鉅大LARGE | 點擊量：253次 | 2023年05月30日
氫能如何改變我們的未來？
世界主要發(fā)達經(jīng)濟體，已經(jīng)把氫能源的利用放到了一個戰(zhàn)略的高度來對待！
面對全新的世界能源格局，我們該做何選擇？我們該如何利用現(xiàn)有條件降低制氫成本？如何推進氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展和商業(yè)化步伐？
2019年5月16日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作客CCTV-2央視財經(jīng)頻道《中國經(jīng)濟大講堂》深度解讀《氫能如何改變我們的未來？》。
干勇院士從5個方面進行了深入淺出的講解：
一、氫燃料電池有哪些顛覆式應用？
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
二、氫能安全嗎？
三、氫能是霧霾終結(jié)者嗎？
四、氫能離我們還遠嗎？
五、我國氫能產(chǎn)業(yè)如何突破？
以下為文字部分整理：
一、氫燃料電池有哪些顛覆式應用？
氫燃料電池是一個移動式的發(fā)電機，沒有熱循環(huán)，效率可達90%
世界氫能理事會二十一世界人類必須要進入氫時代，2050年氫能將占到總能源消耗的18%；使每年的二氧化碳排放量減少約6萬億噸，并貢獻大約20%的額外減排；氫能和氫技術(shù)將帶來年收入超過2.5萬億美元的市場，為全球提供3000多萬人工作機會。
氫能除了在汽車上應用，在深海潛水、在無人機中，只要是移動器件需要動力的地方，氫燃料電池都可以用上去。
高鐵大家都很熟悉，非常便利，但是它的致命弱點在電上，遇到什么自然災害，一旦斷電，如果這輛火車停在沙漠上，沒有儲備能源，人就可能在那兒被曬死了。所以氫燃料電池就可以在那用。
5G時代所有的基站，它的能源體系，供電系統(tǒng)也可以用它。還有分布式發(fā)電，實際上每家每戶都可以放一個氫的燃料電池，這么一個發(fā)電小裝置，可以把家庭里面的加熱、冷卻；所有的家用電器、包括汽車，都可以解決。就是一個氫氣管道進入家庭，就可以供給所有需要的能源，而且非常方便，甚至當外面沒電的時候，它還可以成為一個發(fā)電供電的來源，可以平衡整個電網(wǎng)。原來我們的電網(wǎng)就是有波峰波谷，有了這個分布式發(fā)電，實際上可以做一個很好的動態(tài)的協(xié)調(diào)、調(diào)整；來提高我們的發(fā)電效率和網(wǎng)絡的運行質(zhì)量。
氫能源做的燃料電池和鋰動力電池比較，鋰動力電池要作為主動力電源的話，在重載特種、航天或者是大型的移動器件上，它的續(xù)航里程不夠，它的能量密度也沒有氫燃料電池高，這個方面應用的優(yōu)勢不如氫燃料電池。氫是（汽）油的能量密度的3倍以上，所以特種航天，大功率的這種運輸工具，用氫燃料電池是非常適合的。
二、氫能安全嗎？
實際上氫能，作為燃料總是有它一定的危險性。但它燃燒起來以后的氣味沒毒。
在燃料爆炸性方面，氫的擴散速度是汽油的12倍。很快擴散開，可能一下一股火上去，但是它不會引起其他的更加嚴重的后果。
事實上，氫如果定好標準，按照整個用氫規(guī)則來，沒有危險。
原來我們把它作為危險化學品，因為用量不多，人們沒有統(tǒng)一認識它，而且沒有制定系統(tǒng)的標準。如果作為一個大能源，它實際上可以來重新制定使用規(guī)則，運氫、加氫、儲氫、制氫的規(guī)則標準，那么這個實際上就安全了。
三、氫能是霧霾終結(jié)者嗎？
