氫能如何迎來大發展？

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為了實現“雙碳”目標，許多人把目光瞄準到可再生能源上，但是由于可再生能源具有波動性的特點，因此需要進行大規模的儲能。

氫能可以作為一個非常好的紐帶，能把可再生能源轉化為氫，后端再把氫轉化成電或其他能源物質進行使用。基于此特性，氫能在全球范圍內掀起了熱潮。

“將來，氫能可能會在中國或者在世界能源體系中占非常大的比例，預測將在2050年前上漲到10%～12%左右。”近日，上海交通大學氫科學中心副主任鄒建新在“中國能源安全高峰對話”中如是說。

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鄒建新     中國能源安全高峰對話組委會供圖

兩大瓶頸：存儲和運輸

最近，氫能的發展勢頭猛烈，因為氫能將來的廣闊應用前景引起了關注。

氫能用途廣泛，從比較小的級別，比如千瓦級，能在家庭備用氫能電源、家用熱電聯供設備、氫燃料汽車等方面應用；到兆瓦級可以應用到儲能電站、通信基站、氫動力輪船、飛機等；更大級別甚至還能在冶金化工、海上風電制氫運輸方面發揮作用。

目前氫的制造方法主要還是依賴化石能源來制取，也就是用天然氣、煤炭和石油來制取。“未來的發展方向是通過清潔能源制氫，即通過水電、光電和風電等可再生能源進行制取，這種氫可稱之為綠氫。”鄒建新表示。

但是，鄒建新隨即指出，綠氫一般是在比較偏遠的地方，比如新疆、內蒙古、深遠海等，因為這些地方風電光伏資源十分豐富。要把清潔的氫高效運輸到需要的地方去，存儲和運輸是橫在前面的巨大難題，也是解決氫安全供給的最大瓶頸問題。

據了解，現在的氫儲運主要采用高壓氣體方式，比如采用20兆帕的長管拖車，這在未來大規模氫能利用過程中是無法和制氫及應用端相匹配的。因此，發展新型技術是當務之急。

鄒建新提到，氣態運輸將來會往管道方向發展，但管道的鋪設成本巨大，目前中石化已經準備建設四百公里長的輸氫管道，投資要達到200億元，若將來從西部、新疆、西藏實現西氫東輸，投資成本則要幾萬億元。

“固態儲氫是非常好的路徑，氫固化在材料當中，這種情況下安全性非常高，密度高可逆性也很好。后端氫的應用很廣，氫作為儲能手段將來也有大作為。”鄒建新說。

新材料實現新裝備

要發展氫產業涉及到很多非常關鍵的材料，這些材料是決定將來氫能走多遠的“鑰匙”。

在制氫方面，當前制氫路線主要有三種。第一種是堿性水電解制氫，效率可達到70%～80%，缺點是與可再生能源的匹配性不太好，優點是不受貴金屬限制，得以大規模使用；第二種是和可再生能源匹配得非常好的質子交換膜水電解制氫，效率可以達到85%以上，缺點是一定要用到銥金屬，而銥金屬十分昂貴且主要被國外一些大企業掌握，因此發展十分受限。

鄒建新推出了第三種選擇，即固體氧化物電解水制氫，電解水蒸汽在高溫下效率可達90%以上，這個時候的關鍵材料就是固體氧化物電解質。

為了降低對銥金屬的依賴，此前，鄒建新課題組的成員開發了一種無銥催化劑，非常適合我國制氫技術的發展。其中加了一些稀土元素，可以用來取代銥金屬，實現在酸性環境中的電解水制氫，使得質子交換膜電解水制氫不再受銥金屬的限制。

在氫儲運環節也對材料有很高的要求。傳統氫儲運大多采用高壓氣氫的方式，但氣體在和臨氫材料相互作用時，存在氫脆、泄露等安全隱患，且像高壓罐體、閥門、管道等關鍵材料還受制于國外。

近年來，上海交通大學丁文江院士領導的團隊在鎂基材料方面進行了很長時間研究。鎂基材料是我國非常有特色的材料，資源豐富，全球90%的鎂都在中國生產，價格非常便宜。

“另外，它的性能優勢是常見材料里儲能最高的，儲氫密度最大可達每升110克，而且使用壽命很長，能達到3000次以上循環次數。在技術優勢方面，它的反應過程比較簡單，就是鎂加氫變成氫化鎂，氫化鎂加熱以后能把氫釋放出來，可以釋放非常高純度的氫氣。未來這個材料使用之后又可以回收，對環境十分友好。”鄒建新介紹。