博简科学：中国氢能事业东风骤起，科学家解答产业发展之路

随着电动汽车的蓬勃发展，蓄电池应用的优缺点也被人们广泛熟知，电动汽车对外界温度的敏感导致续航里程的焦虑及充电时长成为限制人们选择的主要因素。

人们期待着氢能源动力能走向实用，享受那种续航长、充能时间短、储运便捷的酣畅的行驶体验。随着西方发达国家在氢动力民用方面的先行实践，中国的氢能源东风也骤然卷起，首届北京氢能产业大会暨京津冀氢能产业发展高峰论坛会议上，【博简科学】聆听了来自氢能产学研界的多位科学家及专家的精彩发言，就普通民众可能涉及对氢能的认识和了解方面的疑问，【博简科学】通过整理专家的发言，给予读者以深入解答。

氢能一般性问题：在会议上，对于氢能源的利用，专家们多以液氢这个词来提氢能源的利用，我们熟悉的氢气在动力应用上，为什么要以液体形态存在？气体液化，是一件容易的事情吗？

专家解答：与其他新能源比，氢能具有明显的优势就是稳定高效，氢的能量密度很高，是化石能源的三倍，这意味着只要用三分之一的的氢能就可以产生相同数量的能量。氢能也十分丰富，大量存在于宇宙之中，它几乎是所有植物和水的第一元素；与核能或天然气不同，它没有任何有害排放物，一旦被用作能源，它就可以转化为水，这就是氢能最受追捧的原因。

氢能源一般性问题：气氢液化是储能节流和安全的需要，同样重量的氢气,气态与液态的体积相差几十倍,汽车在使用氢气时,储气罐内是液态,当通过调压阀进入发动机气缸时是气态,跟我们家庭使用煤气是一样的道理。

但是，氢气的液化是很难的，可以说是除了氦之外最难液化的一种气体,与其他的低温液化气体相比，液氢需要的温度更低，在零下68度以下，气态快速加氢必须冷却储能才可以实现，这也是为什么我们要在加氢站推液氢的重要原因，但是液氢制取难，保存也难，因为它的沸点低，很容易气化和蒸发，所以需要超级绝热技术，这需要技术的进一步提升，如何获得高密度的物理储氢？目前国际上只有两个途径，要么在极低的温度下获得液氢，要么在较高的压力下获得湿冷高压氢。

氢能引申性问题：气体氢很难液化，液化氢又很难保存，由此看来液态氢的获得成本是极高的，那么，氢能利用的这种特点，是否对其普及和民用造成阻碍？

专家解答：这涉及到了液氢产业的规模效应问题，凡做过低温行业的技术人员都知道，低温工程具有规模效应，规模越小，能耗越高，越不经济。只有具有超大规模的时候，低温工程的经济性才能凸显出来。当规模到了足够的程度之后，液氢的经济性是超乎想象的。中国拥有广博的土地、富饶的资源和数量众多的人口，因此可以做得到全球最大的规模，最大的市场，液氢的成本是随着生产规模的扩大显著降低的，因为不同规模的液氢工厂，它的综合能耗差异是巨大的，一天几吨、十几吨的规模，主要还是应用在科研实验领域，真正工业化、大规模甚至国际贸易领域的企业化规模，都是在百吨以上的，而当到了百吨以上的规模，不仅液化氢能耗每公斤可以降到六度电，而且固定设备工厂的投资成本也会显著降低，所以，氢能普及利用势在必行，利用越广，成本越低。

氢能成本问题：会议上，专家们提到美国的液氢比较便宜，那么美国氢能便宜的原因是什么？中国目前阶段要获得低成本液氢有什么便捷的途径？

专家解答：获得低成本液氢有三个要素——就是廉价的氢源、 廉价的工业电价、液化规模。 在很多发达国家民用电价和工业电价是倒挂的，而在我们中国，为了国计民生和维稳，民用电价反而比中国的工业电价要便宜得多，所以在国内，直接用上网的工业电价液化氢是做不出经济性来的，工业电价高，是我们国内液氢成本居高不下的重要因素。中国最便宜的电价在可再生能源的发电端那里，比如广阔的西部风光电源地带和东北部的海潮电源地带，那里有最便宜的工业电价和最廉价的氢源，那才是施展氢液化和液氢储运的广阔天地。中国有自己的发展液氢的逻辑，就是西氢东输和海氢登陆。中国有最好的可耐生能源的资源，电解水制氢纯度非常高，中国的高端制造业也更适合氢的液化。

关于电解水制氢，氢源会远比化工氢更加优质，所以西部江北地区光伏发电、东部海上风电、将来成为在甲醇和氨之外第三条重要的储运和能源转移路径。中国发展液氢的战略不仅仅是为了能源，更重要的是为了整个工业体系的高质量发展，因为液氢可以带动工业及电子气体、化工、半导体这些行业的高效发展，而液氢在滤氢产地液化，消耗的电费低，到了终端加氢站，又节省了上网的工业电价，而在加氢站中，液氢应用带来的各种各样的变化，就不仅仅是车载动力的一个贡献了。

氢能储运问题：专家们提到大规模液氢的储存和运输是氢能源未来的发展方向，那液氢的大规模储运是怎么做的？是跟原来液化天然气一样吗？

专家解答：液氢的大规模储运跟液化天然气的储运有相似的地方，有接近的地方，也有升级的地方。液氢罐车和当年的液化天然气罐车一样，非常的灵活方便，而且容积最大可以做到53.6立方，它比液氢40英尺罐箱在相同外扩尺寸下可以有更多的运输体积。

