氢能|如何抓住万亿级新能源风口
■采访人员 李惠钰
氢气燃烧产生的唯一废物就是水，它甚至连造成污染的隐患都不存在，凭此优势，氢能成为业界最为期待的一匹黑马 。
据国际氢能委员会预计，到2030年，全球氢能领域投资总额将达到5000亿美元 。从世界范围看，亚洲和欧洲已经成为氢能产业发展最快的地区 。
然而，经过数年发展，我国氢能产业虽然在技术创新及政策环境等方面都有所突破，但是始终未能得以大规模应用 。
万亿级新能源风口下，我国氢能产业该如何突围？近日，在上海召开的“碳达峰、碳中和背景下的氢能产业发展高端论坛”上，多位院士为我国氢能产业发展建言献策 。
中国工程院院士曹湘洪：
尽快改变缺少核心技术的局面
“缺少核心技术、关键材料和装备，制约了我国氢能产业健康发展 。”在曹湘洪看来，目前，我国氢能产业面临储运分销成本较高、缺少核心技术和装备、法规与标准制度有待完善等诸多问题 。为推动我国氢能产业健康发展，坚持问题导向、加强科技创新，迫在眉睫 。
曹湘洪表示，以氢燃料电池汽车为主，结合绿氢制甲醇、绿氢冶金、绿氢供电供热等多种应用场景，积极发展氢能，是我国实现“双碳”目标的重要战略措施，也是逐步改变我国能源结构的社会系统工程 。
“氢能是未来间隙性、随机性可再生能源系统中必不可少的能源载体 。利用弃风弃光的电力制成并储存氢气，或者将氢气转化为能源类产品，更容易实现大规模、长期储存，非常有利于提高可再生能源利用效率 。”曹湘洪说 。
不过，从绿电制氢、氢气储存、运输到加氢站等各类用氢设施建设到各种燃料电池技术，我国与国际先进水平相比仍存在较大差距 。在曹湘洪看来，我国应尽快改变缺少核心技术、关键材料的局面 。
他建议，布局氢能产业链技术研究，在制氢技术方面应重点关注利用绿电的电解水制氢技术，包括新一代规模化低电耗质子交换膜电解水制氢技术、碱性固体阴离子交换膜电解水制氢技术、固体氧化物电解水制氢技术和前沿性太阳能制氢技术等 。在氢气储存运输方面应重点关注有机液体储氢、镁氢合金及钛基合金储氢技术、70 MPa塑料内胆碳纤维复合材料压缩气瓶的材料与制造技术 。
此外，曹湘洪还提出未来氢能产业发展的六大趋势：一是替代柴油车的燃料电池汽车为主用户；二是液氢、氢气管道运输将得到发展；三是燃料电池工业发电将得到重视；四是氢储能将成为主要储能方法；五是近期以灰氢为主，中远期向蓝氢、绿氢方向发展；六是难以减排领域氢能逐渐开发利用 。
中国工程院院士涂善东：
保障氢能本质安全的基础是材料
氢能发展过程中的安全问题十分重要，涂善东认为，氢的危险性主要有易泄漏性、极宽的燃烧范围、易燃易爆性等，如何保障氢能的本质安全利用问题，需要关注本质安全的储运工艺和装备技术 。
据涂善东介绍，目前储氢的方式有很多，液化储氢和压缩储氢是不断要努力攻克的方向 。因为氢的危险性大，大家寄希望于各种储氢技术，如甲醇、氨和有机液体储氢载体以及利用其他材料储氢 。
对于两种储氢载体——氨和甲醇，涂善东介绍，氨的优势是容易存储、运输和使用，但制造工艺能耗高，温和温度和压力下氨分解的转化率低于60%，相关催化剂还在进一步研究 。此外，氨气泄漏有毒性，对于燃料电池来说存在氨中毒的问题 。另外一个理想的储氢载体是甲醇，它的优势在于常温下稳定安全，是氢含量最高的液体燃料，被业内看好 。
“要保障氢能的本质安全，材料是物质的基础 。”涂善东强调说，过去的研究表明，高强材料的轻质损伤是一个关键问题，所以迫切需要抗氢损伤的高强材料 。其研究方向的第一个方法是用涂层覆盖，第二个方法是阻止氢在材料内部的扩散，第三个方法是在微结构调控中引入抗氢的成本 。此外，在本质安全设计方面，基于失效模式，还要考虑过量变形、断裂失效和交互作用的破坏等问题 。
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