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我國有巨大的制氫能力和應(yīng)用需求，氫能的發(fā)展對我國的能源安全和環(huán)境保護將產(chǎn)生哪些深遠的影響？未來“氫社會”的新愿景是什么？氫能將如何改變我們的生活？中國工程院原副院長、國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會主任、中國金屬學會理事長干勇，長期從事國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究，以及新材料、冶金、現(xiàn)代鋼鐵工藝技術(shù)研究，他是我國著名的戰(zhàn)略科學家，如何利用現(xiàn)有條件降低制氫成本？如何推動整個氫能產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展和商業(yè)化？干勇院士對我國氫能的開發(fā)利用有何見解？（以下為演講全文） 能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換和優(yōu)化有兩條路徑：一是不可再生的化石能源必須被可再生的綠色能源替代；二是高碳向低碳的轉(zhuǎn)變過程，氫無疑是最好的元素，氫氣無毒、清潔、燃料價值高，古人以木材為能源，如果將氫與木材相比，其能量密度是木材的1000倍，后來，人類使用煤炭作為能源，氫的能量密度是煤的6.8倍?，F(xiàn)在我們使用石油和天然氣，氫氣的能量密度是汽油的3.3倍，是天然氣的3.4倍。因此，氫的能量密度最大，最適合我們要選擇的清潔能源。
1、氫燃料電池有哪些顛覆性應(yīng)用？
目前，氫能或氫能的利用，尤其是氫能在燃料電池汽車上的應(yīng)用，已經(jīng)非?；馃幔?jīng)過一段時間的小高潮，氫燃料電池是移動式發(fā)電機供電，沒有熱循環(huán)，可提高90%的工作效率，發(fā)電效率非常高，氫是如何變成電的？氫燃料電池與鍋爐或供暖無關(guān)，氫氣發(fā)電機理不依賴熱循環(huán)，即氫氣在含鉑催化劑下釋放兩個電子，這兩個電子流走，形成電流。對于氫燃料電池在交通領(lǐng)域應(yīng)用的突破，我們應(yīng)該感謝這些汽車工作者的堅持，在完成氫在汽車上的應(yīng)用的過程中，他們做了大量的工作，最終實現(xiàn)了工程化和商業(yè)化。
現(xiàn)在日本豐田已經(jīng)向全球供應(yīng)了數(shù)千輛乘用車和商用車，并已正式投入運營，全球知名企業(yè)如奔馳、寶馬、豐田、本田等都聯(lián)合成立了氫能委員會，他們認為，人類必須在21世紀進入氫時代。因此，要防止地球溫度在2050年左右上升兩度，就必須使氫在能源結(jié)構(gòu)中的比重達到18%以上，每年可減少60億噸二氧化碳的排放量，并且氫燃料電池在氫氣供應(yīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用本身就是一個龐大的產(chǎn)業(yè)鏈，可以形成一個龐大的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，他們估計為2.5萬億美元。到2050年，形成如此大的氫產(chǎn)業(yè)，可就業(yè)3000萬人。除了氫在汽車上的應(yīng)用，氫燃料電池還可以用于深海潛水和無人機等移動設(shè)備需要電力的地方。高鐵大家都很熟悉，很方便，但它的致命弱點就是電，一旦發(fā)生自然災(zāi)害，一旦停電，如果火車停在沙漠中，沒有能源儲備，人們可能會在那里被曬傷。
