近日，國家標準委與國家發(fā)展改革委、工信部、生態(tài)環(huán)境部、應急管理部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《氫能產(chǎn)業(yè)標準體系建設指南(2023版)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《指南》)。本刊采訪(fǎng)了中國工程院院士、中國礦業(yè)大學(xué)(北京)教授彭蘇萍，他表示，未來(lái)10～20年將是我國氫能源與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要機遇期;新產(chǎn)業(yè)的標準化非常重要，《指南》是近期我國氫能產(chǎn)業(yè)標準化的操作手冊，實(shí)現“雙碳”目標需要在技術(shù)方面進(jìn)行大膽創(chuàng )新;如何控制好制氫過(guò)程中的碳排放、提高清潔能源制氫比例、降低燃料電池成本仍是我們面臨的挑戰。
  人類(lèi)發(fā)明了內燃機，但并沒(méi)有完全替換掉蒸汽機。我們今天討論氫能，并不是認為氫能可以替代所有能源，而是在探討一個(gè)各種能源和各種能源利用方式共存的模式。
  未來(lái)10～20年是機遇期
  問(wèn)：六部門(mén)聯(lián)合印發(fā)的《指南》，對我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意義是什么?
  答：這是國家層面首個(gè)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈標準體系建設指南。我之前一直在呼吁建立健全產(chǎn)業(yè)政策、安全監管及技術(shù)標準體系�！吨改稀诽岢�，到2025年，支撐氫能制、儲、輸、用全鏈條發(fā)展的標準體系基本建立，制修訂30項以上氫能?chē)�家標準和行業(yè)標準�！吨改稀肪唧w明確了近三年國內國際氫能標準化工作重點(diǎn)任務(wù)，部署了核心標準研制行動(dòng)和國際標準化提升行動(dòng)等“兩大行動(dòng)”，稱(chēng)得上是近期我國氫能產(chǎn)業(yè)標準化的操作手冊。
  新產(chǎn)業(yè)的標準化非常重要。最近，工信部等四部門(mén)印發(fā)了《新產(chǎn)業(yè)標準化領(lǐng)航工程實(shí)施方案(2023-2035)》，所提出的“ 8+9新產(chǎn)業(yè)”就包括氫能產(chǎn)業(yè)，涉及新能源、新材料、新能源汽車(chē)、民用航空、船舶與海洋工程裝備、新型儲能等內容，對于指導產(chǎn)業(yè)長(cháng)期發(fā)展具有基礎性、引領(lǐng)性意義。
  問(wèn)：對于利用氫能加快能源轉型，全球主要國家都有哪些新動(dòng)向?
  答：當前全球主要發(fā)達國家高度重視氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，都希望能源利用方式從以前的礦藏資源消耗型向天然資源再生型轉變，能實(shí)現低碳化——在做大可再生能源規模的同時(shí)，降低化石能源的利用規模。
  迄今為止，全世界有大約80個(gè)國家和地區提出了重視氫能的發(fā)展規劃。日本希望能從以前進(jìn)口煤、進(jìn)口油氣向進(jìn)口氫轉變。澳大利亞是能源出口國，以前主要出口煤炭，而現在的氫能發(fā)展規劃主要聚焦于氫氣出口。歐洲處于工業(yè)化后時(shí)期，目前發(fā)展氫能主要是為了工業(yè)脫碳。美國今年6月發(fā)布《美國國家清潔氫能戰略及路線(xiàn)圖》，鼓勵清潔氫能技術(shù)研發(fā)創(chuàng )新，更加重視清潔氫能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。我國基于煤在一次能源結構中占比的現實(shí)，發(fā)展氫能主要是為了優(yōu)化能源結構、改善能源品質(zhì)。
  問(wèn)：氫能會(huì )是顛覆性和替代性的能源嗎?
  答：人類(lèi)的能源利用方式主要經(jīng)歷了生物質(zhì)能源(薪柴)、煤炭、油氣、新能源幾個(gè)階段。人類(lèi)發(fā)明了內燃機，但并沒(méi)有完全替換掉蒸汽機。我們今天討論氫能，并不是認為氫可以替代所有能源，而是在探討一個(gè)各種能源和各種能源利用方式共存的模式。
  燃料電池發(fā)電是氫能的重要利用方式，是一種電化學(xué)反應，通過(guò)電荷轉移，將化學(xué)能轉化為電能。而油氣內燃機、煤炭蒸汽機是一種動(dòng)力機械，主要發(fā)生物理變化，通過(guò)直接燃燒燃料產(chǎn)生能量。
  以前我們認為氫主要是一種能源，后來(lái)我們發(fā)現用氫來(lái)消納可再生能源是一種非常有用的儲能方式。因此，氫就有了能源生產(chǎn)和儲存兩方面的屬性，在今后的能源技術(shù)發(fā)展中占有一席之地。
  讓氫能更綠色更經(jīng)濟
  問(wèn)：基于我國的能源結構，該如何利用氫能促進(jìn)能源轉型?
