近日，2024年中國氫能產(chǎn)業(yè)大會(huì)上，中國科學(xué)院院士、佛山仙湖實(shí)驗(yàn)室理事長張清杰發(fā)表對(duì)氫能行業(yè)的重要觀點(diǎn)。

中國科學(xué)院院士、佛山仙湖實(shí)驗(yàn)室理事長張清杰

現(xiàn)場(chǎng)速記：“

當(dāng)前氫能發(fā)展仍面臨氫氣成本高昂的問題，特別是綠氫的成本。這一點(diǎn)，我們必須客觀認(rèn)識(shí)。第二，氫能的實(shí)際應(yīng)用難度極大。第三，關(guān)于氫能燃料電池，雖然過去三年成本已下降80%，但目前每千瓦的成本仍在2000-3000元，與鋰電池相比，我們是三倍。這嚴(yán)重制約了我們氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而材料問題在其中起了很大的制約作用。

這是一個(gè)原因，第二個(gè)原因，鄒志剛院士希望在這個(gè)大會(huì)上講述的內(nèi)容，我和他都深有感觸。回想10年前，2013年的時(shí)候，中國的鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，我們今天在座的都記憶猶新。當(dāng)時(shí)有10個(gè)城市進(jìn)行了1000輛鋰電池的示范運(yùn)行，武漢在示范城市中排名第二，有100輛，南京則位列第五，也有100輛示范車。為何如此？因?yàn)楫?dāng)時(shí)的鋰電池成本極高，1千瓦的鋰電池價(jià)格在5000-8000元。一輛車光電池成本就要50萬-100萬，政府需補(bǔ)貼50萬，中央政府和地方政府各承擔(dān)一半。當(dāng)時(shí)的情況就是這樣。然而，十年間，鋰電池的四種關(guān)鍵材料——正極、負(fù)極、隔膜、電解液取得了飛速發(fā)展，去年鋰電池產(chǎn)量達(dá)到500萬輛，今年更是預(yù)計(jì)達(dá)到1000萬輛。鄒志剛院士曾與我探討，我們的材料是否有可能在未來的三年、五年內(nèi)取得突破性進(jìn)展，從而緩解氫能產(chǎn)業(yè)面臨的最大瓶頸問題。

這是背景，非常遺憾的是，他雖已準(zhǔn)備好一個(gè)極好的報(bào)告，但因事無法親自前來，便委托我代為講述。由于時(shí)間寶貴，我將盡量簡潔地講述。

首先，關(guān)于關(guān)鍵材料技術(shù)到底有哪些支撐作用？氫能方面，大家已有所了解，我就不再贅述。很多人曾問過我，為何氫能如此重要？我要講的是氨氫融合新能源。那么，什么是氨氫融合新能源呢？這一點(diǎn)非常重要。因?yàn)榘焙蜌洌瑢?shí)際上都是一種零碳清潔燃料，它們都可以通過可再生能源來大規(guī)模制造。另外，它們可以相互轉(zhuǎn)換，如果做得好，轉(zhuǎn)換的成本會(huì)非常低，我可以稍后再詳述其裂解成本。第三，它們可以連通增效，互為補(bǔ)充。此外，氨已經(jīng)使用了100多年，其化學(xué)化工技術(shù)非常成熟。但作為能源，大家所了解的，包括謝在庫院士和從事能源研究的院士們，對(duì)氨作為能源的了解都很少。實(shí)際上，氨是一個(gè)高效的儲(chǔ)運(yùn)介質(zhì)，100公斤液氨就含有17公斤多的氫氣。二是它是零碳燃料，可以用于大規(guī)模的工業(yè)燃燒。剛才蒙娜麗莎已經(jīng)提到，一條150萬平方米的產(chǎn)線可以直接使用全氨燃燒來生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)或高端的陶瓷。

