氢能社会
一场白热化的业界争论：该不该大力发展氢能
2019/10/16 9:14:55
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随着新能源闪亮登上21世纪经济舞台的中心，一场持续已久的争论也进入白热化：该不该大力发展氢能？
参与这场争论的，有业内专家学者，有企业资深人士，也有政府管理部门的官员。争论的内容随着风能、太阳能、生物质能等一个个新能源身份的被确认而越来越深入，越来越现实，这场该不该大力发展氢能的争论主要围绕以下几个问题展开——
参与讨论者：
●国家能源局局长 张国宝 ●浙江大学化工机械研究所所长 郑津洋
●武汉大学化学与分子科学学院教授 庄林 ●防化研究院研究员、中国工程院院士 杨裕生
●原美国福特汽车公司高级技术专家 杨嘉林 ●清华大学教授、中国可再生能源学会副理事长毛宗强
●中国国际问题研究基金会能源外交研究中心研究部主任 韩立华
氢是不是能源
杨嘉林：氢只是燃料不是能源
所谓的氢能只不过是一种燃料，氢气本身并非能量的源泉，而只是能量的载体。氢气并不像石油、煤炭、风力或太阳能一样直接获得，而是需要从化合物中分解出来。目前绝大部分氢气都是从石油、煤炭、天然气中提取而获得，将来也可以通过电解水大量取得，那么氢气的制取必然要消耗其他能源。
基于这种理由，我认为，氢能根本不是新的可替代能源，它和汽油、柴油一样都是燃料。因此，氢能之说故意截断了氢气产生的过程，只渲染氢燃烧后的零污染，这就给公众一个认识上的误导，认为氢是一种天然的清洁能源。这样的提法是不够严谨、科学的。
毛宗强： 燃料本身就是能源
燃料不就是能源吗！我觉得要搞清楚一次能源和二次能源的关系。能源是个大概念，为了便于研究，将能源分为一次能源、二次能源、可再生能源等。按照现阶段的定义，氢是二次能源，又叫能源载体，属于能源的大概念之中。
我国可以采用多种途径制氢，既可以用煤、天然气制氢，也要利用副产氢气，更要开发可再生能源制氢。我国太阳能、水能、风能资源丰富，但能量的大幅度波动特性使其对电网贡献率难以超过10%。而电解水制氢系统可将不稳定的太阳能、水能、风能转变为稳定的氢能输出。目前我国湖北、四川已有几处利用水电站的低价电力制氢，每立方米氢气的成本只有1元多，用于工业生产，取得了很好的经济效益。江苏省宏观经济研究院正在进行风电不经过大电网，直接电解水制氢的相关研究。氢作为能源载体的特性是其它能源不可比拟的。
危险性是否可控
韩立华：氢一旦泄漏就等于TNT
氢容易让金属变脆弱，存在产生泄漏的风险。氢气会造成管道裂缝或开裂，导致潜在的灾难性事故。所以对材料进行耐氢腐蚀处理会增加氢的输送成本和储氢罐的重量。
氢一旦泄漏，很容易就被手机、几千米之外的雷电或车座上的静电点燃。与空气混合后，会形成极容易爆炸的爆炸气体。因此，即使在不行驶的情况下发生泄漏，一辆车的储氢罐发生爆炸也会造成数平方千米范围内的破坏。而目前还没有消除氢泄漏和避免爆炸或起火的方法。千万不能低估这种风险，如果落入邪恶之手就会很容易变成一个威力巨大的炸弹，能量相当于数百千克的TNT炸药。
毛宗强： 任何危化品管理到位都是安全的
氢能作为一种新能源，人们担心它的安全是完全可以理解的。但没有必要过分夸大氢的危险性。事实上，凡是燃料都具有能量，都隐藏着火和爆炸的危险，我们所熟悉的天然气、汽油均是如此。氢确实存在易泄漏、易燃、易爆炸等特性，但它无毒、极易扩散、氢焰热辐射小，且燃烧过程不冒烟，不污染环境。特别是氢气极易扩散的特点则大为减少了因氢气泄漏而引起安全问题的可能。