霧霾形成的顆粒物當中，約三分之一來源于汽車尾氣排放，一般在29%-45%，這當中柴油車占了約70%。這個問題必須要解決，特別是中國的港口，柴油車非常集中。
以唐山地區(qū)為例，物流量非常大，是重化工區(qū)，一個城市有一億噸鋼以上的產(chǎn)能，超過好幾個國家的總和。一噸鋼大概造成的物流量是五噸到六噸左右，它最方便的是用重型卡車來運輸，從港口到鋼廠唐山大概200多萬輛車里面，有將近20萬輛的柴油車，排放量很大，這個污染還是很嚴重。所以我們覺得在這個地方要實行柴改氫，將會有效地減輕京津冀一帶，霧霾形成的壓力。
從燃料電池本身的特性來看，它適合重載遠距離續(xù)航，所以在港口來回跑，600-1000公里沒有問題，重載也沒問題。柴油車比較密集的港口，所以容易布局加氫站。而且國內(nèi)港口在物流集散地上都是重化工地區(qū)，工業(yè)副產(chǎn)氫豐富，港口距離海邊很近，海上的運輸，以后的氫燃料的來源也是很容易的。
可以在港口先解決氫，以環(huán)境來驅(qū)動氫能和氫燃料發(fā)展，所以柴油、柴改氫這種說法是代表了我們一種技術(shù)路線的方向。每一個鋼廠都有它的汽車管理隊，比如河北鋼鐵，有2萬多輛汽車統(tǒng)一加氫，加氫站布局非常容易。
要沿著乘用車的路線去布局，先從港口的柴油車啟動，是非常有現(xiàn)實意義的。大量地密集地使用氫，加氫站的建設(shè)規(guī)模就可以大，現(xiàn)在我們搞200公斤、每天300公斤、500公斤的加氫站，這個效率很低，因為你加多了沒用，你搞一噸、兩噸的沒有那么多車來加氫，它分散的很。但是在港口不一樣，加氫站可以到3噸、可以到5噸每天，加氫站的效率就很高，可以降低加氫站的成本，而增加加氫站的工作效率，最后在這個地方可能出現(xiàn)什么情況呢？氫燃料車重卡用氫的成本達到每公斤達到40元左右，能和柴油車的成本相當，能夠進行商業(yè)化運行，而不是一直賠錢賠下去，國家補貼下去。
氫燃料電池汽車，氫的成本每公斤65-70元，國家需要每公斤補20元才能運行下去，總不能這樣一直補貼，制氫運氫的目標成本大概在每公斤22元（運到加氫站的價格）左右，這是可以接受的，所以說為什么在柴改氫，在港口的重卡上先進行，我覺得這個意義就在這個地方。
唐山到2019年12月31號從港口到鋼廠公路要改成鐵路，但是，光是公路改鐵路解決不了最終問題，最好輔助以“柴改氫”，就是柴油車用氫燃料汽車來代替它。如果這樣走通了的話，實際上我們在港口城市都可以示范。如果現(xiàn)在我們在京津冀地區(qū)先建立氫能的利用體系，那2030年不到，就可以在很短的時間之內(nèi)把京津冀的霧霾問題部分解決掉，或者是根本解決掉，一些粉塵問題可以解決，二氧化碳溫室氣體可以大量減少。
四、氫能離我們還遠嗎？
1、世界氫能發(fā)展現(xiàn)狀如何？
歐盟把氫能源的發(fā)展作為了一個主體計劃，2017年他們啟動了氫動力汽車聯(lián)合開發(fā)的計劃項目。2019年歐洲又發(fā)布了氫燃料電池發(fā)展的技術(shù)路線圖。
2015年，美國在燃料電池和氫能源技術(shù)的發(fā)展報告里面提出，大力投資發(fā)展與先進氫能和燃料電池技術(shù)相關(guān)的發(fā)展計劃，所以現(xiàn)在美國的35個州的加氫站開始運行了。特別是加州，加州的推廣很有意思，美國加州在2018年就有將近37座加氫站。因為加州是一個長條形的，它在公路上布局得非常合理。當時加州的州長叫施瓦辛格，是一個演員，但是他對于氫能作為能源的作用非常敏感。每一批豐田的乘用車的訂貨銷售里面，他就要求加一定比例配額的新能源汽車，而且提出要有氫燃料汽車。他說你把計劃做好，你每年供我多少，我根據(jù)氫燃料汽車的數(shù)量我來配備加氫站，這非常有戰(zhàn)略眼光。所以，目前加州在氫能汽車的示范應用中走到前面，加氫站的布局也非常合理，作出了示范樣板。到2019年，美國動用了3100萬左右美元來進行整個推進氫規(guī)?；瘧玫挠媱?。
