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專訪郭烈錦院士：為什么說氫能被嚴(yán)重低估了｜新京智庫高端訪談

2021-11-11 16:11:13 新京報(bào)評論 　 作者： 新京智庫訪談員 | 肖隆平  
氫燃料電池汽車的春天來了。
 
11月2日，中共中央國務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見》明確提出，推動氫燃料電池汽車示范應(yīng)用，有序推廣清潔能源汽車。
 
2020年10月，國務(wù)院辦公廳下發(fā)的《關(guān)于印發(fā)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）的通知》則將燃料電池汽車（以加氫為主）列為我國“深化‘三縱三橫’研發(fā)布局”的一縱之一。
 
在省級層面，越來越多的地方政府也在鼓勵和支持發(fā)展氫燃料電池汽車。比如，今年10月25日，上海市發(fā)改委、市財(cái)政局等六部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于支持本市燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策》提出：
 
到2025年底前，上海市級財(cái)政按照國家燃料電池汽車示范中央財(cái)政獎勵資金1:1比例出資，重點(diǎn)支持車輛示范應(yīng)用、關(guān)鍵核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、人才引進(jìn)及團(tuán)隊(duì)建設(shè)等。
 
隨著實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和觀念逐漸深入人心，以氫為能源的燃料電池汽車在市場上表現(xiàn)搶眼。韓國市場研究機(jī)構(gòu)SNEResearch10月底公布的數(shù)據(jù)顯示，2021年1月—8月，氫燃料電池汽車（FCEV）全球注冊銷量1.12萬輛，同比增長91.7%。
 
日前，在蘇格蘭格拉斯哥召開的全球氣候變化大會COP26上，如何脫碳幾乎成了最主要的議題。COP26亦將“到本世紀(jì)中葉，確保全球凈零排放，并將溫度控制在1.5℃以內(nèi)”作為目標(biāo)。

▲國內(nèi)首次研發(fā)的大功率的清潔能源發(fā)電車，其使用的是氫能。新京報(bào)記者李木易、吳婷婷攝
 
氫能，作為一種高熱值、零污染的能源，對于促進(jìn)全球經(jīng)濟(jì)脫碳，特別是在工業(yè)和交通領(lǐng)域?qū)l(fā)揮不可或缺的替代作用。
 
中國科學(xué)院院士、西安交通大學(xué)動力工程多相流國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任郭烈錦告訴新京智庫：氫能將在未來發(fā)揮比當(dāng)前國內(nèi)輿論場所描繪的情景更為重大的作用，將大大超越當(dāng)下主流觀點(diǎn)的認(rèn)識局限。對于終端能源用戶而言，除了與電一樣都是潔凈無污染的二次能源外，氫是一種含能體能源（包含能量的物質(zhì)）、具有可直接存儲的優(yōu)勢，而電是一種過程性能源、不能直接存儲。在未來可持續(xù)發(fā)展的能源供給體系中，氫能將成為與電并重的一種主體二次能源。
 
在全球要實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的背景下，我們該如何正確認(rèn)識氫能，如何盡快提高氫氣產(chǎn)量，一場新的能源革命如何走進(jìn)現(xiàn)實(shí)？新京智庫為此專訪了郭烈錦院士。他主要從事能源動力多相流及氫能科學(xué)技術(shù)的研究，是科技部“太陽能規(guī)模制氫”兩期“973”計(jì)劃重大項(xiàng)目和“煤炭清潔高效利用和新型節(jié)能技術(shù)”領(lǐng)域首批重點(diǎn)專項(xiàng)的項(xiàng)目首席科學(xué)家。
 
1
 
人們對氫的認(rèn)識不夠深，不夠廣
 
新京智庫：你認(rèn)為氫能對于實(shí)現(xiàn)我國的能源轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)能發(fā)揮多大作用？
 
郭烈錦：我個(gè)人認(rèn)為，氫能在能源轉(zhuǎn)型中將起到的作用比當(dāng)前大多數(shù)人所認(rèn)為的可能會更大。當(dāng)前很多人對氫能的認(rèn)知，主要是局限于氫燃料電池汽車方面，也就是運(yùn)用到交通領(lǐng)域的動力能源，氫起到一個(gè)替代汽油、柴油等燃料的作用。
 
