因具有發(fā)熱量高、燃燒性能好、過程清潔、終產(chǎn)物為水以及利用形式多樣等特點(diǎn)，氫能作為一種新的能源應(yīng)用形式正為各界所關(guān)注，氫能產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)的突破以及下游的大規(guī)模應(yīng)用也被提到議事日程。

在近期召開的石化和化工產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級綠色發(fā)展大會(huì)上，石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院能源化工處項(xiàng)目劉思明表示，氫能源要進(jìn)行全產(chǎn)鏈的技術(shù)創(chuàng)新，通過制備、儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用各環(huán)節(jié)的技術(shù)突破，推動(dòng)氫能的發(fā)展。

發(fā)展熱潮開始顯現(xiàn)

從氫能源產(chǎn)業(yè)的利用來看，美國、德國和日本走在世界前列。日本是亞洲氫能利用做得的國家，近幾年日本汽車廠商和能源研究所形成了氫能源開發(fā)聯(lián)合體，實(shí)現(xiàn)了氫燃料電池汽車全流程的生產(chǎn)和量產(chǎn)。

反觀我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前新能源汽車的發(fā)展速度非?？?，但燃料電池汽車的發(fā)展卻相對緩慢，主要是因?yàn)榧夹g(shù)尚不成熟，成本不具比較優(yōu)勢。

“我國已經(jīng)對氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃了路線圖：到2020年有5000輛左右的氫燃料電池示范車輛和100座左右的加氫站;到2030年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行，加氫站達(dá)到1000座的網(wǎng)絡(luò)化目標(biāo)。就在今年，國家能源集團(tuán)牽頭成立了中國氫能利用產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，表明能源主力軍已正式進(jìn)入該領(lǐng)域，氫能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展熱潮已經(jīng)開始顯現(xiàn)。”劉思明說。

產(chǎn)業(yè)存在六大問題

“在發(fā)展熱潮之下我們要冷靜看待氫能產(chǎn)業(yè)存在的六大核心問題。”劉思明認(rèn)為，一是其關(guān)鍵系統(tǒng)——燃料電池系統(tǒng)的可靠性和耐腐性與國外主流產(chǎn)品還存在一定差距;二是國內(nèi)燃料電池系統(tǒng)在環(huán)境適應(yīng)性方面與國外產(chǎn)品也存在差距;三是燃料電池中使用的關(guān)鍵核心材料、設(shè)備，如催化劑、電解質(zhì)膜等，國內(nèi)還不能達(dá)到穩(wěn)定的工業(yè)量產(chǎn)級水平;四是目前量產(chǎn)汽車中所采用的核心零部件，如氫氣循環(huán)泵、大功率的直流電壓變換器等，大多仍采用國外技術(shù)和設(shè)備;五是在氫氣的儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)，高壓儲(chǔ)氫設(shè)備材料特別是以高強(qiáng)度碳纖維為依托的材料，研發(fā)水平還存在差距;六是氫能安全標(biāo)準(zhǔn)尚未健全，這是未來影響氫能利用和民眾接受度的一個(gè)很重要的因素。

對此，劉思明建議：“氫能產(chǎn)業(yè)的明顯特征是通過技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，因此未來包括制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、加氫技術(shù)的研發(fā)，將是實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵要素。所以在未來五年，重要的是加大這些方面的投資，盡早取得技術(shù)突破。”

四大模塊全面創(chuàng)新

對于具體要發(fā)展哪些技術(shù)，劉思明做了進(jìn)一步分析。氫能的利用可以分為四大模塊，包括氫能制備、氫能儲(chǔ)存、氫能運(yùn)輸及氫能應(yīng)用。

氫能制備    目前能夠梳理出來的傳統(tǒng)制氫路線有重油氣化制氫、煤氣化供氫、煤焦化供氫、氯堿工業(yè)供氫等7種。而新能源的制氫路線有太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)和電解水制氫4種。