為什么要進(jìn)行氨氫融合呢？首先是因?yàn)闅淠壳暗膬?chǔ)運(yùn)困難極大。剛才中石化的喻總提到，茂名生產(chǎn)的氫才20元/公斤，但運(yùn)到佛山就漲到了45元/公斤，失去了經(jīng)濟(jì)效益。30元是一個(gè)經(jīng)濟(jì)成本線，為什么？因?yàn)?公斤氫氣運(yùn)輸100公里的成本就要10元，全世界都未能打破這個(gè)瓶頸。但如果使用液氨，1000公里運(yùn)輸1公斤的成本只需0.8元，而它里面含有17公斤的氫氣，所以運(yùn)輸成本極低。如果采用氨氫融合的方法，就可以解決長距離、大規(guī)模輸送氫氣的問題。

我們會(huì)提到，根據(jù)氫的經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑，目前就是200公里，超過200公里就無法就地取氫，這在實(shí)際產(chǎn)業(yè)發(fā)展中是非常困難的。20元錢，運(yùn)200公里就變成40元，所以我們需要把氫氣的經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑從200公里增加到4000、5000公里，這是非常重要的原因。

第二個(gè)原因，氨氫融合可以大規(guī)模擴(kuò)展氫的應(yīng)用場(chǎng)景。一是三大工業(yè)領(lǐng)域，我們可以直接用氫和氨進(jìn)行燃燒。廣東省做了一個(gè)規(guī)劃，到2030年要實(shí)現(xiàn)20萬噸氫氣的產(chǎn)量，供100萬輛汽車使用，這就是20萬噸氫氣的規(guī)模。而如果廣東省佛山市的工業(yè)窯爐、金屬兩個(gè)工業(yè)領(lǐng)域加起來使用氫氣燃燒，將需要1000萬噸氫氣，這就是3000億能源的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。如果改用氨氣燃燒，則需要4000萬噸氨氣，大概對(duì)應(yīng)1200億的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。這兩項(xiàng)加起來就是5000億產(chǎn)值，所以可以極大地拓展氫能的應(yīng)用場(chǎng)景。

另外一方面，氨氫融合還可以在商業(yè)運(yùn)輸、交通裝備、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、大型工業(yè)船舶等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。佛山市給予了極大的支持，建立了仙湖實(shí)驗(yàn)室。仙湖實(shí)驗(yàn)室與南京大學(xué)合作，聚焦做兩件事情。一件事情是研究氫能和下一代燃料電池。我們的燃料電池成本如果不能降低到每千瓦500元、800元，就無法與鋰電池競(jìng)爭。那么有沒有可能做到呢？完全可以做到800、500元每千瓦。所以我們聚焦這條主線。第二個(gè)就是解決大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)問題，我們用氨做燃燒，用氨做儲(chǔ)運(yùn)。國家能源局非常重視這個(gè)事情，在整個(gè)粵港澳大灣區(qū)唯一部署了一個(gè)關(guān)于氫能和氨氫融合的能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，這是非常不容易的。

綠氫綠氨涉及三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一個(gè)是制備，一個(gè)是儲(chǔ)運(yùn)，一個(gè)是應(yīng)用。這個(gè)應(yīng)用就包括氨燃料電池、氫燃料電池、氨氫內(nèi)燃機(jī)。剛才印彪院士講到，日本已經(jīng)做出了大規(guī)模的燃?xì)廨啓C(jī)純氨燃燒的示范。因?yàn)樗荒茉俳ê穗娬荆园ǜ邷毓I(yè)燃燒、氨氫的燃?xì)廨啓C(jī)等方面的應(yīng)用，今后的場(chǎng)景會(huì)非常廣泛。

這三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)一共涉及到三大類，17種關(guān)鍵材料，細(xì)節(jié)就不多說了。我們對(duì)全中國和全世界的材料做了非常深刻的分析，這要感謝鄒志剛院士花費(fèi)了極大的精力。