事實(shí)上，在未來實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的潔凈無污染可持續(xù)能源供給體系中，氫的作用除了替代傳統(tǒng)交通工具和移動動力的用油、氣外，還可以替代一部分工業(yè)和民生領(lǐng)域的傳統(tǒng)用能。

▲米其林氫能源賽車樣車在上海完成通關(guān)驗(yàn)放（9月27日攝）。圖/新華社
 
在未來的零排放社會中，氫應(yīng)該與電一起構(gòu)成人類社會的主體二次能源。氫，在滿足終端用能中應(yīng)該有更多的場景應(yīng)用，而不是只依賴電。所以，你說氫能能發(fā)揮多大作用？只是我們目前對氫能的認(rèn)識還不夠深入，全面。
 
新京智庫：這個(gè)是與我們的制氫能力有關(guān)嗎？有數(shù)據(jù)顯示，全球一年的氫氣產(chǎn)量才7500萬噸，還不足全球原油產(chǎn)量的2%。
 
郭烈錦：是。迄今，我們受限于從一次能源到二次能源的轉(zhuǎn)化技術(shù)，還有受限于我們的觀念——人類還沒有轉(zhuǎn)移到把氫作為一種能源來大規(guī)模使用，尤其是把氫作為一種主體二次能源來使用。
 
大家都知道，一次能源是指自然界直接給予人類的，如石油、天然氣、煤炭，以及太陽能、風(fēng)能等。我們談能源轉(zhuǎn)型時(shí)，其實(shí)質(zhì)并不是談一次能源能做多大的轉(zhuǎn)型變化，自然界中一次能源該有多少量還是多少量，我們?nèi)祟悷o法改變。怎么利用好一次能源才是轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。
 
也就是說，其實(shí)我們要“轉(zhuǎn)型”的是由一次能源生產(chǎn)為二次能源、乃至實(shí)現(xiàn)終端需求過程的方式方法。迄今我們使用的由一次能源轉(zhuǎn)化為二次能源或者終端用能的技術(shù)在生產(chǎn)過程中都有污染物、溫室氣體等排放。其實(shí)，無論化石能源和可再生能源都可以用來發(fā)電和制氫，而當(dāng)下正使用的制氫和發(fā)電都是有污染物和溫室氣體排放的方法。
 
新京智庫：為什么說電解水制氫過程也有污染？
 
郭烈錦：首先，所用的電是從哪里來的？我們的電力目前主要來自于煤炭發(fā)電，即便是太陽能發(fā)電、風(fēng)電和水電等，從全生命周期來看，如發(fā)電機(jī)組的材料、元器件、設(shè)備等生產(chǎn)和制造過程不但耗能、而且也都存在污染物排放。而且，當(dāng)下的電解水制氫，實(shí)際上不是分解的純水，而是分解的電解液，這些電解液在制備過程中不同樣耗能？都有污染物排放，只是多少的問題。
 
也就是說，我們在用一次能源轉(zhuǎn)化成二次能源的過程中，人類應(yīng)該選擇更好的方式方法，要發(fā)展和使用沒有污染物和溫室氣體（如二氧化碳、甲烷等）排放的技術(shù)。從這個(gè)角度來說，關(guān)于碳達(dá)峰、碳中和對于降低全球溫室效應(yīng)而言，這個(gè)“碳”字用得并不準(zhǔn)確。
 
2
 
“煤制氫”實(shí)質(zhì)并不是用煤來制氫
 
新京智庫：也就是說，不管用什么方式制氫都會有排放？我們現(xiàn)在所能做的就是如何更有效地減少排放？
 
郭烈錦：是這樣的，用傳統(tǒng)的方法都會有排放，但變革性的方法可以做到?jīng)]有排放。通常俗稱的煤制氫其實(shí)不是用煤來制氫，其主體還是用水來制氫，煤的作用其實(shí)只是用其熱能去驅(qū)動水汽變換反應(yīng)實(shí)現(xiàn)分解水制氫。當(dāng)前已工業(yè)化使用的煤制氫、煤制油技術(shù)其實(shí)都要消耗大量的水，所以這個(gè)名字也誤導(dǎo)了公眾。
 