  答：我國具有豐富的氫能資源，煤制氫技術(shù)也趨于成熟。但如何控制好制氫過(guò)程中的碳排放、提高清潔能源制氫比例、降低燃料電池成本仍是我們面臨的挑戰，支撐氫能發(fā)展的核心技術(shù)和關(guān)鍵材料難關(guān)還需要進(jìn)一步攻克。
  對一個(gè)以煤為主要能源的國家來(lái)說(shuō)，二氧化碳排放是需要破掉的“緊箍咒”。未來(lái)10～20年將是我國氫能源與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要機遇期，要緊密聯(lián)系我國能源發(fā)展實(shí)際，從政策、技術(shù)、資金、國際合作等方面積極謀劃，把握機遇，提前準備，助力氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
  問(wèn)：從全球來(lái)看，氫的來(lái)源和應用有哪些可行的途徑?對于綠氫的發(fā)展您有什么看法?
  答：2020年全世界純氫產(chǎn)量嚴格統計是7500萬(wàn)噸，若稍微放開(kāi)一些指標，則超過(guò)1億噸。我國是世界上最大的制氫國家，氫氣主要用于化工精煉和合成氨等領(lǐng)域。2022年我國的氫氣產(chǎn)能超過(guò)4500萬(wàn)噸，產(chǎn)量超過(guò)3350萬(wàn)噸。
  雖然未來(lái)要發(fā)展可再生能源制備綠氫，但在當前的發(fā)展階段，穩定、可靠、便宜的氫還不能放棄。從世界范圍看，北美、歐洲的氫氣，主要是通過(guò)天然氣制造。以高溫固體氧化物電解池制氫為例，美國B(niǎo)loom Energy公司研制出了130千瓦的制氫示范裝置，德國Sunfire公司推出了2.6兆瓦的示范系統，丹麥托普索公司的產(chǎn)能達到500兆瓦。我國目前主要是煤制氫，在發(fā)展氫能源的過(guò)程中，需要關(guān)注如何把二氧化碳的排放控制好。
  問(wèn)：目前氫燃料電池有哪些新的發(fā)展方向?
  答：氫能利用主要是靠燃料電池轉化，現在主流的燃料電池技術(shù)主要有兩種：一是質(zhì)子膜燃料電池，二是固體氧化物燃料電池。
  質(zhì)子膜燃料電池工作溫度比較低(90攝氏度左右)、啟動(dòng)比較快，在交通領(lǐng)域應用得比較廣。固體氧化物燃料電池的工作溫度為600～800攝氏度，主要應用在分布式發(fā)電等領(lǐng)域。固體氧化物電解槽制氫具有高溫運行、效率比較高、耗電量比較小的特點(diǎn)，比常規質(zhì)子膜及堿性電解槽省電1/5到1/3，還可以通過(guò)高溫共解轉化二氧化碳。固體氧化物燃料電池技術(shù)受到了歐美各國的關(guān)注，因為它對原料的要求不高，不像質(zhì)子膜技術(shù)那樣需要高純度的氫，而且天然氣、液化氣也可以作為原料。
  中國氫能發(fā)展不但僅僅限于制氫，將來(lái)可能更依賴(lài)于能源轉化為電的裝置——燃料電池技術(shù)的發(fā)展與提升。中國礦業(yè)大學(xué)(北京)從“十二五”開(kāi)始研究固體氧化物燃料電池，去年初步研發(fā)成功的二氧化碳近零排放的煤氣化發(fā)電技術(shù)通過(guò)了科技部的驗收。該技術(shù)主要采用固體氧化物燃料電池發(fā)電和固體氧化物電解槽制氫，實(shí)現了1兆瓦供熱、500千瓦供電的熱電聯(lián)產(chǎn)，一次發(fā)電效率達到53%，還成功把二氧化碳轉化為化工產(chǎn)品，所以我們將聚焦于這個(gè)方向繼續努力。
  產(chǎn)業(yè)發(fā)展須突破“卡脖子”環(huán)節
  問(wèn)：從產(chǎn)業(yè)鏈角度來(lái)看，儲氫和供氫環(huán)節有哪些創(chuàng )新思路?
  答：目前主要是利用壓縮氫氣的供氫方式，液氫成本比較高，主要運用于航天系統，要在民用系統上應用還需要一段時(shí)間。
  氫能不利于存儲、液化成本高等問(wèn)題影響了氫能遠距離輸送。2016年，美國、日本和澳大利亞等國家提出了“氫2.0規劃”，把制氫和應用方式向“氨為載體”轉化，比如中東地區的石油大國提出的“綠色甲醇”計劃。
  綠氨作為綠氫的載體，在國內也得到了支持。例如福州已經(jīng)成立國內首家氨氫能源重大產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新平臺，寧夏也成立了氨氫產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，山東、遼寧和山西的一些企業(yè)也在進(jìn)行研究。
  問(wèn)：在儲運方面，管道輸氫與天然氣摻氫有哪些突破?
