作者丨郭小坠儿
编辑丨郭小坠儿
出品丨第一元素网
彭苏萍：今后很长一段时间里，氢能源和其他能源是一个共存的过程。
邹建新：氢未来的应用场景非常广阔,但是目前氢储运是氢能发展的瓶颈。我们研究镁基储运材料，是基于它的很多优势。
为繁荣氢能产业生态，推动氢能产业高质量发展，6月28-29日，2023氢能专精特新创业大赛首场预赛于内蒙古鄂尔多斯市隆重开赛。
来自全国各地的专家学者围绕着氢能产业发展以及鄂尔多斯产业集群发展方向进行探讨，中国工程院院士黄其励、彭苏萍分别围绕《氢电耦合支撑我国新型能源系统建设》、《中国氢能源与燃料电池发展战略研究》作主旨汇报。开幕式由中国氢能联盟副秘书长、同济大学教授马天才主持。
上周我们总结了黄其励院士关于氢能与新能源之间关系的观点，本周我们就邹建新院士及彭苏萍院士的发言进行观点整理：
彭苏萍：
中国工程院院士、中国氢能联盟战略指导委员会委员
氢能的储能属性
氢能源和燃料电池发展的背景，跟世界能源的发展是一致的。也就是说最近20多年以来，中国和国际上希望少用化石能源，多用可再生能源。所以提出来可再生能源如何做到规模化，化石能源如何做到低碳化。
在可再生能源的发展过程中，中国的可再生能源主要在西部和中西部，但这些地方工业薄弱，可再生能源消纳不了。在外输时，存在调峰问题，因为间歇性、周期性，就会遇到困难。我们在2013年公布时最高达到39%。如何使可再生能源最大化？
我们经过研究，氢不但作为能源属性，而且是储能属性。储电做不到这个目标，只能氢能做到。化石能源低碳化过程中，也是一个加氢减碳的过程。这两个方面一加，氢能就能充分发挥出它的作用。
世界能源低碳化的追求
燃料电池是化学发电，燃气机和内燃机是物理发电。这是第一。
第二，在我们希望把氢当做清洁能源，替代掉以前的能源。我估计在短期内，是替代不了的。油气发明以后，蒸汽机还在广泛应用。今后很长一段时间里，氢能源和其他能源是一个共存的过程。
我们国家做双碳比世界其他国家难在哪？欧洲的基础能源是核电，法国最高时占到了65%，现在也将近60%。日本在福岛事件之前站点的比例是42%，美国最高时占到了38%。
温家宝总理在2003年时做了规划，当时能源组的组长是清华大学的老校长，他希望到2020年时中国核电在一次能源结构里最低9%，最高16%。9%是世界上的核电比例，16%是欧美国家占的比例。
20年过去了，核电的装机容量4%。因为核电不能说是清洁能源，但是无碳能源。想想我们的比例关系，非常难以拉近。
就像可再生能源，根据统计，中国在可再生能源中给予的科研投入占了67%，但是除了水电外，我们的可再生能源只有7%，奋斗了20%，才占了7%，所以可再生能源的发展不是一蹴而就，而是一个艰难的过程。中央说2030年碳达峰，2060年碳中和，实际上有很大的难度。
氢能可以作为电力用、交通用、生活用，但是生产氢的过程中有一系列的工作需要去努力完成。提出这个概念以后，在以前的场合里讲过。关于氢能源的规划，作为国家的国策，不是中国先做出来的。
双碳目标不但约束中国，对发达国家约束更严格。克林顿当总统时，提出美国氢能发展规划，做了几个法规，一直想推氢能，推到了小布什，从新能源的发展规划变成了氢经济。为什么美国到最后没推下去呢？就是太贵了，当时的成本非常昂贵，相当于贵族能源。
当时张院士，现在的国资委主任提出来，我们做探索，主要是看到了制氢成本可以大幅度降下来。世界各国搞氢能源，到去年年底为止，世界有87个国家做了氢能源的发展规划。
