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干勇，冶金材料專家，中國工程院院士，中國工程院原副院長、國家新材料產業發展專家咨詢委員會主任、中國金屬學會名譽理事長、中國科協先進材料學會聯合體主席。長期從事鋼鐵冶金領域連鑄工程與新技術基礎理論、技術集成研究和近終形、高效連鑄等方面的工程研究和技術推廣工作。首次提出了亞快速凝固的CET自由晶粒的半定量計算公式；成功研制了國內首臺半工業化和工業試驗薄板坯連鑄機組；主持了高效連鑄關鍵裝備及系統技術的開發，形成具有自主產權的高效連鑄軟硬件配套工程技術，推廣了以獨特的連續錐度結晶器、板簧導向振動、連續矯直為核心的方坯高效連鑄技術。

 

隨著全球環境污染和溫室效應的加劇，以原子能、風能、水能、太陽能、氫能等為主的綠色能源逐漸進入人們的視野。其中，氫是宇宙中最常見的元素，可以通過化石能源或電解水制取，是可再生能源。氫氣是密度最小的氣體，無毒、清潔、燃值高、能量密度大，并且極易燃燒，液態氫可以做火箭燃料。氫能是低碳，甚至零碳排放，是人類未來最理想的清潔能源之一。2019年《政府工作報告》提出要“推動充電、加氫等設施建設”，這是氫作為能源首次寫入我國《政府工作報告》，對氫能在國內的推廣和應用具有里程碑式的意義。我國擁有龐大的制氫產能和應用需求，發展氫能將對我國的能源安全和環境保護產生哪些深遠的影響？未來“氫能社會”是怎樣的一幅全新景象？氫能將如何改變我們的生活？

 

氫燃料電池有哪些應用場景

 

能源結構的轉換和優化有兩條路徑：一是不可再生的化石能源被可再生的綠色能源替代；二是高碳向低碳過程的過渡。目前氫能的利用，特別是在汽車燃料電池上實現了應用的突破。氫燃料電池是一個移動式的發電機，沒有熱循環，它就可以把效率提到90%，發電效率非常高。氫怎么變成電？氫的發電機理不需要借助熱循環，而是氫在含鉑的催化劑下放出兩個電子，形成電流。

 

國際氫能源委員會認為，21世紀人類要進入氫時代，預測2050年全球氫能源需求將增至目前的10倍，同時2050年全球氫能產業鏈產值將超過2.5萬億美元。氫能的使用，既可以每年減少幾十億噸二氧化碳的排放，又可以形成巨大的產業領域，提供幾千萬人的就業崗位。

 

氫除了在汽車上應用以外，還可以應用在深海潛水、無人機、高速列車等設備上，只要是移動器件需要動力的地方，氫燃料電池都可以應用。5G時代所有基站的能源體系、供電系統也可以用氫。在生活中分布式發電方面，實際上每家每戶都可以放一個氫燃料電池的發電小裝置，用來制冷制熱、發電供電，幾乎所有的家用電器都可以利用它。另外，一個氫氣管道進入家庭就可以供給所有需要的能源，非常高效便捷。

 

氫能源做的燃料電池與鋰動力電池相比較，鋰動力電池在重載航空航天或者是大型移動器件上作為主動力電源，它的續航里程不夠，能量密度也沒有氫燃料電池高。所以，像航空航天大功率的這種運輸工具，使用氫燃料電池是非常適合的。

 

氫能安全嗎

 

氫能既然有這么多優點，那么使用氫存在危險嗎？任何燃料總是有一定的危險性，氫能作為燃料也不例外，但氫燃燒起來以后沒毒，不像有毒的氣體會把人熏倒。在燃料的爆炸性方面，氫的擴散速度是汽油的12倍，燃燒后會很快擴散開，可能一下子一股火躥上去，但是它不會引起其他更加嚴重的后果。我們做了一個測試，在汽油和氫燃料汽車分別燃燒著火的條件下，氫一燃燒，會冒一股火上去，但擴散很快，很少殃及汽車的其他部位；而汽油來不及擴散，會蔓延燃燒其他地方，造成整輛車被燒毀。所以從安全性來說，氫比汽油還稍微安全一些。當然，氫既然是燃料，還是比較危險的，特別是在開始的推廣時期，比如19世紀用氧就很危險，但等所有的規則定好以后，大家就可以比較安心使用了。所以氫系統的建立就要制定絕對安全的氫運行規則，如果制定好制氫、運氫、加氫、儲氫的規則標準，按照整個用氫規則來使用，危險就能控制，安全性就會大大提高。比如，氫能在日本應用比較廣泛，市場推廣方面也具有領先優勢，在日本不少加氫站和加油站布局在一起，只有一墻之隔，旁邊就是社區。可見，如果技術和標準研發好、制定好，氫的危險性就會得到控制。