氫燃料電池可用于火車，因此中國中車表示將加入氫聯(lián)盟，發(fā)展氫能的使用，對于我們5G時代的所有基站，其能源系統(tǒng)和供電系統(tǒng)也可以使用氫能，還有生活中分布式發(fā)電。事實上，每個家庭都可以放一個氫燃料電池用來加熱和冷卻，所有家用電器，包括汽車，都可以解決。一條氫氣管道進入家中就可以提供所需的全部能量，非常方便。即使在外面沒有電的時候，也可以成為發(fā)電和供電的來源，可以平衡整個電網(wǎng)。事實證明，我們的電網(wǎng)有高峰也有低谷，通過這種分布式發(fā)電，我們其實可以做一個很好的動態(tài)協(xié)調(diào)和調(diào)整，提高我們的發(fā)電效率和網(wǎng)絡(luò)運行質(zhì)量。氫能制成的燃料電池與鋰動力電池相比，如果以鋰動力電池作為主要動力來源，其續(xù)航里程對于重型航空航天或大型移動設(shè)備來說是不夠的，其能量密度也不如氫燃料電池高，這種應(yīng)用的優(yōu)勢不如氫燃料電池。由于氫的能量密度是汽油的三倍以上，氫燃料電池非常適合未來的航空航天等大功率交通工具。
2. 氫氣安全嗎？
既然氫能有這么多優(yōu)點，大家就會問，現(xiàn)在使用氫能危險嗎？事實上，氫能作為燃料是具備危險性，燃燒后的氣味是無毒的，我們經(jīng)?？吹交馂?zāi)和爆炸的場景，人們還沒有接觸火，有毒氣體已經(jīng)把人熏倒了，但氫氣沒有這個問題。另外，就燃料的爆炸性而言，氫氣的擴散速度是汽油的12倍，傳播速度很快，不會造成其他更嚴重的后果。
當汽油和氫燃料汽車分別著火時，氫燃料汽車一燃燒就起火并迅速蔓延，而汽油車只能燃燒，汽油來不及擴散，最終汽油車全部燒毀，氫燃料車沒有其他危險，也不能傷害人，所以在安全性上，氫燃料比汽油稍微安全一點，我們以前用過氫氣，每個人都接觸過氫氣，用氫氣做還原劑時，用量少，沒有什么不安全的。
但是現(xiàn)在，如果要使用氫氣作為能源，就需要大量使用，當它進入人們中間時，人們就害怕了，這種氫氣可能會爆炸，氫氣球都爆炸，比如以前有個地方建了加氫站，現(xiàn)在這個地方已經(jīng)不需要了，加氫站要搬走，沒人敢搬，也沒地方敢批，七年后，加氫站一直沒有搬遷，被搬遷的當?shù)卣膊煌?，不知道誰會批準，事實上，氫氣并沒有那么危險。中國管網(wǎng)輸送氫氣約400公里，未來管網(wǎng)將延伸很長，氫氣是在公路上運輸?shù)模覀冞^去常常去加氫站加氫，白天是不讓加氫的，半夜12點才讓加氫，我們都害怕安全問題，氫氣系統(tǒng)的建立是為了制定絕對安全的氫氣操作規(guī)則，當然，既然是燃料，就得定規(guī)矩，但還是比較危險，尤其是在初期的推廣期，一定要特別注意。
就像我們在 19 世紀使用氧氣一樣，起初它很危險，定下所有的規(guī)矩后，即使晚上睡在氧氣枕上，也不會感到緊張。因此，如果標準是為氫氣設(shè)定的，按照整個氫氣規(guī)則，是沒有危險的。事實證明，我們將其視為危險化學品當然是合理的，因為它的使用并不多，人們沒有統(tǒng)一的認識，也沒有系統(tǒng)的標準。如果是大能源，其實可以重新制定其使用規(guī)則，制定氫氣運輸、加氫、儲氫、制氫的規(guī)則和標準，這實際上就安全了。
3、氫能是霧霾的終結(jié)者嗎？
我認為霧霾問題是當前一個非常重要的問題，現(xiàn)有柴油車僅占車輛總數(shù)的9.4%，但是柴油車在霧霾問題上的貢獻率是非常大的。我們說整個霧霾問題都是汽車尾氣排放造成的，它的貢獻率一般在29%到45%之間，大約三分之一是由它造成的。在這三分之一中，柴油車約占70%。大多數(shù)顆粒物是由柴油車輛排放的。它對PM2.5的貢獻非常大。這個問題必須解決，所以它是引起霧霾的主要原因，尤其是中國港口柴油車非常集中，唐山的物流量非常大，是重化工業(yè)區(qū)，一個城市的鋼鐵生產(chǎn)能力超過1億噸，超過幾個國家的總和。