當然我認為值得一提的是日本，豐田這些年來沒有停止氫燃料電池的研發(fā)，氫燃料電池在交通上的工程化應用，他們作出了很大貢獻。當然他們也申請了上萬個專利，他們也不是說把所有的專利都封鎖，因為氫對全人類都有好處。日本政府首先把氫能發(fā)展作為國家戰(zhàn)略，制定了“三步走”的一個戰(zhàn)略，到2025年它要擴大氫的使用范圍，大概整個裝置氫能的發(fā)電裝置要到140萬臺，家庭的分布式的發(fā)電要到560萬臺，相當于十分之一的日本家庭戶數(shù)。到2030年它要全面建立氫能的供應系統(tǒng)，到2040年它確定要實現(xiàn)二氧化碳零排放的供氫系統(tǒng)這么一個目標來進行。當然這里面主要是在煤制氫或者是化石能源制氫中要把二氧化碳進行捕集、封存或者利用才能達到這個目標。
韓國現(xiàn)在也開始了氫燃料電池和氫能源的開發(fā)，大概2020年計劃建立80座加氫站。
2、我國氫能發(fā)展有何優(yōu)勢？
首先，國家高度重視氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。早在2006年，實際上國家中長期的科學發(fā)展綱要里面就對氫能和氫燃料電池進行了規(guī)劃。在后來中國制造2025國家節(jié)能與新能源汽車路線圖上也把氫能源和燃料電池汽車作為了一個發(fā)展的主要方向。2016年國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016-2030）》，里面也包括了氫能和燃料電池應用。我國2019年《政府工作報告》提出，“推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)?！碑斍罢麄€氫能和氫燃料電池汽車的應用掀起了高潮，現(xiàn)在看來，在北京、上海、天津，包括湖北、重慶、浙江、廣東都開始了汽車氫燃料電池的研發(fā)和商業(yè)化的試運行。
實際上，中國制氫的工業(yè)基礎(chǔ)還是很雄厚的，制氫能力在全世界也是排在最前面的。在氫還沒有作為重要能源的時候，它作為催化劑、作為還原劑大量應用，比如合成氨煉油加氫，我們大概有每年2500萬噸的氫的產(chǎn)能，產(chǎn)量也在2000萬噸以上，這在全世界是排第一的。這里邊有97%的氫氣來自于化石能源，煤氣化制氫1000萬噸以上，天然氣制氫大概在300萬噸以上，工業(yè)副產(chǎn)氫大概在800萬噸以上，包括電解水制氫也在100萬噸左右。
當然，我們工業(yè)副產(chǎn)氫現(xiàn)在可以達到99.999%的純度的氫氣，我國未來開發(fā)氫氣潛力巨大，市場巨大，我們的商業(yè)用車、港口用的卡車、物流車，只要我們要用的乘用車，數(shù)量加起來都是很大的。
3、多地競相發(fā)展氫能源
我國的氫能產(chǎn)業(yè)正在進行區(qū)域布局，現(xiàn)在已經(jīng)有20個省市正在做氫能的發(fā)展規(guī)劃和氫燃料汽車的發(fā)展規(guī)劃，而且已經(jīng)形成了6個地區(qū)，華東、華中、華南、華北、東北、西南六個氫能和氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)群，涌現(xiàn)出像上海、如皋、佛山、張家口、武漢等有代表性的一些城市。我們知道上海汽車集團在氫燃料電池汽車方面，首先推出包括乘用車、輕型貨車等等，而且它110千瓦的氫燃料電池的電堆技術(shù)比較成熟。
