中國(guó)科學(xué)院院士李燦、清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院教授毛宗強(qiáng)做客央視 | 共話(huà)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展

近日，中國(guó)科學(xué)院院士李燦、清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院教授毛宗強(qiáng)做客央視科教《透視新科技》節(jié)目，針對(duì)目前氫能存在的一些列問(wèn)題，做出了解答。

人類(lèi)對(duì)氫能的利用，早在1807年就已經(jīng)開(kāi)始了，瑞士人制造了使用氫氣內(nèi)燃機(jī)的汽車(chē)，二十世紀(jì)五十年代，氫能應(yīng)用到航天領(lǐng)域，我國(guó)的長(zhǎng)征2號(hào)、3號(hào)運(yùn)載火箭上都使用了液氫作為燃料。與傳統(tǒng)的煤炭、石油等化石能源相比，氫能清潔高效、存儲(chǔ)量巨大，但是作為一直被看好的清潔能源，氫能源在現(xiàn)代生活中，卻始終沒(méi)有得到更廣泛的應(yīng)用。2022年3月23日，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃》，這是我國(guó)首個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)的中長(zhǎng)期規(guī)劃，首次明確了氫能是未來(lái)國(guó)家能源體系的重要組成部分，這標(biāo)志著氫能源在中國(guó)的發(fā)展將進(jìn)入一個(gè)更加快速的軌道。要想實(shí)現(xiàn)氫能的大規(guī)模應(yīng)用，我們還有哪些問(wèn)題需要解決？

制氫成本高，技術(shù)難度大，到底難在哪兒？

這主要是因?yàn)闅涞奶攸c(diǎn)決定的，地球上本來(lái)沒(méi)有游離態(tài)的氫，就沒(méi)有現(xiàn)成的氫氣，都是要分解帶氫的化合物，比如水、比如硫化氫的化合物，支取出來(lái)是比較困難的。水是大家很熟悉的，但是水是非常穩(wěn)定的，所以從水里拿出氫來(lái)就會(huì)比較難，要付出很大的代價(jià)，要注入很高的能量，才能把這個(gè)水分子化學(xué)鍵打斷，把氫氣拿出來(lái)，但是因?yàn)樗臍溲蹑I很難打斷，所以這么多年來(lái)，一直進(jìn)展的很慢。

電解水制氫中，得到一立方米的氫氣，差不多需要消耗4.5度電，成本很高，為什么沒(méi)發(fā)展起來(lái)主要是兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)就是剛剛說(shuō)的成本，另外一個(gè)就是因?yàn)樗悄茉摧d體，需要一次能源去制備，柴火價(jià)格就定在那兒，用柴火做氫氣，氫氣就加上柴火的成本就更貴。第二是缺乏基礎(chǔ)設(shè)施，像柴油汽油的車(chē)已經(jīng)有了，加油站也有了，所以在以后的使用中會(huì)很方便，但是在氫的交通領(lǐng)域中，還需要一系列的基礎(chǔ)設(shè)施得跟上去，所以這一些都是制約了它的發(fā)展。

實(shí)際上氫的應(yīng)用很早，甚至比電還早，實(shí)際上在電發(fā)明之前，城市里的路燈靠煤氣、煤炭制取的氣，其中煤氣中的成分百分之五十多都是氫氣。后來(lái)其他的能源就是煤、石油、天然氣，代替了煤炭，氫的發(fā)展也就相對(duì)晚了一些。

氫能源和其他能源比較，優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在哪些方面？

一方面氫能源生成水，綠色低碳是將來(lái)發(fā)展的方向。二是氫的能量密度很高，煤、石油、天然氣都不及它。三是氫的存儲(chǔ)量很大。從原料的資源來(lái)講，氫能量是非常豐富的，取之不盡用之不竭，用完之后釋放出來(lái)還是水。氫也存在安全問(wèn)題，凡是能源都有安全問(wèn)題，但是氫的好處是，假設(shè)萬(wàn)一發(fā)生安全事故，發(fā)生完之后生成水，不會(huì)生成次安全的問(wèn)題，這一點(diǎn)很重要。