一噸鋼材造成的物流量大概有五六噸左右，那么它最方便的是什么？重型卡車用于從港口運輸?shù)戒撹F廠，唐山200多萬輛汽車中，柴油車近20萬輛，排放量很大，污染很嚴重。因此，我們覺得在這個地方，實施柴油制氫，將有效緩解京津冀地區(qū)霧霾壓力，從氫燃料電池本身的特性來看，適合重載長途續(xù)航，所以在港口來回跑六百到一千公里沒有問題，重載也沒有問題。柴油車密集的港口容易部署加氫站，我國國內(nèi)港口都在物流集散地，都是重化工區(qū)，工業(yè)副產(chǎn)氫也很豐富，港口也非?？拷蠛?，海上運輸和未來氫燃料的來源也很容易，所以我覺得如果是這樣的話，可以先解決港口這個氫氣，利用環(huán)境帶動氫能和氫燃料的發(fā)展。所以，“柴油改氫”這個詞只代表了我們技術(shù)路線的方向，每個鋼廠都有自己的汽車管理團隊。例如，河北鋼鐵有2萬多輛汽車進行統(tǒng)一加氫，加氫站的布局就很容易了。要沿著乘用車的路去布局，先從港口的柴油車啟動，這是非常有現(xiàn)實意義的。大量的、密集地使用氫，加氫站的建設(shè)規(guī)模就可以大?，F(xiàn)在我們搞兩百公斤，每天300公斤、500公斤的加氫站效率很低。
因為加多了沒用，搞一噸、兩噸的沒有那么多車來加，它很分散。但是在港口不一樣，我的加氫站每天可以到三噸，可以到五噸，加氫站的效率就很高，可以降低加氫站的成本，而增加加氫站的工作效率。氫燃料車重卡用氫的成本每公斤達到40塊錢左右，和柴油車的成本相當，能夠進行商業(yè)化運行，而不是一直賠錢賠下去，國家補貼下去。氫燃料電池汽車，氫的成本每公斤65~70塊錢，國家還得每公斤補20塊錢才能夠運行，不能這樣老補貼下去。制氫、運到加氫站的目標成本大概在每公斤22塊錢左右，是可以接受的，所以說為什么“柴改氫”要在港口上的重卡上先進行，我覺得意義就在這個地方。
2019年12月31日，從港口到唐山鋼廠的公路將改成鐵路，但公路轉(zhuǎn)鐵路并不能解決最終的問題。最好使用“柴油改氫”，即柴油車要換成氫燃料車。如果這樣打通，我們實際上可以在港口城市進行示范。如果先在京津冀地區(qū)建立氫能利用體系，可以在2030年前的短時間內(nèi)部分解決京津冀霧霾問題，或者根本解決。可以解決揚塵問題，大大減少二氧化碳溫室氣體排放，截至2018年底，全球已有400多個加氫站投入運營，全球燃料電池乘用車銷量近6000輛，世界主要發(fā)達國家已將氫能的開發(fā)利用置于國家能源安全的戰(zhàn)略高度。2017年以來，我國在氫能源和燃料電池領(lǐng)域計劃投資約2000億元，全國計劃建設(shè)加氫站約60座。生產(chǎn)了200多輛氫燃料電池汽車。據(jù)《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍皮書》預(yù)測，到2030年，氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將超過1萬億元；加氫站數(shù)量將達到1000個，燃料電池汽車數(shù)量將達到200萬輛，我國在氫能開發(fā)利用方面與發(fā)達國家還有一定差距，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的布局是怎樣的？有哪些挑戰(zhàn)？
4. 氫能離我們很遠嗎？世界氫能發(fā)展現(xiàn)狀如何？
歐盟將發(fā)展氫能作為主要規(guī)劃。2017年，雙方啟動了氫動力汽車聯(lián)合開發(fā)項目。2019年，歐洲發(fā)布了氫燃料電池發(fā)展的技術(shù)路線圖。2015年，美國在燃料電池和氫能技術(shù)發(fā)展報告中提出，將大力投資發(fā)展先進氫能和燃料電池技術(shù)相關(guān)的發(fā)展計劃。因此，美國35個州的加氫站現(xiàn)已投入運營。尤其是在加州，加州的推廣很有意思，加州在2018年擁有近37個加氫站，由于加州是長條形，在高速公路上的布局非常合理，當時，加州州長被稱為施瓦辛格，但他對氫能作為能源的作用非常敏感。