日本也是缺乏能源，以前也是以化石能源为主，以前日本进口油气，特别是进口煤，现在要求进口氢。
澳大利亚以前出口煤，现在规划出口氢。
欧洲主要是工业脱碳为主体。
美国主要是要提高能源电力的供应品质。美国的能源是相对饱和的，但电力稳定性差，两次大停电都出现在美国，一次是90年代末期，一次是2020年。美国的电力稳定性只盯着医院、商场和大数据中心。
韩国主要做燃料电池、汽车。
中国做氢能源，主要是提高能源的品质。如何大规模利用可再生能源，让我们的能源低碳化，这是我们国家要做的事情。
世界上不缺氢。统计显示，去年年底为止，一年生产的氢超过7500万吨。中国目前是世界上最大的制氢大国，产能3353万吨，主要用在石油、化工和做肥料方面。氢作为能源，特别是在交通领域，占比小于0.1%。
现在的舆论都天天喊绿氢，绿氢是电氢，电氢的成本在目前阶段是比较高的。目前为止不要放弃化石能源的制氢，欧洲是天然气制氢为主体，占了90%，中国是以煤制氢为主体，这个不要放弃。
中国煤制氢的过程里，为什么大家反对呢？主要是二氧化碳的问题。从前年开始，双碳目标下到各个地市，大家都知道很紧张。榆林市、宁东化学园区，指标一下来时，大家都纷纷在采取措施。
俄乌战争时，百万吨的二氧化碳的工程全国超过了9个。有的是自发的，煤制氢加SOEC共超过了绿氢。
高温固体氧化物电解制氢技术具有独特优势。有质子膜制氢技术，有电子槽制氢技术，但是耗水费电，影响到了经济性。
SOEC温度高、效能好，不需要贵金属。因为是高温，可以把二氧化碳消纳掉。我们国家的主要问题是消纳二氧化碳，这个问题不单单是中国，欧洲、美国都在做。
美国正式公布SOEC产品，德国已经做出了2.6kw的系统，正在试运行。TopsoeA/S是全球化工的领导者，它也在做。
燃料电池
加氢站的问题。大家知道鄂尔多斯也在做，鄂尔多斯、包头、呼和浩特，我们想形成一个圈。2020年中石化说五年以内要建1000座加氢站，国家电网等一批企业，都在纷纷加入，地方政府也在加入。疫情虽然影响了它的进程，但仍有企业继续。
输供氢
输供氢方面现在主要还是以压缩氢气的方式进行储存和运输，这个方面我们还要进一步地做，里面有很多技术。储运方面，液氢的成本太高，目前只能做到航天才用得起。
氢在利用过程中，主要是以燃料电池作为转化方式。氢如果是烧，因为是二次能源，热值比天然气低，纯粹去烧氢，不是我们的目标。氢的转化方式是燃料电池，这是因为燃料电池的转化效率高。
目前燃料电池一个是质子膜燃烧电池，一个是固体氧化物燃料电池。国内底层的是质子膜的燃料电池，工作温度比较低，80多度，所以就要用催化剂，把它的活性激化，让它效率变高。为什么五年有人说以前质子膜燃料电池不宜建得太多。
最近几年我们国家的质子膜的燃料电池，通过吸引、消化、吸收，技术在不断提高。我们的膜电极和碳质，跟国际上的差距在缩小，某些性能指标还会好一些。这几年燃料电池在我脑子里的观念，也在发生变化。
固定氧化物燃料电池是用陶瓷膜，工作温度现在在800度左右，温度高了以后，它只吃粗粮。现在美国在这个方面做得比较多。国内的话，领导人接触的是质子膜，所以质子膜推动比较快。现在很多人反过来搞固体氧化物，也比较热。
氢燃料电池车