新京智庫：有數(shù)據(jù)顯示，制1噸氫要耗12噸水。真實(shí)的情況是什么樣？
 
郭烈錦：理論上，生產(chǎn)一噸氫氣消耗多少水從反應(yīng)方程式很容易算出。但現(xiàn)實(shí)中，制氫過程中所耗的水比這個(gè)數(shù)高得多，有很多水在過程中被浪費(fèi)了。因?yàn)楫?dāng)前煤制氫的工藝太復(fù)雜，除了生成氫氣所用的那部分做原料的水外，大量干凈的水是被主反應(yīng)以外的輔助工藝過程消耗掉或變成污染的水了，而且還增加能耗。
 
新京智庫：為什么用煤發(fā)電或者煤制氫就一定會排放污染物？
 
郭烈錦：并不是用煤發(fā)電和制氫就一定會排放污染物，而是目前人類大規(guī)模采用的燃煤發(fā)電和常規(guī)煤制氫方法一定會排放污染物。因?yàn)殡m然煤炭（以及石油、天然氣）主要是碳?xì)浠衔铮禾恐羞€有灰分如鈣、鎂、鋁硅等各種金屬或無機(jī)元素的氧化物、鹽類化合物成分。這種不純的物質(zhì)放到鍋爐或汽化爐爐膛內(nèi)去燃燒或部分氧化氣化，空氣的成分不純，其所含硫、氮等燃燒后就成了污染物——從煙囪排放的是氣體污染物，濕法脫硫、脫硝等還會排放液體污染物，還有固態(tài)爐渣。
 
新京智庫：所以我們不能選擇煤制氫？
 
郭烈錦：不是不能選擇煤制氫，而是不能用傳統(tǒng)或常規(guī)的方法去煤制氫。要實(shí)現(xiàn)清潔無污染可持續(xù)發(fā)展，需要盡量用更少的水，同時(shí)讓能量轉(zhuǎn)化效率盡可能地高，盡量不要有污染物排放，即便做不到零排放也要盡量少排放。
 
新京智庫：那有什么技術(shù)能避免這個(gè)過程的污染排放嗎？
 
郭烈錦：有。比如“水蒸煤技術(shù)”，其全稱叫“煤炭超臨界水氣化制氫發(fā)電多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)”（編者注：該技術(shù)于2018年2月在西安作為示范項(xiàng)目正式啟動），它可以讓制氫、發(fā)電、供熱和產(chǎn)高純二氧化碳的多聯(lián)產(chǎn)一體化一次完成。這是我們實(shí)驗(yàn)室1997年以來啟動的一項(xiàng)研究的成果，當(dāng)時(shí)就想怎么革傳統(tǒng)鍋爐的“命”，從而使得煤炭可以更干凈、高效的轉(zhuǎn)化生產(chǎn)出電和氫。
 
我們發(fā)現(xiàn)：利用水在超臨界狀態(tài)（溫度和壓力達(dá)到或超過臨界點(diǎn)374.30Ｃ/22.1MPa）下一系列獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)煤的完全無污染、無二氧化碳排放的潔凈、高效轉(zhuǎn)化利用。而且，還可以最大程度地節(jié)約用水，對發(fā)電而言它不耗水。
 
3
 
解水制氫最大挑戰(zhàn)是成本太高
 
新京智庫：所以將來制氫還是需要探索出一些其他的方法。比如海上制氫，因?yàn)楹Ｉ霞扔兴灿酗L(fēng)能、太陽能。海上制氫是不是獲取氫氣的最佳選擇？

▲風(fēng)力發(fā)電。圖/新京報(bào)資料圖
 
郭烈錦：氫主要是從水里來，所以也可以從海水中來。太陽能直接分解海水制氫，我們也一直在研究，已經(jīng)做了一二十年。未來，如果成本、大規(guī)模化都不成問題了，能滿足商業(yè)化需求時(shí)，當(dāng)然也就能成為主要的技術(shù)選擇之一。
 