根據(jù)測算，化學(xué)燃料或化工原料的制氫成本較低，是目前經(jīng)濟(jì)的、能夠大規(guī)模穩(wěn)定供氫一種方式。而新能源的制氫成本要高于它。預(yù)計(jì)近期氫能源電池汽車的氫能供應(yīng)仍以化學(xué)燃料或化工原料制氫為主，其他方式占比較小。但隨著技術(shù)的進(jìn)步，太陽能和風(fēng)能能源轉(zhuǎn)化效率的提高，新能源制氫也將會(huì)成為一個(gè)可選擇的途徑。

氫能儲(chǔ)存    氫能儲(chǔ)存有三種方式，即高壓儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫和有機(jī)液態(tài)載體儲(chǔ)氫。目前我國所能做出來的實(shí)驗(yàn)室級別的儲(chǔ)氫壓力可以達(dá)到70MPa，但缺乏工業(yè)驗(yàn)證。所以未來的發(fā)展重點(diǎn)就是在高壓碳纖維復(fù)合材料儲(chǔ)氫罐設(shè)備的研發(fā)上，希望能在可控的成本之下研發(fā)出一種高強(qiáng)度且抗腐蝕能力比較強(qiáng)的儲(chǔ)氫容器。

有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫在日本、德國受到關(guān)注并取得一些進(jìn)展。其工作原理是利用化學(xué)反應(yīng)，使有機(jī)液體成為氫能的一種載體，通過加氫形成化合物。以這種非常穩(wěn)定安全的方式將氫運(yùn)送到加氫站以后，通過加氫再使氫氣得到釋放。

從目前來看有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫有幾個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)，一是儲(chǔ)氫量大，儲(chǔ)氫密度高;二是比較適合長距離氫能的輸送;三是由于這個(gè)反應(yīng)是可逆的，其中應(yīng)用的有機(jī)液體成本相對低廉，而且可循環(huán)，所以操作成本比較低。這種方法也將成為未來儲(chǔ)氫和運(yùn)氫的非常重要的方式。目前國內(nèi)一些民營企業(yè)已經(jīng)在模仿國外的路徑發(fā)展有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)，但這些技術(shù)還有待工業(yè)化和大規(guī)模的驗(yàn)證。

氫能運(yùn)輸    目前比較切實(shí)可行的是長距離輸送管道的運(yùn)輸。在化工企業(yè)中，氫氣的短途運(yùn)輸已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。但是氫氣管道的造價(jià)要比傳統(tǒng)天然氣管道高出一倍，所以未來實(shí)現(xiàn)氫氣和天然氣的混輸，降低整個(gè)氫氣管道的造價(jià)，是實(shí)現(xiàn)氫氣大規(guī)模長距離運(yùn)輸?shù)暮诵摹?/span>

氫能應(yīng)用    目前重點(diǎn)關(guān)注的是氫能利用的核心載體——燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是質(zhì)子交換系統(tǒng)，主要包括膜電極和雙極板兩大關(guān)鍵材料。在全產(chǎn)業(yè)鏈中，為核心的是氫燃料電池系統(tǒng)的研發(fā)與制備，目前我國在這一領(lǐng)域急需大量的技術(shù)研發(fā)。

此外，對現(xiàn)有加油站改造，并將其升級為加油、加氫一體化的供應(yīng)模式也值得關(guān)注。

但要注意的是不應(yīng)把氫燃料電池或氫能的利用僅僅看成是汽車動(dòng)力的來源，它應(yīng)該更廣泛地應(yīng)用于分布式能源、儲(chǔ)能裝備等領(lǐng)域，即氫能源可以替代目前很多驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域使用的傳統(tǒng)能源。所以我國氫能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和布局將是未來非常值得研究和探討的課題，要盡可能在網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)中使氫能源產(chǎn)業(yè)從示范區(qū)域運(yùn)行轉(zhuǎn)向社會(huì)區(qū)域運(yùn)行，擴(kuò)大其應(yīng)用面和影響力。