在氫能領(lǐng)域取得了哪些技術(shù)成果？目前，在電解水制氫領(lǐng)域，還是有一定的困難，特別是利用太陽(yáng)能直接把水里面的氫拿出來(lái)，現(xiàn)在還是一個(gè)世界性的難題。實(shí)際上國(guó)際對(duì)氫的顏色是五彩繽紛的，除了灰氫、藍(lán)氫、綠氫之外，還提出紅氫（核能發(fā)電制氫）。目前綠氫的制取中，電解水制氫有很大的進(jìn)步，常用的是堿性電解制氫，耗電為10.5度電每立方氫氣，每小時(shí)可以達(dá)到一千立方米的產(chǎn)量，國(guó)內(nèi)的高溫氧化電解水制氫和國(guó)際上差不多。

氫能的儲(chǔ)運(yùn)方面難題在哪？有哪些技術(shù)突破？

氫是元素周期表第一個(gè)元素，非常輕，一立方米的氫氣才幾克重，所以在儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)中，氫的重量能量密度很高，體積能量密度很低，儲(chǔ)運(yùn)的效率就很低，所以?xún)?chǔ)運(yùn)的時(shí)候需要高壓壓到小的空間里，此外還可以冷凍降溫，降到零下253攝氏度，就會(huì)變成液氫，密度就增加了800倍，這也是儲(chǔ)運(yùn)的方法，大規(guī)模需要可以用管道來(lái)輸送。但是目前氫氣的管道不是太多，只有幾千公里。

中國(guó)科學(xué)家已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里做到了在一種符合的金屬材料里面，把氫吸進(jìn)去，而且吸的比例也很高，超過(guò)8%，另外請(qǐng)不但能吸進(jìn)去，還能放出來(lái)。希望這種新型的進(jìn)展能夠迅速的倍證實(shí)、產(chǎn)業(yè)化，這是個(gè)技術(shù)的突破。

目前，氫氣可以和氮?dú)庑纬珊铣砂保陀?7%的儲(chǔ)存量，到用的時(shí)候?qū)狈纸獬鰜?lái)。另外一個(gè)是人們將氫氣和二氧化碳反應(yīng)生成甲醇，用的時(shí)候?qū)⒓状嫉臍湓俜懦鰜?lái)。

氫能在應(yīng)用上有哪些突破？

氫能主要應(yīng)用在發(fā)電、供熱、建筑、交通這幾個(gè)領(lǐng)域，其中交通領(lǐng)域用氫比例并不是很高，除了陸路交通，氫能還可以在船運(yùn)、飛機(jī)、無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域應(yīng)用。交通領(lǐng)域來(lái)講，在短距離的小轎車(chē)，這個(gè)鋰離子電池技術(shù)還是很不錯(cuò)的，和氫燃料電池有一比，但是在長(zhǎng)距離的重卡領(lǐng)域，氫燃料電池可能會(huì)發(fā)揮更大的作用。

我國(guó)的氫能源發(fā)展瓶頸在哪兒？實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用還要多久？

缺乏基礎(chǔ)設(shè)施，如果想大力發(fā)展氫能源汽車(chē)的話(huà)，目前已經(jīng)開(kāi)始將加油站改成油氫合建站，除了基礎(chǔ)設(shè)施外，第二是國(guó)家關(guān)于氫的很多標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有完全出來(lái)，而且國(guó)家還把氫列為一種危化學(xué)品，這些是氫能的瓶頸所在。氫能預(yù)計(jì)2030年將實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)離我們很近，但是說(shuō)遠(yuǎn)也很遠(yuǎn)，一些基礎(chǔ)設(shè)施跟上去，配套的制儲(chǔ)運(yùn)都跟上之后還要十年以上。未來(lái)氫能的發(fā)展會(huì)帶來(lái)更多的藍(lán)天白云，霧霾會(huì)減少，另外整個(gè)社會(huì)會(huì)變得更加輕便，植物會(huì)變得更漂亮，未來(lái)也有可能助力航空航天，以及人類(lèi)的登月、登火星。