其實(shí)，分解水制氫，不管是用電解、熱解還是光解，都是輸入能量用以將水分子的氫氧結(jié)合鍵打斷，生成氫氣和氧氣。所以海上電解水制氫，如果有現(xiàn)成的光伏或風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)，不妨鼓勵加裝電解水制氫裝置，將這部分電能轉(zhuǎn)化成氫能的形式存儲起來。但如果需要新建機(jī)組，則有多種技術(shù)路線可以選擇，要做全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析。比如用太陽能，用太陽光直接分解水制氫也是一條途徑，它比先發(fā)電再電解海水制氫少一個(gè)過程。多一個(gè)過程就多一個(gè)耗能的環(huán)節(jié)，投資和成本也會增大。
 
目前，電解水制氫的效率在實(shí)驗(yàn)室做得最高的大約80%，商業(yè)光伏發(fā)電的效率也就20%左右，如果是光伏發(fā)電再來電解水制氫，效率就更低了。
 
新京智庫：所以，這也是為什么現(xiàn)在電解水制氫量很低的緣故？
 
郭烈錦：是的。目前還是投資和成本太高，承受不了。
 
新京智庫：那可再生能源電（光）解水制氫與“煤制氫”的成本相差到底有多大？
 
郭烈錦：簡單報(bào)個(gè)數(shù)據(jù)你就知道了，如果是電解水制氫，制一標(biāo)立方的氫氣大約消耗4度電，技術(shù)不好耗到約5度電。這成本就要看用在哪里，什么季節(jié)發(fā)的電。如果是在廣東、江浙一帶，一度電1-2元，就根本劃不來。傳統(tǒng)已成熟的煤制氫，一標(biāo)立方的氫成本大約是七八毛錢，即便高時(shí)也在一元錢以內(nèi)（折算為電是1度左右）。
 
但在有的地方，比如三北地區(qū)（指東北、華北北部和西北）風(fēng)、光、水力發(fā)電的電都發(fā)出來了卻用不完，自然應(yīng)該鼓勵加裝電解水制氫裝置，當(dāng)然前提是當(dāng)?shù)匾驳糜兴瑳]水也不行。
 
新京智庫：但那些地方正好缺水。
 
郭烈錦：對，自然環(huán)境也對于發(fā)展制氫和氫能產(chǎn)業(yè)有很大的制約。所以要根據(jù)自然資源環(huán)境條件來選擇技術(shù)路線，不要硬性推廣什么電解水制氫。
 
新京智庫：你認(rèn)為我國什么時(shí)候能夠?qū)崿F(xiàn)氫占主導(dǎo)的局面？
 
郭烈錦：我當(dāng)然希望越快越好，但是事實(shí)上受到很多因素的影響，比如對氫能的全面準(zhǔn)確認(rèn)識、如何看待對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)可能造成的挑戰(zhàn)等等。
 
新京智庫：這個(gè)局面好像也不只是中國這樣吧？
 
郭烈錦：不完全這樣，比如日本、韓國，本來就是能源短缺國家，能源主要靠進(jìn)口，與其買燃燒有污染的化石燃料，不如買無污染的清潔氫能，因此全社會往氫能轉(zhuǎn)型的積極性就很高，發(fā)展動力大，現(xiàn)在的技術(shù)儲備也非常好。這也是為什么日本、韓國都把重點(diǎn)放在氫燃料電池汽車及家用燃料電池技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化及其推廣上了（編者注：有研究論文顯示，日本在氫能和燃料電池領(lǐng)域擁有的優(yōu)先權(quán)專利占全球的50%以上，并在多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)方面處于絕對領(lǐng)先地位）。日本人在30年前就開始研發(fā)太陽能直接制氫，電解水制氫技術(shù)也有，但并沒有作為最主要的技術(shù)。日本的能源發(fā)展規(guī)劃中也從過去的買煤炭、石油、天然氣等向直接購買氫能轉(zhuǎn)變。
 