在豐田每批乘用車訂單銷售中，他都要求新能源汽車有一定比例的配額，并提出氫燃料汽車。他說你好好計劃，你每年給我多少，我會根據(jù)氫燃料汽車的數(shù)量配備加氫站，這是非常有戰(zhàn)略意義的。因此，加州目前在氫能源汽車的示范應(yīng)用方面處于領(lǐng)先地位，加氫站的布局也十分合理，做出了示范。到2019年，美國已斥資約3100萬美元實施整個計劃，推動氫的規(guī)?；瘧?yīng)用。當然覺得值得一提的是，在日本，豐田近年來并沒有停止氫燃料電池的研發(fā)，他們?yōu)闅淙剂想姵卦诮煌I(lǐng)域的工程應(yīng)用做出了巨大貢獻。當然，他們也申請了數(shù)萬項專利。他們并不是說所有的專利都被屏蔽了，因為氫對全人類都有好處。日本政府首先將發(fā)展氫能作為國家戰(zhàn)略，制定了“三步走”戰(zhàn)略。到2025年，將擴大氫氣使用范圍。大概，整個氫能發(fā)電裝置將達到140萬臺。家庭的分布式的發(fā)電要到560萬臺，相當于日本住戶數(shù)的
我國氫能發(fā)展有哪些優(yōu)勢？
首先，國家高度重視氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，早在2006年，氫能和氫燃料電池就被列入國家中長期科學發(fā)展規(guī)劃。隨后在中國制造2025的國家節(jié)能與新能源汽車路線圖中，也將氫能源和燃料電池汽車作為主要發(fā)展方向。
2016年，國家發(fā)改委和國家能源局聯(lián)合發(fā)布了《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016-2030）》，其中還包括氫能和燃料電池應(yīng)用。我國2019年《政府工作報告》提出“推進充電和加氫設(shè)施建設(shè)”。目前，整個氫能和氫燃料電池汽車的應(yīng)用已經(jīng)掀起了高潮?，F(xiàn)在看來，北京、上海、天津，包括湖北、重慶、浙江、廣東都已經(jīng)開始了汽車氫燃料電池的研究和商業(yè)化試驗。事實上，中國制氫產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)還是很雄厚的，制氫能力也位居世界第一，當氫氣還沒有作為重要的能源使用時，它已經(jīng)被大量用作催化劑和還原劑，如合成氨精制和加氫。年產(chǎn)氫能力約2500萬噸，產(chǎn)量超過2000萬噸。這是在世界上都排第一。這里 97% 的氫來自化石能源。煤氣化產(chǎn)氫1000萬噸以上，天然氣產(chǎn)氫300萬噸以上，工業(yè)副產(chǎn)氫約800萬噸，包括電解水頁在100萬噸左右。當然，我們的工業(yè)副產(chǎn)氫氣現(xiàn)在可以達到 99.999% 純度的氫氣。我國未來氫能發(fā)展?jié)摿薮?，市場巨大。我們的商用車、港口貨車、物流車，只要是乘用車，加起來都是巨大的?/span>
多地競相發(fā)展氫能
我國氫能產(chǎn)業(yè)正在進行區(qū)域布局。目前20個省市正在制定氫能源發(fā)展規(guī)劃和氫燃料汽車發(fā)展規(guī)劃，形成了華東、華中、華南、華北、東北、西南6個區(qū)域，代表城市如上海、如皋、佛山、張家口、武漢等六大氫能源和氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)集群。我們知道，在氫燃料電池汽車方面，上汽首先推出了乘用車、輕卡等，其110千瓦的氫燃料電池電堆技術(shù)相對成熟。