  答：氫能儲運基礎設施發(fā)展薄弱是我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“卡脖子”環(huán)節。當前，氫能儲運成本占到“制儲輸用”全產(chǎn)業(yè)鏈總成本的30%～40%。
  按照氫能輸送狀態(tài)的不同，運輸方式可分為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三類(lèi);氣態(tài)氫輸送以長(cháng)管拖車(chē)、純氫管道輸送、天然氣管道摻氫輸送為主;液態(tài)氫輸送以液氫罐車(chē)、專(zhuān)用液氫駁船、液氫管道為主。一般認為，長(cháng)管拖車(chē)在運輸距離小于200千米時(shí)具有成本優(yōu)勢;液氫遠距離輸送優(yōu)勢明顯，但在現有技術(shù)條件下液化系統能耗高且初始投資大。相較而言，純氫管道輸送、天然氣管道摻氫輸送都能夠實(shí)現氫能的遠距離、大規模、低能耗運輸。
  我國的純氫管道規劃與建設剛剛起步。今年4月，中國石化宣布，全長(cháng)400多千米的“西氫東送”輸氫管道示范工程已被納入《石油天然氣“全國一張網(wǎng)”建設實(shí)施方案》，這標志著(zhù)我國氫氣長(cháng)距離輸送管道進(jìn)入新的發(fā)展階段。6月25日，國家管網(wǎng)集團完成了我國首次高壓力純氫管道試驗——6.3兆帕管道充氫測試和9.45兆帕管道爆破測試取得成功。
  以摻氫天然氣的形式開(kāi)展氫能儲運與利用，將是快速突破氫能產(chǎn)業(yè)規�；�發(fā)展瓶頸的主要方式。目前我國天然氣管網(wǎng)總里程約為11萬(wàn)千米，“全國一張網(wǎng)”已基本建成，2025年總里程將達到16.3萬(wàn)千米，這為發(fā)展天然氣摻氫產(chǎn)業(yè)提供了堅實(shí)的基礎條件。研究認為，按20%的比例摻氫，2030年天然氣摻氫全產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值可達1800億元/年。
  問(wèn)：我國氫能源與燃料電池發(fā)展存在哪些亟待解決的問(wèn)題?
  答：我國具有豐富的氫資源，已經(jīng)掌握了煤制氫技術(shù)，世界汽車(chē)市場(chǎng)第一大國的規模，也為氫能發(fā)展提供了廣闊的平臺。目前還需要進(jìn)一步攻克很多關(guān)鍵的零部件和卡脖子的技術(shù)，例如質(zhì)子膜燃料電池的成本問(wèn)題，固體氧化物燃料電池的規�；瘑�(wèn)題。我們在應用場(chǎng)景、系統研究方面還有所欠缺，產(chǎn)業(yè)政策還需要和區域經(jīng)濟發(fā)展更緊密結合。
  我國對燃料電池的規劃是，質(zhì)子交換膜技術(shù)的燃料電池，到2050年壽命超過(guò)4萬(wàn)小時(shí)、成本低于300元/千瓦、工作溫度提高到130攝氏度(可以用純度為90%的氫作為原料供應，現在主流技術(shù)要求純度為99.99%甚者99.999%的氫);固體氧化物燃料電池和固體氧化物電解槽的系統成本，到2050年達到1000元/千瓦，壽命達到10萬(wàn)個(gè)小時(shí)。這樣的話(huà)，可以為替代現在的燃煤電廠(chǎng)技術(shù)做好準備。
  問(wèn)：對氫能源與燃料電池發(fā)展的戰略規劃，您有何建議?
  答：今后20年，國家需要進(jìn)一步制定引領(lǐng)戰略，優(yōu)化相關(guān)政策，在技術(shù)開(kāi)發(fā)以及自主可控方向做好工作。在2025年以前，重點(diǎn)依靠政策引導和局部示范，比如，燃料電池示范區和“氫進(jìn)萬(wàn)家”計劃，從國家層面支持氫能發(fā)展;到2035年，實(shí)現以市場(chǎng)驅動(dòng)為主的氫發(fā)展的商業(yè)模式，希望氫能源產(chǎn)業(yè)鏈能夠為國家的“雙碳”目標、高質(zhì)量發(fā)展作出貢獻。
  要做好這些工作，首先要加強頂層設計，比如去年公布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(cháng)期規劃(2021-2035年)》。其次，建立健全產(chǎn)業(yè)政策、安全監督及技術(shù)標準體系�；�于安全性考慮，希望將氫從危險化學(xué)品管理轉向類(lèi)似油品的管理機制。再次，加大對氫能基礎設施全產(chǎn)業(yè)鏈的補貼政策及金融支持，吸引金融資本有序引入國有資本，為規�；�發(fā)展氫產(chǎn)業(yè)鏈提供有力保障。最后，要建立長(cháng)效機制，推動(dòng)氫能基礎設施關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與核心裝備自主化。