今年我們向國家提出了一個(gè)很重要的建議。鋰電池之所以在十年間從每千瓦5000-8000元降低到500-800元，材料的進(jìn)步起到了決定性的作用。就是因?yàn)樵谌袊⒘?0多個(gè)關(guān)于鋰電池四大材料的實(shí)驗(yàn)室，中央企業(yè)、中央高校、中央研究所、寧德時(shí)代都建立了這樣的實(shí)驗(yàn)室。但非常遺憾的是，整個(gè)氫能領(lǐng)域都還沒有任何一個(gè)關(guān)于材料的實(shí)驗(yàn)室。今年我們專門向科技部、中央政府建議，應(yīng)該設(shè)立這樣一個(gè)氨氫融合關(guān)鍵材料的全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。國家很重視，已經(jīng)拿出了指南，但現(xiàn)在還在審批程序中，希望能夠成功。

關(guān)于發(fā)展現(xiàn)狀，我就不一一細(xì)說了。最后有一張表，這張表很好地概括了我們?cè)跉淠芎桶睔淙诤?7種關(guān)鍵材料的情況。我們能不能圍繞剛才講的重大問題有所突破呢？第一個(gè)是低成本制備綠氫的關(guān)鍵材料。這邊是大家非常熟悉的高效光催化分解水制氫。現(xiàn)在我們要把電解水與光伏發(fā)電結(jié)合，先用光伏發(fā)電，再用55度電制1公斤氫氣。而現(xiàn)在的前沿技術(shù)是直接用光催化材料光解水制氫，省去了中間環(huán)節(jié)。但這個(gè)材料的競(jìng)爭很大，效率現(xiàn)在只有5%。如果我們能夠做到10%-15%，就能顛覆整個(gè)電解水制氫的過程。但要實(shí)現(xiàn)這一路線，還需要付出非常大的努力。

再來說說大規(guī)模鈣鈦礦電池。我們現(xiàn)在在西部地區(qū)、東北地區(qū)用的太陽能制氫的光伏發(fā)電都是單晶硅電池。現(xiàn)在都在開發(fā)一種全新的、全印刷太陽能電池，這種電池不用再提純，不用高溫處理，不會(huì)造成污染。它的特點(diǎn)是在弱光下也能發(fā)電，太陽能電池通常需要在400-700納米波段范圍內(nèi)才能發(fā)電，但這種電池在300納米，即看不見的光、紫外光，到800-900納米范圍內(nèi)都能發(fā)電，下雨天也能發(fā)電。而且全印刷的成本很低，效率也做到了20%。佛山已經(jīng)在南海建立了100兆瓦的電池廠，但它存在的問題是壽命只有10年，而晶硅電池的壽命是20年。這樣一來，我們就有問題了。能不能把壽命提高到15、20年呢？這是一個(gè)顛覆性的技術(shù)挑戰(zhàn)。

這個(gè)技術(shù)，如果我們?cè)谖磥淼娜辍⑽迥曛校軌虬砚}鈦礦電池的壽命從現(xiàn)在的10年提高到15、20年的話，我們現(xiàn)在就可以全部替代晶硅電池。這樣一來，發(fā)電的成本完全有可能會(huì)降低到使電解水制氫的成本達(dá)到10元以下。現(xiàn)在我們?cè)?6元，不管是在東北還是新疆，我們還是需要55度電來制1公斤氫氣，成本在16-20元。如果能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)突破，我們就可以把1公斤氫氣的成本降低到10元。

另外一個(gè)是氨氫儲(chǔ)運(yùn)非常困難，這個(gè)儲(chǔ)運(yùn)難在什么地方？比方說1公斤的液氨從新疆4000公里外運(yùn)到廣東，運(yùn)費(fèi)需要2.4元/公斤，從那個(gè)地方運(yùn)氫氣過來運(yùn)價(jià)非常貴。如果是運(yùn)氫氣，1公里要加10元，400公里就要加400元，這是天價(jià)。怎么把氨低成本液化成氫氣，這是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。另外一個(gè)就是管道輸運(yùn)，管道輸運(yùn)也有管道輸運(yùn)的難題。再一個(gè)是高壓氣態(tài)氫瓶，我們現(xiàn)在內(nèi)端材料幾乎靠進(jìn)口，我們自己不能做，所以成本很高。還有固態(tài)儲(chǔ)氫材料，中國是處在世界領(lǐng)先，但是它儲(chǔ)氫的效率是2%，放氫的溫度又很高，溫度能不能再降低，這些都是很大的制約。