去年年底全世界已经生产了67315万辆，世界是乘用车为主，中国是商用车为主。重卡去年超过了2000辆，燃料电池车推动的问题，发现燃料电池退出推动商务车外，另外一个是重卡，靠动力电池做不大，停和加速过程中电池衰减太大。我说第一个切入点是重卡，现在二汽、沈汽、潍柴做重卡。应该说中国的山东省除了质子膜在推广外，现在固体氧化也在进一步推。
降本求进
关于世界上的氢能，一个是在中国，原因是煤制氢的成本降低了。一个是在日本，日本在福岛事件以后，北部地区严重缺电。福岛事件以后，日本制定了两个法规。第一个公共场所的温度从以前的23度调高到28度，公共场所的公共活动不要求带顶盖。能源燃料电池的发展，中国和日本是最热的。
关于氢的问题，一个是成本，一个是安全。到目前为止，都没有全部解决。所以2016年美国、日本、澳大利亚提出了氢能源2.0时代。它们说，解决不了，就用氯胺。它们提出氯胺，以前澳大利亚生产氢，现在是生产氨。
生产氨，运到东京或阿拉斯加做示范。我们国家联合中东一批石油大亨做。我们在宁夏、福州纷纷提出这些计划，想把它用于卡车和船舶。我们这个地方，有很多煤化工，今后是可以讨论的。
掺氢没问题，上世纪80年代中国就搞了。通过一些实验，是可以做到的。刚刚讲了重卡的问题，船舶的问题，我们已经销售了2000多辆重卡，重卡可以形成千亿市场。船舶也在用，我们做油车，做万吨级的大船，部队里还想做潜艇。
目前来讲，国内的关键材料的国产化问题，就是质子膜。从3000元降到2000元，一个半月以前日本丰田的技术总监和我交流，它做到了300多块钱。所以我们搞氢的燃料电池质子膜，研究的空间还很大。
固体氧化物燃料电池，一定要降一半价格，今后才有市场。镀膜成本大幅降低，把单电池成本降下来以后，在十四五期间降一半成本是有可能的。我们希望固体氧化物的燃料电池的寿命是10万个小时。
我们认为现在提3万个小时是有希望。为什么提3万到4万个小时，主要是替代发电的问题，10万个小时，跟煤电厂的8万个小时就可以配置。
这需要国家的顶层设计，现在国家能源局局长到不同的场合讲这个方面。
第二，国家应急部已经在组织专家，关于氢的安全标准。因为现在是作为危害化学品，能不能做出标准，现在在组织论证。
第三，中央要求金融资本进入，但实际上喊得多，进得少。现在有很多基金投，投的力度不大。
第四，国有资本有序进入，而且要加大力度进入。因为靠高校、创新型企业，折腾不起。
第五，建立起氢能源基础设施关键技术与核心装备自主化的长效机制。
邹建新：
上海交通大学教授
邹建新：我们一直在镁基固态储氢材料方面开展研究，它是一种轻量化材料，在轻量化方面实现节能减排。我们发现镁能和氢结合，一个镁带两个氢原子，储氢量最高，所以我们就进行了研发和应用。
下面汇报一下我们在前期研发过程中的一些成果，我从三个方面进行介绍。首先是应用背景，储能是清洁能源，能源是实现碳中和的必要途径。
我们认为保守估计，氢能在未来5到10年就能实现10%，未来甚至能到18%。在不同的能量等级，比如千瓦级，在备用电源、家庭热点联用获得应用。
MW级是电站和工厂、社区获得应用。在特别大的时候，它可以实现风光等可再生能源的大规模存储，氢在将来有广泛的应用。
上海交通大学成立了氢研究中心，氢作为一个原料，在化工当中会获得应用，在能源当中会获得应用，甚至在健康、农业等方面都会获得应用。我们可以看到市场有吸氢机、有氢的保健品等等，它可以对人体健康产生非常好的作用。