 

氫能是霧霾的終結者嗎

 

中國的柴油車保有量約占現有汽車保有量的9%，但在霧霾這個問題上它的貢獻率很大。汽車的尾氣排放對整個霧霾的“貢獻率”大概是三分之一左右，其中柴油車大概占70%，這個問題必須得到解決。柴油車在中國的港口非常集中，以北方一個工業城市為例，這個地區的物流量非常大，是一個重化工區，鋼的產量非常大。一噸鋼大概產生的物流量是五六噸左右，用重型卡車從港口到鋼廠運輸最方便。這里200多萬輛汽車里面，有將近20萬輛的柴油車，排放量很大，污染比較嚴重，在這個地方實行“柴改氫”，將會有效地減輕京津冀一帶霧霾形成的壓力。

 

從氫燃料電池本身的特點來看，它適合于重載遠距離續航，可以在港口來回跑六百至一千公里，重載也沒有問題。柴油車比較密集的港口容易布局加氫站，而且國內港口幾乎都是重化工地區，工業副產氫也很豐富。加之港口一般毗鄰大海，海上運輸氫燃料來源也很容易。

 

可見，“柴改氫”可以先從港口的柴油車啟動，沿著運輸路線去布局加氫站，統一加氫，大量地密集地使用氫，形成規模效應，從而達到降低成本、提高效率的目的，以環境來驅動氫能和氫燃料發展，這樣才能進行商業化運營，而不是一直虧損運營，依靠國家補貼，這是非常有現實意義的。所以，“柴改氫”代表了一種技術路線的方向，尤其可以在港口的重卡上先進行。如果“柴改氫”這條路走通了的話，我們可以在港口城市建立示范點。比如，我們在京津冀地區先建立氫能的利用體系，完全可以在很短的時間之內，把京津冀的霧霾問題部分解決掉或者是根本解決掉。

 

氫能離我們還遠嗎

 

截至2022年底，全球共有814座加氫站投入運營，歐洲、亞洲、北美仍是加氫站建設的主要地區。世界主要發達國家都把氫能源的發展利用提高到國家能源安全的戰略高度。有數據顯示，截至2023年10月，我國氫燃料電池汽車累計銷售18197輛，累計建成加氫站417座，位居全球首位。據預測，到2030年，氫能產業產值將突破1萬億元；加氫站數量達到1000座，燃料電池車輛保有量達到200萬輛。我國氫能源產業發展有著怎樣的布局？又面臨哪些挑戰呢？

 

我國氫能發展的優勢比較明顯。首先是國家高度重視氫能源產業發展，《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》就對氫能和氫燃料電池進行了規劃；后來《中國制造2025》節能與新能源汽車路線圖，也把氫能源和燃料電池汽車作為一個主要發展方向；2016年國家發展改革委、國家能源局聯合印發了《能源技術革命創新行動計劃（2016—2030年）》，提出要加大氫能和燃料電池的應用；特別是2019年《政府工作報告》明確提出要推動充電、加氫等設施建設。當前整個氫能和氫燃料電池汽車的應用掀起了高潮，在北京、上海、天津，包括湖北、重慶、浙江、廣東等都開始了汽車氫燃料電池的研發和商業化運行。實際上，我國制氫的工業基礎還是很雄厚的，制氫能力在全世界也是排在最前面。在氫還沒有作為重要能源的時候，它作為催化劑、還原劑被大量應用。比如合成氨煉油加氫，每年產量在2000萬噸以上。總之，我國未來開發氫氣潛力巨大、市場巨大，我們的商業用車、港口用的卡車、物流車，以及我們的乘用車，數量加起來都是很大的，而且應用場景會越來越多。

 