另外就是廣東的佛山，有一個人物叫許國，是副市長，我們叫他氫能源市長，非常重視氫能源發(fā)展，把它作為未來的一個戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。他在佛山云浮建立了一個氫能氫燃料汽車示范區(qū)，已經(jīng)有四座加氫站在運行，而且2019年還有若干座要投產(chǎn)，包括三個基地在這兒建設(shè)，一個佛山的高明，包括佛山的云浮和廣東新能源汽車的基地，也包括佛山南海。他建立了三個基地。
張家口是國務院批準冬季奧運會上可再生能源的示范區(qū)，在19個縣區(qū)全面布局加氫站，在冬奧會上全部都用氫燃料汽車。而且中國首條自動化氫燃料電池的發(fā)動機大批量地應用在這兒要正式投產(chǎn)。
當然還有江蘇的如皋，那是聯(lián)合國作為一個氫能源發(fā)展的示范城市，如皋現(xiàn)在有兩條30千瓦的電堆生產(chǎn)線。氫燃料電池要求到“十三五”期末到數(shù)十萬輛的規(guī)模，產(chǎn)值要超過千億元。
還有一個就是山東，提出了建立“氫谷”的概念，這是省委、省政府的一個全面號召，而且制定了一個總體規(guī)劃。為什么呢？第一它電解鋁全國第一，產(chǎn)生的副產(chǎn)氫多；第二它的焦炭有4400萬噸，每噸焦炭有400立方米的焦爐煤氣，含純氫是55%，另外它的氯堿工業(yè)發(fā)達工業(yè)副產(chǎn)氫是很不錯的，它們煤制氫的能力很強；第三它的高速公路是掌握在一家國有企業(yè)手里，高速公路上有120個服務站可以布局，在這兒很容易布局加氫站來形成示范；另外它是一個大的區(qū)域體系，離山西也很近，管網(wǎng)運氫這種設(shè)想可能實現(xiàn)。它海岸線很長，海上的風機發(fā)電能力可以用來制氫，而且最重要的是，在山東出現(xiàn)了一個對氫著迷的人物——譚旭光董事長，他現(xiàn)在是山東重工集團、中國重型汽車集團的董事長。他很多年前就意識到柴油發(fā)動機以后可能要被氫發(fā)動機代替，他要啟動氫能發(fā)動機的研發(fā)。所以這些年他幾乎就在國外，悄悄地在收購巴拉德的股份，后來他占了巴拉德19.9%的股份，成為相對的第一大股東。他利用加拿大巴拉德的燃料電池的技術(shù)，想很快地把它的氫能和氫燃料電池發(fā)動機產(chǎn)業(yè)搞起來，現(xiàn)在看來正在進行而且決心很大，他準備投500個億來做這個研發(fā)平臺。
目前我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊，但要實現(xiàn)快速健康發(fā)展需要改變氫能生產(chǎn)主要依賴化石能源、清潔能源制氫和氫作為能源利用規(guī)模還比較小的現(xiàn)狀。攻克質(zhì)子交換膜組、發(fā)動機、傳感器等氫核心產(chǎn)品技術(shù)難點，并且要解決氫氣輸送網(wǎng)絡系統(tǒng)不成熟，商用化應用不足等現(xiàn)實問題。我們該如何利用現(xiàn)有條件降低制氫成本？如何推進氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展和商業(yè)化步伐？干勇院士對我國氫能發(fā)展利用又有怎樣的真知灼見？
五、我國氫能產(chǎn)業(yè)如何突破？
