氫，促進(jìn)儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、加氫的發(fā)展，本身它自己有一百萬(wàn)噸氫能源，它豐富的煤氣資源70萬(wàn)噸，焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣等等，所以他的方向首先是氫能冶金技術(shù)，我覺(jué)得是非常重要的渠道，對(duì)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(shí)候，有個(gè)中科煉化準(zhǔn)備搞焦?fàn)t煤氣，減輕成本，這個(gè)我就不說(shuō)了。氫冶金已經(jīng)開(kāi)始全面啟動(dòng)。瑞典在實(shí)驗(yàn)中認(rèn)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(gè)數(shù)會(huì)隨著氫氣的提升改變，在經(jīng)濟(jì)上也可以算過(guò)賬來(lái)。

最后一個(gè)講固態(tài)儲(chǔ)氫。

我認(rèn)為固態(tài)儲(chǔ)氫在氫燃料電池汽車中的應(yīng)用有它的獨(dú)到之處。體積儲(chǔ)氫密度高、能效低、能效高。它的體積儲(chǔ)氫密度很高，質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度也很高，達(dá)到7.6，達(dá)到美國(guó)能源部的中期目標(biāo)，壓力、溫度、密度非常好，特別是體積儲(chǔ)氫密度，最近在常州有個(gè)公司共享助力單車用了固體儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫瓶，儲(chǔ)氫量也很大。固態(tài)儲(chǔ)氫為氫能源的“電電混動(dòng)”的氫能源汽車將成為新技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)氫，壓力幾乎是常壓，沒(méi)有任何風(fēng)險(xiǎn)，每個(gè)高速鐵路的服務(wù)站都可以出售這種氫氣瓶，用完就換，用來(lái)加速用的，常規(guī)情況下就可以用氫能，固態(tài)儲(chǔ)氫的作用非常大。

我們可以看到它的商業(yè)模式和經(jīng)濟(jì)可行性、技術(shù)路線已經(jīng)在出現(xiàn)，固態(tài)儲(chǔ)氫為氫源的燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù)，產(chǎn)品已經(jīng)出來(lái)了，而且安全性高，現(xiàn)在出來(lái)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(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫能力非常強(qiáng)。一個(gè)兆帕續(xù)航歷程80公里，2.2升的體積儲(chǔ)27克，所以固態(tài)儲(chǔ)氫是氣體儲(chǔ)氫的設(shè)備。

最后我的結(jié)語(yǔ)就是國(guó)際能源署給日本提供報(bào)告的六個(gè)建議和四個(gè)機(jī)遇。

第一，在長(zhǎng)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(fēng)險(xiǎn)。

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(biāo)準(zhǔn)。

第六，參與國(guó)際事務(wù)并跟蹤進(jìn)展。

四個(gè)機(jī)遇，這是國(guó)際能源署做的。

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

2、以現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施為基礎(chǔ)，如數(shù)百萬(wàn)公里的天然氣管道可以長(zhǎng)期運(yùn)輸業(yè)可以純氣運(yùn)輸。

3、通過(guò)車隊(duì)，貨運(yùn)和走廊擴(kuò)大運(yùn)輸中的氫氣。

4、啟動(dòng)氫貿(mào)易的第一條國(guó)際航線。如果全世界變成一個(gè)共同行動(dòng)，國(guó)際上的互補(bǔ)性會(huì)出來(lái)，為全球能源系統(tǒng)產(chǎn)生重要的影響。

上面是我的幾點(diǎn)思考，不對(duì)之處請(qǐng)大家批評(píng)指正，謝謝！

來(lái)源：高工氫電網(wǎng)