多地競相發展氫能源。我國氫能產業全產業鏈已初步打通，氫能產業布局明顯提速。燃料電池汽車作為氫能產業發展的重要方面，未來兩三年有望迎來爆發式增長。國家發展改革委、國家能源局聯合出臺《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》，為我國氫能產業中長期發展描繪了藍圖。各地方也紛紛搶占氫能發展制高點，產業布局呈遍地開花之勢。現在已經有20多個省市做了氫能的發展規劃和氫燃料汽車的發展規劃，而且已經形成了華東、華中、華南、華北、東北、西南等氫能和氫燃料電池汽車的產業群，涌現出像上海、如皋、佛山、張家口、武漢等一些有代表性的城市。各地方政府相繼發布涉氫的政策，構建了涵蓋科技創新、應用示范、基礎設施、產業布局等各個環節的政策體系。如北京2021年就發布了《北京市氫能產業發展實施方案（2021—2025年）》，對產業的發展起到積極的引導和推動作用。北京冬奧會期間，上千輛氫燃料電池汽車服務保障冬奧，實現全球最大規模的示范應用。還有河北唐山出臺了氫能產業發展的實施方案，其中提出力爭到2025年，建成加氫站30座，氫燃料電池汽車運營數量力爭達到2500輛，氫能產業營業收入達到200億元。江蘇的如皋，是“聯合國氫經濟示范城市”。還有，山東提出了建立氫谷的概念，而且制定了一個總體規劃，等等。

 

我國氫能產業如何突破

 

目前我國氫能產業發展前景廣闊，但要實現快速健康發展需要改變氫能生產主要依賴化石能源、清潔能源制氫和氫作為能源利用規模還比較小的現狀。需要攻克質子交換膜組、發動機、傳感器等氫核心產品技術難點，并且要解決氫氣輸送網絡系統不成熟，商用化應用不足等現實問題。

 

推進氫能全產業鏈發展，布局氫能產業示范區。在氫能的利用上千萬不能先車后氫，應該氫體系先行，至少是車和氫要同步，這樣可以有力地推動燃料電池和燃料電池汽車的發展，否則欲速則不達。因為氫能產業鏈長，它橫跨能源、化工諸多領域，氫體系也很復雜，所以推進氫全產業鏈發展，要以企業為主體，以資本為紐帶，集中國內優勢單位把團隊力量做大做強，然后把氫體系全產業鏈的規劃做出來，打造好氫燃料電池汽車發展中的氫能供應體系，做到有序發展。各地要根據地方特色、能源稟賦、環境條件、技術能力來規范每個地區氫能發展的布局、方向和規劃。

 

建立氫能國家重大專項，開創氫能重卡時代。通過設立國家重大專項來解決產業鏈中的重大技術裝備和工程問題。重型柴油車密集的港口國內有很多，從張家港、黃驊港、連云港到青島港都是重化工聚集地區。這些柴油車密集的港口地區，可以開創氫能的重卡時代，首先啟動氫系統的建立和重卡氫燃料車的試運行。

 

充分利用廢棄電力，降低制氫成本。這些年，我國的風電、核電、光伏電池、水電、生物質能源等發展都很快。特別是風電和光伏發電，我國都是全球裝機容量和發電量最大的，但由于風電、光電不穩定，并入國家電網比較困難，導致我國的棄風、棄水、棄光現象也很嚴重。如果把每年近1000億度的棄電用來制氫，成本就會降低。

 

因此，在制定整個氫能發展的國家戰略中，要利用好現在棄光、棄風、棄水這1000億度電，包括優先利用好1000萬噸工業副產氫，這“兩個1000”我們要用好。同時，在重型柴油車密集的港口地區，從物流或重卡起步，以建立氫能體系為基礎，解決當前的霧霾或環境緊迫問題。當然，我們也要加快研發好氫燃料電池，把成本降下來、功率提上去，提高運行質量。

 

中國是一個工業化進程速度非常快的國家，建立高效合理的氫能源體系，對促進可再生能源的利用，改善人類的居住環境和提高生活質量，非常重要。氫系統建立和完善后，我們的電網會更加智能、更加高效、更加合理、更加節能。當下，我們要以推動氫能重卡時代為代表，把我們的氫能和氫燃料電池的事業產業往前發展，用來支撐我們制造強國建設。