氫能：新能源的“灰犀?！?？

     6月26日，我國首部《中國氫能源及燃料電池產業(yè)白皮書》（以下簡稱《白皮書》）正式發(fā)布?！栋灼分赋?，氫能將成為中國能源體系的重要組成部分。

     《白皮書》預計，到2050年，氫能在中國能源體系中的占比約為10%，氫氣需求量接近6000萬噸，年經濟產值超過10萬億元；全國加氫站達到1萬座以上，交通運輸、工業(yè)等領域將實現氫能普及應用，燃料電池車產量達到每年520萬輛。

     不僅是中國，全球現在都在對氫能產業(yè)加速布局。然而，就在氫能當紅時，當地時間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，目前，豐田和現代汽車都已宣布停止在挪威銷售氫燃料電池汽車。

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

那么，面對氫能這頭“灰犀?！?，我們做好準備了嗎？

危險性是可控的

     不管從哪個角度看，氫能都很“火”。一方面，氫能作為零排放能源，被視作21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?；另一方面，接連爆炸也讓氫燃料電池汽車的安全性再成焦點。

那么，氫能來了，安全性會成為掣肘嗎？

     “氫氣是可燃性氣體，當它與空氣混合在4%~74%，可產生燃燒和爆炸；氫的點火能量極低，僅0.02毫焦。但是，氫在空氣中擴散極快，所以在露天環(huán)境下，氫比汽油、天然氣更安全?！敝袊こ淘涸菏?、中國科學院大連化學物理研究所研究員衣寶廉在接受采訪時說，“天然氣與氫有一定相似性，均易燃易爆，密度也均小于空氣，運行模式也是高壓氣態(tài)。現在中國有近萬座天然氣加氣站，有近650萬輛天然氣汽車，均處在安全可控條件下運行?！?/span>

     對于大眾最擔憂的氫燃料電池車的安全性，衣寶廉表示，氫儲存在高壓氣瓶內，這種帶組合閥（包括安全泄壓閥）的碳纖維纏繞氣瓶已經過火燒、槍擊實驗，均不產生爆炸現象。在車內發(fā)動機室、乘客室、駕駛員室等也均安裝氫氣報警器，確保安全。另外，燃料電池堆的每節(jié)電池的氣室內的氫都很少，在幾毫升數量級，一旦電池的隔膜破碎，只要系統(tǒng)能及時切斷氫源，電池也不會爆炸、起火。

     “韓國現代的NEXO燃料電池車在2018年順利通過歐盟新車安全評鑒協會碰撞測試，獲得碰撞安全5顆星，這也充分說明燃料電池車是安全的?！币聦毩M一步舉例稱。

     他也同時強調，與氫打交道一定嚴防氫氣泄漏，即使在露天環(huán)境下也是如此。在氫氣輸運和充裝過程中，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警器。除嚴防氫泄漏外，還要控制氫氣流速，避免靜電和火源。對壓力容器，均要安裝安全閥等超壓的泄壓裝置。

     “只要嚴格按規(guī)程操作，氫的儲運與加氫站都是安全的?！币聦毩硎荆敖⒁?guī)范標準并嚴格執(zhí)行，氫的危險性是可控的，并且小于汽油和天然氣?！?/span>

儲運是“卡脖子”環(huán)節(jié)

     實際上，氫能產業(yè)鏈主要包括了三個環(huán)節(jié)——上游制氫、中游儲氫和運氫、下游用氫，而目前整個產業(yè)鏈最大的弱點并不是安全性問題，而是中間的儲運環(huán)節(jié)。作為氫能大規(guī)模發(fā)展的基礎，儲氫技術的發(fā)展將直接影響氫燃料電池汽車的推進進程。

     《白皮書》給出的一組數據對比就十分明顯：我國氫能制儲、加氫基礎設施、燃料電池及應用三個環(huán)節(jié)企業(yè)占比分別為48.5%、9.7%、41.8%。

     實際上，對于加氫站建設來說，早就出現了“外熱內冷”的現象。截至2018年底，我國已建成的加氫站僅有23座。加氫站審批流程復雜、盈利能力有限、回報周期長都成為其前行的“攔路虎”。

     對此，衣寶廉建議，應通過加強加氫站關鍵材料、核心部件及技術國產化，進一步降低加氫站建設成本。另外，發(fā)展有機化合物（含烯烴、炔烴鍵的烴類或雜環(huán)化合物）吸氫和脫氫技術，用于氫的儲運，降低氫的儲運成本和提高儲運的安全性。通過上述措施，要將每公斤氫的售價降到40元以下，使得燃料電池車的運行成本與燃油車相當。

     而從儲氫技術的角度，中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高指出：“從儲氫瓶開始到加氫站，氫運輸、儲存等所有的技術還都停留在100年前的工藝水平，能效偏低、成本偏高?！?/span>

     在歐陽明高看來，氫的儲運是氫燃料電池汽車現在最大的難點。如果儲氫技術不變革，效率提不上去，成本降不下來，氫能就很難真正成為“灰犀牛”，因為它太慢了。因此，要找到一個經濟、高效、可行的儲運模式，是氫能當前發(fā)展的關鍵

技術仍需大變革

     歐陽明高強調，燃料電池比動力電池的發(fā)展大概晚十年，氫能又比燃料電池的發(fā)展晚，所以當前最重要的是氫能技術、產業(yè)和政策全方位發(fā)展。

     實際上，除了儲氫，制氫技術現在用的也是多年前的工藝。目前國內氫能生產方式主要有煤制氫、天然氣制氫和工業(yè)副產氫，其中工業(yè)副產氫追溯其上游一次能源主要還是煤和天然氣。因此，目前國內氫能生產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。

     在中國科學院院士、中國石油勘探開發(fā)研究院副院長鄒才能看來，太陽能的電解水制氫可能是未來大規(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)的副產氫，同時還可以在解決二氧化碳封存或利用的前提下發(fā)展劣質煤制氫。

     從長遠角度，《白皮書》預計，2050年左右氫氣年均需求約6000萬噸，中國能源結構從傳統(tǒng)化石能源為主轉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（CCS）、生物制氫和太陽能光催化分解水制氫等技術成為有效補充，整體氫能供給充裕，并可實現千萬噸級綠色氫氣出口。

     而對于氫能燃料電池技術來說，近年來雖然取得了長足的發(fā)展，但關鍵材料、核心部件的批量生產技術尚未形成，催化劑、隔膜、碳紙、空壓機、氫氣循環(huán)泵等仍主要依靠進口，這嚴重制約了我國氫能燃料電池產業(yè)的自主可控發(fā)展。

     衣寶廉表示，首先要實現燃料電池關鍵材料和部件的產業(yè)化，如電催化劑、質子交換膜、雙極板和MEA、空壓機、氫氣循環(huán)泵、70兆巴氫瓶等，降低燃料電池堆和發(fā)動機的成本。同時，還要提高燃料電池電堆的體積比功率，達到每立升3~4千瓦，減少電堆用料、達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，通過燃料電池生產線的建立和技術進步，降低燃料電池車的成本，2025~2030年可以實現燃料電池車的運行成本與鋰離子電池車持平?！币聦毩f。與此同時，氫能燃料電池技術標準體系也亟待完善，建立完整的材料、部件、系統(tǒng)的有效檢測體系，為氫能燃料電池的技術發(fā)展、產品應用提供基礎保障。

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