1、推進氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，布局氫能產(chǎn)業(yè)示范區(qū)
現(xiàn)在國內(nèi)氫燃料電池上得還是多了一點、快了一點，在氫能的利用上千萬不能先車后氫，至少是車和氫要同步。我們認為應該氫體系先行，叫“兵馬未動糧草先行”，對于燃料電池和燃料電池汽車可以說有力地推動，否則欲速則不達。因為氫能產(chǎn)業(yè)鏈長，它橫跨能源、化工諸多領(lǐng)域，氫體系也很復雜，所以推進氫全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，要以企業(yè)為主體，也得有資本為紐帶，集中國內(nèi)優(yōu)勢單位把團隊力量搞強，然后把氫體系全產(chǎn)業(yè)鏈的規(guī)劃拿出來。
在氫燃料電池汽車發(fā)展中，氫能供應體系要先行，來有序發(fā)展。當然我們希望最好是根據(jù)每個區(qū)域它的特色，它的能源稟賦，它的環(huán)境條件，它的技術(shù)能力來規(guī)范每個地區(qū)的氫能和它的發(fā)展方向、發(fā)展規(guī)劃?；浉郯拇鬄硡^(qū)我們認為可以建議它做一個加氫的供應網(wǎng)絡基地；長三角它是可以把氫能源燃料電池和管網(wǎng)的建設(shè)同時啟動起來，以技術(shù)和環(huán)境為驅(qū)動，形成一個綜合性的、輻射長江流域的氫走廊；海南的地域很有意思，它是可以封閉的，它有環(huán)島高速公路，它已經(jīng)定出它的規(guī)劃，2030年以后是不準燃油車上島，它要保持它的整個藍天白云環(huán)保的優(yōu)勢，這時候它可以布局，氫燃料汽車在它的環(huán)島公路上加氫站的布局，所以它可以制定這樣應用的戰(zhàn)略。
山西是一個能源輸出大省，它每年有六億噸煤要輸出來，它非常希望以后輸出的不是煤而是清潔能源，所以要是在山西搞煤制氫，山西省煤制氫輸出氫氣向周圍，那是太漂亮了。但是有一個重要技術(shù)要突破，就是在化石能源制氫過程中產(chǎn)生的二氧化碳的捕集、收集和利用。如果這個問題能解決，這個技術(shù)能突破，將在全世界作出一個非常好的示范，這個技術(shù)人類早晚是要把它攻破下來的。
像云南，水資源豐富，有色資源的廢礦區(qū)很多，所以最近德國人來了，說這兒好啊，銅礦、錫礦等數(shù)千座礦山的廢礦在那兒，制氫以后，就可以把氫儲在這兒。你水電很豐富，每年棄水三百億度電的水棄掉了，用這個電來制氫，作為儲能把它儲到哪兒了？儲到廢礦井里面，成本很低。
2、建立氫能國家重大專項，開創(chuàng)氫能重卡時代
我們建議設(shè)立國家重大專項來解決產(chǎn)業(yè)鏈中的重大技術(shù)裝備和工程問題，像液態(tài)儲罐70兆帕儲罐的氫氣管網(wǎng)和大規(guī)模制氫的技術(shù)，包括區(qū)域內(nèi)制氫，這些三大技術(shù)體系的一些重要的技術(shù)問題，還有一些材料裝備。重型柴油車密集的港口在中國有很多，從張家港、黃驊港、連云港到青島港都是重化工聚集地區(qū)。唐山港一億多噸鋼，黃驊港、邯鄲地區(qū)也是五六千萬噸鋼，到山東的臨沂這是最大的物流基地，柴油車密集。我們提出來一個中國在發(fā)展氫能和氫燃料電池汽車的技術(shù)路線，我們認為應該開創(chuàng)氫能的重卡時代，提出這么一個口號來帶動氫能和氫燃料電池汽車的發(fā)展，優(yōu)先發(fā)展氫能的商用物流車。
