作者/周舟
编辑/涂艳萍
设计/赵浩然
“氢能已经提出100多年了。为什么不能大规模用作燃料？”8月9日，加拿大皇家科学院院士、加拿大工程院院士、加拿大工程研究院院长、郭虹首席科学家张九军在2022鄂尔多斯零碳产业峰会上发表演讲时表示，这是因为氢气燃点宽，在常温常压下不能变成液体，对氢气的制备、储存和运输技术提出了挑战，所以价格比较高。
目前全球约有400座加氢站，日本100座，中国200、300座。预计到2032年全球加氢站数量将达到5000座，还达不到全规模。
“建一个加氢站大概需要1000-2000万元，只能加200-300公斤氢气。”张九军说，燃料电池使用的氢气纯度很高，氢气纯度需要达到99.999%。
“氢燃料的价格大约是一公斤60元，”张九军说。得降到35元才能和汽油媲美。目前燃料电池首先用在重型卡车上，因为重型卡车对氢气的依赖较小。
和战略应用
氢能发展战略是“碳中和”战略的重要组成部分。
今年3月23日，国家发改委发布《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》。定义了氢的能源属性，它是未来国家能源体系的组成部分。
张九军认为，根据规划，氢能发展战略大致可分为四个阶段:第一阶段目标是可再生能源制氢达到10-20万吨/年，成为新氢能消费的重要组成部分，实现二氧化碳减排100-200万吨/年；第二阶段是到2025年基本掌握核心技术和制造工艺。燃料电池汽车保有量约5万辆，部署建设一批加氢站；第三阶段是到2030年，形成比较完整的氢能产业技术创新体系；2035年，氢能多元应用生态将形成，可再生能源在终端消费中的占比将明显提升。
氢能清洁无污染，来源广泛。太阳能、风能等可再生能源发电后，电解水可以产生氢气。此外，氢气在燃烧中的能量密度最高。
张九军说，氢的能量密度约为140.4兆焦/千克，比汽油高三倍。高能量密度是氢实现新能源技术产业化的重要基础，也是氢燃料电池有望后来居上的基础。
氢能利用包括制氢、储氢和用氢三个主要环节。在应用方面，氢能主要用于三个场景:化学燃料、燃料电池和微电网。
“目前氢气60%用于合成氨化肥，38%用于炼油和煤炭深加工，只有极小一部分用于燃料电池。”张九军表示，在未来，氢燃料电池汽车将成为最大的应用场景。
预计到2030年，全球氢燃料电池乘用车保有量将达到1000-1500万辆。张九军认为这个估计有点保守。以中国氢能的发展趋势，到2030年将远远超过这个数字。
氢气生产和转化
目前制氢主要来源于燃烧化石燃料，主要是天然气。
“只有4%来自电解水制氢，这种能源价格昂贵，是化石能源的两倍多。”从事水制氢研究的张九军说，“化石燃料现在还可以用于制氢，但我相信以后不会用这种方法了，因为国家已经明确规定化石燃料不能用于制氢。”
根据中国氢能发展规划，2030年氢气产量达到500万吨/年，2060年达到1亿吨/年，电解水制氢比例达到80%。
"电解水制氢是目前学术界的热门话题."张九军说，有许多关于催化剂开发的高水平论文。
在未来的中长期内，太阳能将被用于制氢。“利用太阳能在某一点聚集，达到2500度时加入催化剂，往上面泼水，就能产生氢气。”张九军说。
制氢后，在电力行业，如何将氢气转化为动能和电能？
张九军认为，主要有两种方式，一种是氢内燃机，也就是说，与传统的动力系统相比，内燃机可以用来燃烧氢。
“这种方法有它的问题。燃烧产生一氧化氮。”张九军说，由于卡诺循环的限制，这种方法的能量转换效率仅达到30%-40%，也会对内燃机系统造成损害。
另一种转换方式是氢燃料电池发电来驱动汽车。
张九军认为，氢燃料电池驱动汽车的能量效率高，转换效率达60%-80%，污染小，噪音低，装置或大或小，应用灵活。
和储存安全。
目前氢气的储存方式有三种，一种是高压气体储存，一种是液体储存，一种是固体储存。
现在使用最多、最成熟的技术是高压储气罐加氢。
日本的氢燃料电池汽车一般采用三层储气罐，其中三层为内罐，外加一层不锈钢或合金铝，外层包裹碳纤维。
“这种气罐可以装700个大气压的氢气，也就是5公斤左右的氢气。”张九军分析说，这种规模的储氢罐可以保持500-700公里的续航里程。
加氢站就是改变液态氢或高压氢的温度和压力，给汽车充氢。
“汽车加氢只需要3-5分钟，速度非常快，比锂电池电动车有很大优势。”张九军说。然而，加氢站的普及成为燃料电池发展的障碍。因为太贵了。
"氢燃料的价格大约是一公斤60元."张九军说，它必须降到35元才能与汽油媲美。
为了推动加氢站的建设，地方政府慷慨补贴。重庆给予每个加氢站最高300万元的运营补贴，温州市和宁波市均给予500万元，濮阳市给予1000万元，武汉市给予2000万元的顶格补贴，几乎等于政府出钱建设加氢站。
关于氢燃料电池的安全问题，张九军认为存在广泛的误解。
氢气燃点范围广，在17-70摄氏度范围内接触火星会发生爆炸，这是氢气利用的主要安全挑战。
“但即使氢气爆炸，也是体积缩小的爆炸，约为石油爆炸的1/22。氢气的密度非常低。一旦爆炸，会在空内迅速散开，燃烧速度非常快。比爆炸汽油安全。”张九军解释道。
这篇文章最初由《汽车商业评论》发表
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