我舉一個(gè)例子，這個(gè)例子非常重要。如果我們能夠把剛剛研發(fā)出來的技術(shù)（展廳里面有仙湖實(shí)驗(yàn)室的展示），——現(xiàn)在傳統(tǒng)氨液解存化的溫度是要800度，我們做到450度以下的裂解，我們的目標(biāo)是改制效率達(dá)到70%，有效制氫的能力就可以達(dá)到12%（雖然現(xiàn)在還沒有達(dá)到量產(chǎn)的水平）。這樣就可以支撐大規(guī)模氫氣的儲(chǔ)運(yùn)，把它運(yùn)到佛山。液解的溫度太高、成本太高，仍然無法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。我們最終的結(jié)果，6公斤液氨可以液解1公斤氫氣，液解綜合成本是5元，這個(gè)在我們的展廳可以看到。現(xiàn)在是實(shí)驗(yàn)室做出來的成果，如果能夠規(guī)模化，現(xiàn)在我們?cè)诜鹕竭@個(gè)地方，白市長非常清楚，1公斤液氨是3元，不管任何運(yùn)輸方式運(yùn)到我們這里都是3元，6公斤液氨可以液解1公斤氫氣，成本是18元，再加上5元，就是23元，終端用氫就是23元的氫可以供汽車使用，這樣就有經(jīng)濟(jì)性。所以我們要加快實(shí)驗(yàn)室顛覆性技術(shù)的工程化進(jìn)程。現(xiàn)在我們做出了樣品，要加快工程化。

佛山仙湖實(shí)驗(yàn)室

這個(gè)是關(guān)于燃料電池。燃料電池我們是1千瓦3000元，現(xiàn)在沒有這么高了。今天葉思宇院士和東風(fēng)汽車公司做到的水平，真正裝車水平都做到了1500元/千瓦。到了360千瓦、400千瓦，一定可以做到1000-1500元/千瓦，而不是3000元/千瓦。但是1000-1500元/千瓦還是比鋰電池貴兩倍，它沒有經(jīng)濟(jì)性。為什么沒有經(jīng)濟(jì)性？核心原因在哪里？現(xiàn)在整個(gè)儲(chǔ)能效率不到40%，它從電解水制氫，再到燃料電池發(fā)電，氫電轉(zhuǎn)換效率不到40%。我們?nèi)虻哪繕?biāo)都是提高到65%，如果能夠做到65%，我們完全可以和鋰電池競(jìng)爭。能不能做到65%？有沒有技術(shù)途徑？有兩個(gè)很重要的材料上的進(jìn)步，我們現(xiàn)在的材料工作溫度是80度，所以在里面排水很多，能不能提高到105度？我們現(xiàn)在已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室做到95度，現(xiàn)在再努力做到105度，這個(gè)就是膜的革命。

第六個(gè)是我們現(xiàn)在的工作電壓，現(xiàn)在是0.65伏，能不能提高到0.75伏？如果這兩個(gè)方面能夠取得大幅度的進(jìn)展，我們的燃料電池就可以做到和鋰電池完全一樣。需要多長時(shí)間？應(yīng)該需要三年時(shí)間，需要集合全中國最強(qiáng)的力量來攻關(guān)。這就是材料很大的支撐作用。

最后講講，有沒有可能在未來三五年左右的時(shí)間，我們國家能夠在三個(gè)大的材料領(lǐng)域真正突破卡脖子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)，解決氫能運(yùn)輸難、制造成本高、燃料電池成本居高不下的難題。材料起到支柱性作用，今年我們想整合全中國的力量來做這件事情，如果我們能夠做成功，有可能五年時(shí)間可以取得一個(gè)突破性的發(fā)展，為氫能產(chǎn)業(yè)注入更強(qiáng)大的動(dòng)力。謝謝大家！

來源：氫能之家

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