另外就是廣東的佛山，有一個人物叫許國，是副市長，我們叫他氫能源市長，非常重視氫能源發(fā)展，把它作為未來的一個戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。他在佛山云浮建立了一個氫能氫燃料汽車示范區(qū)，已經(jīng)有四座加氫站在運行，而且2019年還有若干座要投產(chǎn)，包括三個基地在這兒建設(shè)，一個佛山的高明，包括佛山的云浮和廣東新能源汽車的基地，也包括佛山南海。他建立了三個基地。張家口是國務(wù)院批準冬季奧運會上可再生能源的示范區(qū)，在19個縣區(qū)全面布局加氫站，在冬奧會上全部都用氫燃料汽車。而且中國首條自動化氫燃料電池的發(fā)動機大批量地應(yīng)用在這兒要正式投產(chǎn)。當然還有江蘇的如皋，那是聯(lián)合國作為一個氫能源發(fā)展的示范城市，如皋現(xiàn)在有兩條30千瓦的電堆生產(chǎn)線。氫燃料電池要求到“十三五”期末到數(shù)十萬輛的規(guī)模，產(chǎn)值要超過千億元。
另一個是山東，提出建設(shè)“氫谷”的構(gòu)想，是省委省政府綜合號召，制定了總體規(guī)劃，為什么？一是電解鋁國內(nèi)規(guī)模最大，副產(chǎn)氫氣較多；二是焦炭4400萬噸，每噸焦爐煤氣400立方米，氫氣純度55%。此外，其氯堿工業(yè)發(fā)達工業(yè)的副產(chǎn)氫很好。他們有很強的從煤中制氫的能力。第三，其高速公路掌握在國有企業(yè)手中，高速公路上有120個服務(wù)站可以部署，在這里部署很方便，加氫站形成示范；另外，它是一個大的區(qū)域系統(tǒng)，離山西也很近，通過管網(wǎng)輸送氫氣的想法可能會實現(xiàn)，它擁有漫長的海岸線，海上風力發(fā)電機的發(fā)電能力可以用來制氫，最重要的是，譚旭光現(xiàn)為山東重工集團、中國重汽集團董事會主席，多年前，他就意識到未來柴油發(fā)動機可能會被氫發(fā)動機取代，他想開始氫發(fā)動機的研發(fā)，所以這幾年他幾乎在國外，悄悄收購了巴拉德的股份，后來他占巴拉德19.9%的股份，成為相對最大的股東，他利用巴拉德在加拿大的燃料電池技術(shù)，快速發(fā)展其氫能源和氫燃料電池發(fā)動機產(chǎn)業(yè)。它似乎是持續(xù)和確定的，他計劃在這項研發(fā)上投資500億元。目前，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊，但要實現(xiàn)快速健康發(fā)展，必須改變氫能生產(chǎn)主要依靠化石能源、清潔能源制氫、以氫為燃料的現(xiàn)狀。
5、我國氫能產(chǎn)業(yè)如何取得突破？
推動氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，布局氫能產(chǎn)業(yè)示范區(qū)
現(xiàn)在國內(nèi)氫燃料電池上
建立氫能國家重大專項，開創(chuàng)氫能重卡時代
我們建議設(shè)立國家重大專項來解決產(chǎn)業(yè)鏈中的重大技術(shù)裝備和工程問題，像液態(tài)儲罐70兆帕儲罐的氫氣管網(wǎng)和大規(guī)模制氫的技術(shù)，包括區(qū)域內(nèi)制氫，這些三大技術(shù)體系的一些重要的技術(shù)問題，還有一些材料裝備。重型柴油車密集的港口在中國有很多，從張家港、黃驊港、連云港到青島港都是重化工聚集地區(qū)。唐山港一億多噸鋼，黃驊港、邯鄲地區(qū)也是五六千萬噸鋼，到山東的臨沂這是最大的物流基地，柴油車密集。