但是液化天然气转出很容易，因为液化天然气的温度在空气的液化温度以下，它不受空气的影响，而液氢温度远低于空气的沸点，空气进入形成颗粒物会影响到安全，因此液氢少转入一次就少一次风险，少一次气化排放的经济损失。而液氢罐箱的联运，虽然在运输的终端比罐车的效率低，但是在全产业链上，它的效率和安全性会比罐车的运输效率更高，安全性更高。所以发展液氢罐箱是必要的，但是发展液氢罐箱还需要许多基础工作要做，没有船，没有站，没有海上接收站，就无法实现液氢的海上贸易。有了船和接收站，就可以把大连东北地区的滤氢液化了之后，通过内陆的海岸线运到南方来，只有这样，罐箱多式联运零换装才会比罐车更方便更经济。虽然罐箱比罐车少装了大概10%到20%的液氢，但是对行业格局、对产业思路的打开提供了一个非常好的途径，因为罐箱的多式联运，它可以节省掉中间液氢的转出环节。

氢能应用问题：会议上，【博简科学】了解到，自六十年代起，中国的氢技术就在航天航空领域及运载火箭中一直利用，而如今氢能被民众所广泛的熟知，却是因为在新能源汽车领域的利用，那么氢能市场化的趋势和未来是怎么样的？目前国内外氢能的应用情况到又是怎样的？

专家解答：有的专家认为氢能应该重点体现在工商业和航空航天等科研领域，因为氢能开发的成本很高，新能源汽车目前和未来阶段有电动汽车就可以了，因为电动车在技术领域很成熟，而且技术还在发展。但有的专家认为氢能应该是车载液氢先行产业化的，因为技术的普及是市场选择的结果。没有什么好的技术，只有更适合的技术，更适合用户的使用习惯和民族复兴的技术，因此，民用氢能的发展也应该首先是在新能源汽车领域实现突破的。

关于国内外氢能的市场应用情况，目前主要也体现在交通领域，且重点集中在液氢重卡领域，无论是在中国的福田还是欧洲的奔驰，都已经有了多种款型的样车和产业化应用；而在轨道交通方面，在英国和韩国都已经有了列车上使用液氢的案例，因为针对大功率、长续时里程、高质量等氢能源特点，车载液氢绝对是一个非常好的选项；而在动力船舶里面，欧美也有大量的液氢动力船舶的设计和应用案例。至于我国，液氢未来是否要做深冷高压，要看过冷液氢的发展和车载液氢的产业化程度，但不久的将来也能够看到液氢动力船的影子。

除了动力以外，液氢高密度轻质量特点，还是飞机的刚需，因为上天的飞机对重量非常敏感的，它的自重和携带燃料容器的重量是按照克来进行计算的，比如海外飞行器用的液氢燃料罐，体积是人两三倍的大罐子，一个成年人就可以很容易把它搬起来，而一个总重量67公斤的液氢储罐可以盛装超过150公斤的液氢储氢密度，重量密度高达70%，是超大高压车载储氢密度的十倍；对于大型民用客机的电动化，液氢也是唯一的解决方案，这是因为它不仅可以实现高密度的液氢储存，更可以在液氢温度下实现超导，使得高功率的电动机系统能够高效紧凑的使用，在液氢超导储能方面，国外已经有了商业化的应用，取得了非常好的经济效益。中国这样一个电力大国，更会需要液氢超导储能，液氢和超导的结合，将会给中国的电力系统、尤其是可再生能源上网储能的系统翻开一个新的应用领域，带给人们不一样的世界。

氢能热点问题：民用氢动力汽车，关注度很大，但目前少有氢载新能源车行驶在路上，民用氢能发展的瓶颈在哪里？如何解决这些瓶颈问题？

专家解答：民用氢能的发展是一个系统工程，需要有一系列配套的措施出来，比如成本和基础设施问题，比如标准体系建设的问题，比如加注设备的调整问题、过冷技术提升问题等等，总之任何技术只要民用，就必须是各方面都很成熟的，必须是成本最低的，因此，工作就只能一步一步去做。

民用液氢的标准体系千呼万唤始出来，现在已经有了很多，但标准偏向于装备产品的安全问题，而针对于检测的、安全管理的等等很多的标准体系还没有出来，还是空白，这些都有很多的工作要做。有了液氢之后，储蓄型加氢站的标准还需要进一步确定，国家在2021年出台两个强制性的加氢站标准，不管是单独建设，还是与加油站、加气站、核电站一起建设，液氢站都被列入了重要的组成部分。

而液氢的加注、高压线的加注、甚至是适冷高压性的加注比较简单，它会比高压加气站适用性更广，能够面向所有的车辆广泛应用。这就涉及到液氢的过冷技术问题，只有过冷技术够硬，才能够实现安全的液氢快放加注。欧洲在液氢加注方面有两个技术路线——升冷高压加注和过冷液氢加注，实现过冷液氢，需要低于液氢的饱和温度，而液氢还有一种更高级的形态叫做浆氢，它的过冷度更大、热熔更高、密度更大，流动性跟液氢相当，在未来会是更重要的一个发展方向。

[博简科学]总结：
中国的氢能事业，民用方面依旧处于起步阶段，未来发展任重道远，由于氢能存储条件严苛、本身具有易挥发易燃易爆炸等特点，使得氢液的大规模民用需要经过市场的不断锤炼，安全方面也要做到万无一失才行，因此必然路阻且长。同时，中国的氢能装备制造领域依旧处于整体框架搭建完成阶段，很多标准还没有建立，尽管中国的氢能装备制造企业负重前行，克服了一个又一个难题，取得了很多成果，但是民用氢能事业是个系统工程，依旧需要从地基砌就开始，面向未来无比辉煌的前景进发！