4
 
氫燃料電池汽車成本會降下來
 
新京智庫：我國氫氣主要應(yīng)用于工業(yè)（尤其化工）、交通、建筑和電力等主要領(lǐng)域，你認(rèn)為在哪個(gè)領(lǐng)域用氫氣替換現(xiàn)有的能源將實(shí)現(xiàn)更大的碳減排效應(yīng)？
 
郭烈錦：迄今為止，我國還停留在只是把氫作為原料，而非能源來用。所以要說目前氫能在碳減排上有什么效益，現(xiàn)在是還沒效益。只有把氫作為能源來用，去替代交通工具、移動動力上所消耗的化石燃料，去替代傳統(tǒng)電力、化工、冶金、材料和建筑等規(guī)模工業(yè)和民生產(chǎn)業(yè)中所使用的化石能源，才能產(chǎn)生有真正價(jià)值和規(guī)模的碳減排效應(yīng)。

：原因還是成本太高。比如目前的電動汽車，盡管存在這樣那樣的問題，但由于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)后，目前其成本比氫燃料電池汽車還低，所以市場接受度還是更高。但隨著氫燃料電池技術(shù)的進(jìn)步，大規(guī)模生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)，成本肯定會大幅度降下來。
 
▲這是我國自主研發(fā)的首臺氫燃料混合動力機(jī)車。新華社記者曹陽攝
 
這個(gè)成本包括生產(chǎn)制造氫燃料電池汽車本身的成本和制氫的成本。還有一個(gè)受限因素是，氫作為能源的基礎(chǔ)設(shè)施還沒有建起來。這個(gè)問題應(yīng)該很快將得到解決，國家正在大力推動建設(shè)氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)示范城市群（編者注：2020年9月，財(cái)政部、工信部等五部委下發(fā)《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》明確，對符合條件的城市群開展燃料電池汽車關(guān)鍵核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)和示范應(yīng)用給予獎勵，形成布局合理、各有側(cè)重、協(xié)同推進(jìn)的燃料電池汽車發(fā)展新模式。此后，京津冀、長三角等多省市宣布成為該項(xiàng)目示范城市。）
 
新京智庫：今年國內(nèi)外的氫燃料電池汽車市場表現(xiàn)都不錯，前8個(gè)月全球銷量超過去年全年。這是不是個(gè)好現(xiàn)象？
 
郭烈錦：當(dāng)然是好現(xiàn)象，以后年年都會有增長，我相信，“未來人類用能模式一定是由氫和電作為同等重要的二次能源主體來構(gòu)成”。這是人類未來發(fā)展的基本前景。這個(gè)不用懷疑，只是時(shí)間早晚的問題。
 
新京智庫：但是國內(nèi)氫燃料電池汽車還是有很多短板。你最想對我國的燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展說點(diǎn)什么？
 
郭烈錦：其實(shí)，一二十年前我們國家就有發(fā)展氫能及燃料電池汽車等技術(shù)的機(jī)會，但錯過了。目前我們國家在氫能和燃料電池的產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)上，尤其是核心技術(shù)上，與先進(jìn)國家相比確實(shí)還有很大差距，比如燃料電池汽車的八大核心關(guān)鍵技術(shù)、氫泵及壓縮機(jī)、加氫噴槍、高壓閥門、涉氫材料和器件及其加工工藝和技術(shù)等，都需要加快布局攻關(guān)。因此需要實(shí)事求是地，從實(shí)用出發(fā)，從最基礎(chǔ)最基本的問題著手，切實(shí)努力攻關(guān)，把失去的時(shí)間趕回來。
 
令人欣慰的是，從2017年后起，從國家到地方各種相關(guān)政策陸續(xù)出臺，現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有驅(qū)動向氫能轉(zhuǎn)型的勢頭，市場已經(jīng)慢慢熱起來了。有很多企業(yè)也有了主動投資介入氫能產(chǎn)業(yè)鏈的積極性。

新京智庫訪談員|肖隆平
 
編輯|張笑緣
 
校對|陳荻雁




責(zé)任編輯： 韓昇宏