我們提出來一個中國在發(fā)展氫能和氫燃料電池汽車的技術(shù)路線，我們認為應(yīng)該開創(chuàng)氫能的重卡時代，提出這么一個口號來帶動氫能和氫燃料電池汽車的發(fā)展，優(yōu)先發(fā)展氫能的商用物流車?，F(xiàn)在國際上，豐田、尼古拉和現(xiàn)代在重卡汽車上已經(jīng)開始突破。國內(nèi)山東濰柴也把目標集中在重卡和大功率的氫燃料電池上，它準備搞200千瓦的氫燃料電池，而且在海南咱們都見證了它和神華集團簽訂了350噸的重型礦車的氫燃料電池的戰(zhàn)略性框架協(xié)議。咱們看看我們的主要港口，從唐山港、天津港、大連港、青島港、上海港等，2019年1月份，就一個月，它的貨物運輸量巨大，由5000萬噸到9000多萬噸。如果按照60%的公路運輸比例來看，那么整個重量估算是2.36億噸，集裝箱800萬標準箱。如果是每車運輸30噸的重卡，運距1000公里，單車消耗柴油250公斤，那么這樣一看，要達到1600萬次，要把這些貨物運完消耗柴油要到400萬噸。400萬噸這個排放可是不得了，折算氫氣每個月240萬噸，所以按照100公里15公斤的重卡消耗的氫，消耗的氫氣量3000萬噸，很不得了。3000萬噸的氫上來以后，我們要減排近4億噸左右的二氧化碳。所以在物流密集的港口地區(qū)我們一定要首先啟動氫系統(tǒng)的建立和重卡氫燃料車的試運行。
充分利用廢電，降低制氫成本
我國在可再生能源方面確實做了很大的努力。風電、光伏電池、水電、生物質(zhì)能、核電都發(fā)展迅速。尤其是風電和光伏電池，僅其中的兩個，現(xiàn)在就已經(jīng)建成了全球近一半的裝機容量。中國每小時有兩千塊太陽能電池板正在建造和安裝，每小時有兩臺風力發(fā)電機正在建造，而且速度非?？欤珬夛L棄光現(xiàn)象十分嚴重，為什么？可再生能源風電和光伏不穩(wěn)定，所以很多地方都建設(shè)了風電和光伏，但并不是所有的都用上了。另外，很難上國家電網(wǎng)，每年約有1000億千瓦時的電力被丟棄，這部分用作制氫的動力源，非常有利，成本低。這個電是多余的，我們撿起來了，它還可以產(chǎn)生大量氫氣，每年可使用約224億立方米，國家在制定氫能發(fā)展國家戰(zhàn)略時，要利用好目前棄光、棄風、棄水的1000億千瓦時電力，包括優(yōu)先使用工業(yè)副產(chǎn)氫，工業(yè)副產(chǎn)氫有多少？1000萬噸，一定要用好這兩個“1000”。例如，在吉林白城，需要建設(shè)3000萬千瓦風電、風能和光伏發(fā)電。我們可以制定一些以氫能為載體的新能源發(fā)展的技術(shù)路線。制氫技術(shù)使用堿性電解水。最終，氫氣的成本約為每公斤18-20元（含稅）。如果加氫站供應(yīng)給加氫站，可能會有一定的利潤，可以商業(yè)化運營。并且還有進一步降低成本的空間。因此，在密集的港區(qū)，從物流或重卡出發(fā)，以構(gòu)建氫能系統(tǒng)為基礎(chǔ)，解決當前霧霾或環(huán)境緊迫問題，我認為是目前較好的發(fā)展路線。當然，我們也支持氫燃料電池的研發(fā)，但是你要有相當?shù)母偁幜?，并且有持續(xù)的研發(fā)能力，趕上國外氫燃料電池的水平，提高功率，提高操作的質(zhì)量。中國是一個工業(yè)化進程非常快的國家。建立高效合理的氫能體系，推廣使用可再生能源，改善人類生存環(huán)境，提高生活質(zhì)量，對我們尤為重要。
使用氫系統(tǒng)后，我們的電網(wǎng)將更智能、更高效、更合理、更節(jié)能，以推進氫能重卡時代為代表，是推進我們氫能和氫燃料電池業(yè)務(wù)和產(chǎn)業(yè)的較好途徑。為支持我們建設(shè)制造強國，21世紀人類必將進入氫社會和氫時代，我有信心完成歷史賦予我們這一代人的任務(wù)，把氫能的開發(fā)和氫能的利用放在這一歷史任務(wù)圓滿完成！