所以氢未来的应用场景非常广阔，但是目前氢的储运是氢能发展的瓶颈。我们制氢和用氢可以达到非常大的规模，甚至达到万吨级。但是储运方面，管道没有大规模实现情况下，现在很多氢储运靠长罐拖车，单车运输300公斤，这个运输能力非常低，只能在示范过程中获得应用。我们研究镁基储运材料，是基于它的很多优势。
镁的特性
首先是镁有一个资源优势，我们国家的镁占全球产量的90%以上，因此会成为我们发展镁基固定储氢材料的基础。在鄂尔多斯也有大型的镁材料、镁合金生产基地。
第二，性能优势，储氢量最高是7.6%，储氢密度可以达到每升110克，比液氢高1.5倍。在储氢罐体当中，氢是固化在镁材料，罐里的氢气态非常少，运输过程中非常安全。氢在镁当中可以以多种方式进行释放，它进入镁材料之后，可以通过加热和水解的方式，把氢释放和置换出来。
第三，技术优势。它在释放氢的过程中纯度非常高，因为这是一种固态材料，不会有杂质和镁发生化学反应，可以实现高纯度释放。放氢反应比较简单，副产物很少，控制性良好。
第四，环境优势。这个材料循环多次，我们在实验室可以实现3000次循环，这个材料可以循环利用，去掉杂质，可以实现高效的材料回收。
在吸放氢过程中，也存在很多问题，前期我们进行了研究。镁是一个活泼金属，表面上容易形成氧化氢，对氢的进入和释放不利。我们研发了新技术，在镁表面形成催化位点，氢可以很快进入和释放。这样我们生产的材料在空气中放置，长时间放置的话，吸氢的时候，不需要活化。首次就可以是6.4%以上的吸氢量。
镁材料在吸放氢过程中会长大，在循环过程中，在比较高的温度下，甚至在300度以上。镁颗粒很容易膨胀粉化，甚至烧结，这样降低吸放氢的容量和速度。这个时候我们引进稳定的第二项材料，分隔镁颗粒，镁在循环时就不会粉化、连接、长大，循环性可以保持得非常好。
在实验室我们实现了小批量材料以后，在材料测试平台，装入小型罐体进行测试。这个测试是对材料的检测，同时也是对未来材料大规模使用时，要进行很多模拟优化工作。因为镁在吸放氢过程中会产生很多热量，如果不能把热量及时导入导出，会大幅降低储氢系统的动力性能。
我们通过小型罐体，测试它的热物性参数和吸放氢过程中的性能变化，还有对大型罐体的测试和优化。
我们首先要把这个材料生产出来，在前期研发基础上，我们现在已经可以量产镁基储氢材料。
第一是氢化镁粉末材料，可以批量生产出来，年产能力是10吨，以水解方式来产氢，可以长期保存。主要用于备用电源、无人机方面。
第二个是多恩空镁基储氢颗粒，这个固体材料做大时，不能以粉末形式在大型罐体中，同时为了提高动力学性能，要做成多恩空结构。目前能实现储氢密度大于6%，循环使用寿命大于3000次，对杂质气体不敏感，可以去掉这些杂质气体。
这是我们在实验室里建立的氢能耦合模型，对大型罐体进行了测试，单罐75公斤级。通过氢能耦合的模型设计，对吸放氢过程，对罐体结构进行了优化设计。
现在我们通过第三方检测，在12小时之内吸氢量75公斤，12小时放氢量75公斤。我们单罐可以存储1.2吨镁合金材料，这样把12个罐体组合成一个固体储运氢车，这是40尺的集装箱，最大储氢量是1吨，镁合金是14吨左右。
镁基固态储氢会发出很大的作用，它可以实现长期、高效、安全的存储。未来会在氢能源利用中发挥出非常大的作用。
最后是丁院士的一句话，轻氢之镁，创新栽培。镁材料非轻，和氢有非常好的结合，未来需要通过很多创新，通过示范应用，未来能够在新能源中发挥出它的作用。以上是我的汇报内容，谢谢大家。
发表评论 取消回复