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，氫能作為一種新的能源應用形式正為各界所關注，氫能產(chǎn)業(yè)關鍵技術的突破以及下游的大規(guī)模應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)展大會上，石油和化學工業(yè)規(guī)劃院能源化工處項目劉思明表示，氫能源要進行全產(chǎn)鏈的技術創(chuàng)新，通過制備、儲運、應用各環(huán)節(jié)的技術突破，推動氫能的發(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)展速度非常快，但燃料電池汽車的發(fā)展卻相對緩慢，主要是因為技術尚不成熟，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年實現(xiàn)商業(yè)化運行，加氫站達到1000座的網(wǎng)絡化目標。就在今年，國家能源集團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入該領域，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。”劉思明認為，一是其關鍵系統(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鍵核心材料、設備，如催化劑、電解質(zhì)膜等，國內(nèi)還不能達到穩(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和設備;五是在氫氣的儲運環(huán)節(jié)，高壓儲氫設備材料特別是以高強度碳纖維為依托的材料，研發(fā)水平還存在差距;六是氫能安全標準尚未健全，這是未來影響氫能利用和民眾接受度的一個很重要的因素。

對此，劉思明建議：“氫能產(chǎn)業(yè)的明顯特征是通過技術創(chuàng)新推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，因此未來包括制氫、儲氫、運氫、加氫技術的研發(fā)，將是實現(xiàn)該產(chǎn)業(yè)大規(guī)模應用的關鍵要素。所以在未來五年，重要的是加大這些方面的投資，盡早取得技術突破。”

四大模塊全面創(chuàng)新

對于具體要發(fā)展哪些技術，劉思明做了進一步分析。氫能的利用可以分為四大模塊，包括氫能制備、氫能儲存、氫能運輸及氫能應用。

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、風能、生物質(zhì)和電解水制氫4種。

根據(jù)測算，化學燃料或化工原料的制氫成本較低，是目前經(jīng)濟的、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。預計近期氫能源電池汽車的氫能供應仍以化學燃料或化工原料制氫為主，其他方式占比較小。但隨著技術的進步，太陽能和風能能源轉(zhuǎn)化效率的提高，新能源制氫也將會成為一個可選擇的途徑。

氫能儲存    氫能儲存有三種方式，即高壓儲氫、低溫液態(tài)儲氫和有機液態(tài)載體儲氫。目前我國所能做出來的實驗室級別的儲氫壓力可以達到70MPa，但缺乏工業(yè)驗證。所以未來的發(fā)展重點就是在高壓碳纖維復合材料儲氫罐設備的研發(fā)上，希望能在可控的成本之下研發(fā)出一種高強度且抗腐蝕能力比較強的儲氫容器。

有機液態(tài)儲氫在日本、德國受到關注并取得一些進展。其工作原理是利用化學反應，使有機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。

從目前來看有機液態(tài)儲氫有幾個明顯的優(yōu)點，一是儲氫量大，儲氫密度高;二是比較適合長距離氫能的輸送;三是由于這個反應是可逆的，其中應用的有機液體成本相對低廉，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氫和運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)展有機液態(tài)儲氫技術，但這些技術還有待工業(yè)化和大規(guī)模的驗證。

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

氫能應用    目前重點關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，目前我國在這一領域急需大量的技術研發(fā)。

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

但要注意的是不應把氫燃料電池或氫能的利用僅僅看成是汽車動力的來源，它應該更廣泛地應用于分布式能源、儲能裝備等領域，即氫能源可以替代目前很多驅(qū)動領域使用的傳統(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)絡化建設中使氫能源產(chǎn)業(yè)從示范區(qū)域運行轉(zhuǎn)向社會區(qū)域運行，擴大其應用面和影響力。