現(xiàn)在國際上，豐田、尼古拉和現(xiàn)代在重卡汽車上已經(jīng)開始突破。國內(nèi)山東濰柴也把目標集中在重卡和大功率的氫燃料電池上，它準備搞200千瓦的氫燃料電池，而且在海南咱們都見證了它和神華集團簽訂了350噸的重型礦車的氫燃料電池的戰(zhàn)略性框架協(xié)議。咱們看看我們的主要港口，從唐山港、天津港、大連港、青島港、上海港等，2019年1月份，就一個月，它的貨物運輸量巨大，由5000萬噸到9000多萬噸。如果按照60%的公路運輸比例來看，那么整個重量估算是2.36億噸，集裝箱800萬標準箱。如果是每車運輸30噸的重卡，運距1000公里，單車消耗柴油250公斤，那么這樣一看，要達到1600萬次，要把這些貨物運完消耗柴油要到400萬噸。400萬噸這個排放可是不得了，折算氫氣每個月240萬噸，所以按照100公里15公斤的重卡消耗的氫，消耗的氫氣量3000萬噸，很不得了。3000萬噸的氫上來以后，我們要減排近4億噸左右的二氧化碳。所以在物流密集的港口地區(qū)我們一定要首先啟動氫系統(tǒng)的建立和重卡氫燃料車的試運行。
3、充分利用廢棄電力，降低制氫成本
我們國家確實在可再生能源上下了大工夫，風電、光伏電池、水電、生物質(zhì)能源，包括核電我們發(fā)展都很快。特別是風電和光伏電池，就僅這兩樣，目前已經(jīng)建成了全世界幾乎接近一半的裝機容量。中國每個小時有兩千個太陽板在建設(shè)安裝，每個小時有兩個風機在建設(shè)，速度很快。但是棄風、棄水、棄光的現(xiàn)象很嚴重，為什么呢？可再生能源風電、光電不穩(wěn)定，所以很多地方建了風電、光伏沒有全部利用。另外上國家電網(wǎng)困難，我們大概每年有1000億度電是棄掉了的，這一部分是作為制氫的電源是非常有利的，成本低，它這個電是多余的，我們撿回來的。它還可以生成大量的氫氣，大概每年有224億立方米可以利用。
在國家制定整個氫能發(fā)展的國家戰(zhàn)略中要利用好現(xiàn)在棄光、棄風、棄水這1000億度電。包括優(yōu)先利用工業(yè)副產(chǎn)氫，工業(yè)副產(chǎn)氫有多少？1000萬噸。這兩個“1000”我們要用好。比如說吉林的白城，它要建3000萬千瓦的風電、風能和光伏電能，我們就可以給它制定一些以氫能為載體的新能源開發(fā)的技術(shù)路線，制氫技術(shù)采用一種堿性電解水的工藝，最后它的成本到氫的時候含稅價大概也就在18—20元左右每公斤，這樣供給加氫站，這就可能有一定的利潤了，可以有商業(yè)運作的模式進行了，而且還有進一步降低成本的空間。所以在密集的港口地區(qū)從物流或重卡起步以建氫能體系為基礎(chǔ)，解決當前的霧霾或環(huán)境緊迫問題，我認為當前比較好的一個發(fā)展路線。當然氫燃料電池研發(fā)我們也是支持的，但是你必須要具備相當?shù)母偁幜Γ矣谐掷m(xù)的研發(fā)能力，要趕上國外的氫燃料電池的水平，要把功率提上去，要把運行質(zhì)量提上去，成本降下來。
中國是一個工業(yè)化進程速度非?？斓膰?，建立高效的合理的氫能源體系，促進可再生能源的利用，改善人類的居住環(huán)境和提高生活質(zhì)量對我們尤其重要。我們利用氫系統(tǒng)以后我們的電網(wǎng)會更加智能，更加高效，更加合理，更加節(jié)能。以推動氫能重卡時代為代表，來把我們的氫能和氫燃料電池的事業(yè)、產(chǎn)業(yè)往前發(fā)展推進，這是一個比較好的路線。支撐我們制造強國建設(shè)，人類在二十一世紀肯定要進入氫社會和氫時代，我覺得有信心來完成歷史交給我們這一代人的任務，把氫能的發(fā)展、氫能源的利用這個歷史任務圓滿完成！
