氫能：新能源的“灰犀牛”？

     6月26日，我國(guó)首部《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)》（以下簡(jiǎn)稱《白皮書(shū)》）正式發(fā)布?！栋灼?shū)》指出，氫能將成為中國(guó)能源體系的重要組成部分。

     《白皮書(shū)》預(yù)計(jì)，到2050年，氫能在中國(guó)能源體系中的占比約為10%，氫氣需求量接近6000萬(wàn)噸，年經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值超過(guò)10萬(wàn)億元；全國(guó)加氫站達(dá)到1萬(wàn)座以上，交通運(yùn)輸、工業(yè)等領(lǐng)域?qū)?shí)現(xiàn)氫能普及應(yīng)用，燃料電池車產(chǎn)量達(dá)到每年520萬(wàn)輛。

     不僅是中國(guó)，全球現(xiàn)在都在對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)加速布局。然而，就在氫能當(dāng)紅時(shí)，當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月10日，位于挪威首都奧斯陸郊外的一座加氫站發(fā)生爆炸，并引發(fā)連鎖反應(yīng)，目前，豐田和現(xiàn)代汽車都已宣布停止在挪威銷售氫燃料電池汽車。

     對(duì)此，有人將氫能稱為最有可能成為新能源革命的“灰犀?！薄Ｒ?yàn)榛蚁ｋm體型笨重、反應(yīng)遲緩，但一旦它向你狂奔而來(lái)，卻會(huì)使你猝不及防，直接被撲倒在地。

那么，面對(duì)氫能這頭“灰犀牛”，我們做好準(zhǔn)備了嗎？

危險(xiǎn)性是可控的

     不管從哪個(gè)角度看，氫能都很“火”。一方面，氫能作為零排放能源，被視作21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗涣硪环矫?，接連爆炸也讓氫燃料電池汽車的安全性再成焦點(diǎn)。

那么，氫能來(lái)了，安全性會(huì)成為掣肘嗎？

     “氫氣是可燃性氣體，當(dāng)它與空氣混合在4%~74%，可產(chǎn)生燃燒和爆炸；氫的點(diǎn)火能量極低，僅0.02毫焦。但是，氫在空氣中擴(kuò)散極快，所以在露天環(huán)境下，氫比汽油、天然氣更安全?！敝袊?guó)工程院院士、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員衣寶廉在接受采訪時(shí)說(shuō)，“天然氣與氫有一定相似性，均易燃易爆，密度也均小于空氣，運(yùn)行模式也是高壓氣態(tài)?，F(xiàn)在中國(guó)有近萬(wàn)座天然氣加氣站，有近650萬(wàn)輛天然氣汽車，均處在安全可控條件下運(yùn)行?！?/span>

     對(duì)于大眾最擔(dān)憂的氫燃料電池車的安全性，衣寶廉表示，氫儲(chǔ)存在高壓氣瓶?jī)?nèi)，這種帶組合閥（包括安全泄壓閥）的碳纖維纏繞氣瓶已經(jīng)過(guò)火燒、槍擊實(shí)驗(yàn)，均不產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象。在車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)室、乘客室、駕駛員室等也均安裝氫氣報(bào)警器，確保安全。另外，燃料電池堆的每節(jié)電池的氣室內(nèi)的氫都很少，在幾毫升數(shù)量級(jí)，一旦電池的隔膜破碎，只要系統(tǒng)能及時(shí)切斷氫源，電池也不會(huì)爆炸、起火。

     “韓國(guó)現(xiàn)代的NEXO燃料電池車在2018年順利通過(guò)歐盟新車安全評(píng)鑒協(xié)會(huì)碰撞測(cè)試，獲得碰撞安全5顆星，這也充分說(shuō)明燃料電池車是安全的?！币聦毩M(jìn)一步舉例稱。

     他也同時(shí)強(qiáng)調(diào)，與氫打交道一定嚴(yán)防氫氣泄漏，即使在露天環(huán)境下也是如此。在氫氣輸運(yùn)和充裝過(guò)程中，要檢查充裝接口和管道接口，確保密封良好，最好還要安裝氫濃度報(bào)警器。除嚴(yán)防氫泄漏外，還要控制氫氣流速，避免靜電和火源。對(duì)壓力容器，均要安裝安全閥等超壓的泄壓裝置。

     “只要嚴(yán)格按規(guī)程操作，氫的儲(chǔ)運(yùn)與加氫站都是安全的?！币聦毩硎荆敖⒁?guī)范標(biāo)準(zhǔn)并嚴(yán)格執(zhí)行，氫的危險(xiǎn)性是可控的，并且小于汽油和天然氣?！?/span>

儲(chǔ)運(yùn)是“卡脖子”環(huán)節(jié)

     實(shí)際上，氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括了三個(gè)環(huán)節(jié)——上游制氫、中游儲(chǔ)氫和運(yùn)氫、下游用氫，而目前整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈最大的弱點(diǎn)并不是安全性問(wèn)題，而是中間的儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)。作為氫能大規(guī)模發(fā)展的基礎(chǔ)，儲(chǔ)氫技術(shù)的發(fā)展將直接影響氫燃料電池汽車的推進(jìn)進(jìn)程。

     《白皮書(shū)》給出的一組數(shù)據(jù)對(duì)比就十分明顯：我國(guó)氫能制儲(chǔ)、加氫基礎(chǔ)設(shè)施、燃料電池及應(yīng)用三個(gè)環(huán)節(jié)企業(yè)占比分別為48.5%、9.7%、41.8%。

     實(shí)際上，對(duì)于加氫站建設(shè)來(lái)說(shuō)，早就出現(xiàn)了“外熱內(nèi)冷”的現(xiàn)象。截至2018年底，我國(guó)已建成的加氫站僅有23座。加氫站審批流程復(fù)雜、盈利能力有限、回報(bào)周期長(zhǎng)都成為其前行的“攔路虎”。

     對(duì)此，衣寶廉建議，應(yīng)通過(guò)加強(qiáng)加氫站關(guān)鍵材料、核心部件及技術(shù)國(guó)產(chǎn)化，進(jìn)一步降低加氫站建設(shè)成本。另外，發(fā)展有機(jī)化合物（含烯烴、炔烴鍵的烴類或雜環(huán)化合物）吸氫和脫氫技術(shù)，用于氫的儲(chǔ)運(yùn)，降低氫的儲(chǔ)運(yùn)成本和提高儲(chǔ)運(yùn)的安全性。通過(guò)上述措施，要將每公斤氫的售價(jià)降到40元以下，使得燃料電池車的運(yùn)行成本與燃油車相當(dāng)。

     而從儲(chǔ)氫技術(shù)的角度，中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高指出：“從儲(chǔ)氫瓶開(kāi)始到加氫站，氫運(yùn)輸、儲(chǔ)存等所有的技術(shù)還都停留在100年前的工藝水平，能效偏低、成本偏高?！?/span>

     在歐陽(yáng)明高看來(lái)，氫的儲(chǔ)運(yùn)是氫燃料電池汽車現(xiàn)在最大的難點(diǎn)。如果儲(chǔ)氫技術(shù)不變革，效率提不上去，成本降不下來(lái)，氫能就很難真正成為“灰犀?！?，因?yàn)樗恕Ｒ虼?，要找到一個(gè)經(jīng)濟(jì)、高效、可行的儲(chǔ)運(yùn)模式，是氫能當(dāng)前發(fā)展的關(guān)鍵

技術(shù)仍需大變革

     歐陽(yáng)明高強(qiáng)調(diào)，燃料電池比動(dòng)力電池的發(fā)展大概晚十年，氫能又比燃料電池的發(fā)展晚，所以當(dāng)前最重要的是氫能技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和政策全方位發(fā)展。

     實(shí)際上，除了儲(chǔ)氫，制氫技術(shù)現(xiàn)在用的也是多年前的工藝。目前國(guó)內(nèi)氫能生產(chǎn)方式主要有煤制氫、天然氣制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫，其中工業(yè)副產(chǎn)氫追溯其上游一次能源主要還是煤和天然氣。因此，目前國(guó)內(nèi)氫能生產(chǎn)主要還是依靠化石能源，而電解水制氫僅占2%~4%，所占份額十分有限。

     在中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院副院長(zhǎng)鄒才能看來(lái)，太陽(yáng)能的電解水制氫可能是未來(lái)大規(guī)模綠色制氫的最主要方式。衣寶廉則建議最大限度地利用氯堿等工業(yè)的副產(chǎn)氫，同時(shí)還可以在解決二氧化碳封存或利用的前提下發(fā)展劣質(zhì)煤制氫。

     從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度，《白皮書(shū)》預(yù)計(jì)，2050年左右氫氣年均需求約6000萬(wàn)噸，中國(guó)能源結(jié)構(gòu)從傳統(tǒng)化石能源為主轉(zhuǎn)向以可再生能源為主的多元格局，可再生能源電解水制氫將成為有效供氫主體，煤制氫配合二氧化碳捕獲和封存技術(shù)（CCS）、生物制氫和太陽(yáng)能光催化分解水制氫等技術(shù)成為有效補(bǔ)充，整體氫能供給充裕，并可實(shí)現(xiàn)千萬(wàn)噸級(jí)綠色氫氣出口。

     而對(duì)于氫能燃料電池技術(shù)來(lái)說(shuō)，近年來(lái)雖然取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但關(guān)鍵材料、核心部件的批量生產(chǎn)技術(shù)尚未形成，催化劑、隔膜、碳紙、空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵等仍主要依靠進(jìn)口，這嚴(yán)重制約了我國(guó)氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)的自主可控發(fā)展。

     衣寶廉表示，首先要實(shí)現(xiàn)燃料電池關(guān)鍵材料和部件的產(chǎn)業(yè)化，如電催化劑、質(zhì)子交換膜、雙極板和MEA、空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵、70兆巴氫瓶等，降低燃料電池堆和發(fā)動(dòng)機(jī)的成本。同時(shí)，還要提高燃料電池電堆的體積比功率，達(dá)到每立升3~4千瓦，減少電堆用料、達(dá)到每千瓦的鉑用量小于0.2克，大幅度降低燃料電池電堆成本。

     “總之，通過(guò)燃料電池生產(chǎn)線的建立和技術(shù)進(jìn)步，降低燃料電池車的成本，2025~2030年可以實(shí)現(xiàn)燃料電池車的運(yùn)行成本與鋰離子電池車持平?！币聦毩f(shuō)。與此同時(shí)，氫能燃料電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系也亟待完善，建立完整的材料、部件、系統(tǒng)的有效檢測(cè)體系，為氫能燃料電池的技術(shù)發(fā)展、產(chǎn)品應(yīng)用提供基礎(chǔ)保障。

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