大量的氢能安全实验已经证明氢是安全的燃料。如在汽车着火实验中，分别将装有氢气和天然气的汽车燃料罐点着，结果氢气作燃料的汽车着火后，氢气剧烈燃烧，但火焰总是向上，对汽车的损坏较缓慢，车内人员有较长的时间逃生。而天然气作燃料的汽车着火后，由于天然气比空气重，火焰向汽车的四周蔓延，很快包围汽车，危及车内人员的安全。再如，用枪射击一个装满氢气的高压气瓶，气瓶并不会爆炸。实际情况是氢气会呼啸而出，没有火焰，没有爆炸，最后留下一个有弹孔的气瓶。
当年汽油刚出现时，关于安全性的争论一直吵到了美国国会。当汽车刚刚推出的时候，很多人想到车子里装了5升或是10升的汽油会觉得很害怕，但如今汽油的普及使用已经说明一切。氢气作为汽油的替代燃料遇到同样的质疑，毫不奇怪。其实，日常生活中所用的城市煤气中约含50%的氢气，人们对此并无特别疑虑。如今，人们关注氢的安全，说明对氢更加重视，只要我们科学、严格的按规定去做，就不会有危险。
储运问题能否解决
韩立华：氢的储运难度太大
氢能的储运难度也非常大。汽油的能量是常态下同体积氢气能量的300倍。为了充分存储氢气，需要加压、液化或通过化学方式转化。氢气加压是一个多阶段过程，要耗费很大的能量。另外还有运输成本。储氢罐车可以装载供60辆轿车使用的燃料，这些罐车重达40吨，但是只能运送400千克氢。而同样重量的汽油罐车如果运送汽油燃料，足以供800辆轿车使用。
另外一种运输方案是通过管道运输，但却无法利用原有的天然气管道来输送氢气。一方面输送氢气的管道需要特殊防腐材料，另一方面其管道直径也不适合实现氢气的最大量输送。
郑津洋：氢的储运技术可以解决
储氢确实是氢能应用的主要技术障碍。目前最实用的储氢方法有高压压缩、液化和做成储氢合金三种。高压储氢又分为固定式、车载轻质和大容积运输用三种。我国在固定式高压储氢罐方面的研发进展很快，浙江大学化工机械研究所研制出了世界上最大的固定式金属材料储氢罐；车载轻质储氢罐研发也进展不错，35兆帕的已经实现国产化，70兆帕的在研制。不过，运输用高压储氢容器确实存在重量大、储氢少问题，这也是目前很多专家正极力攻关的难点。受目前技术制约，该种容器只适用于将制氢厂的氢气输送给距离不太远而同时用氢量又不很大的用户。
毛宗强：新型储氢材料正在研究中
储氢合金目前被认为是最佳的储氢方式。不过，储氢合金多次循环后易粉碎化，使氢化和释氢变得越来越难，而且该方法储氢密度低，给车用增加很大负载。
此外，一些新型高容量储氢材料正在积极的研究过程中，包括纳米晶镁基储氢合金、钛钒固溶体储氢材料、络合氢化物储氢材料、金属有机框架材料及氨基化合物储氢材料等。
对于大量、长距离的氢气输送，可以考虑用管道。氢气的长距离管道输送已有60年的历史，最老的长距离氢气输送管道是在1938年的德国鲁尔建成，总长达208千米，连接18个生产厂和用户，从未发生任何事故。世界最长的输氢管在法国和比利时之间，长约400千米。
能不能利用现存天然气管道输送氢气？答案并不是完全否定。其实现有天然气管道可以用于输送氢气和天然气的混合气体，也可经过改造而输送纯氢气体，这主要取决于钢管材质中的含碳量，低碳钢更适合输送纯氢。部分天然气是用便宜的塑料管进行输氢，这些就不能用于输氢。
有没有经济价值
张国宝：为了1美元，要支出10美元
目前在中国97%的氢来自于化石能源，能量转化过程中能耗很大，如再加上开采天然气并输送到氢生产装置所耗费的能量就更多了。比如从天然气中生产氢气时，会释放出氮氧化物，因此还需要进行脱硝处理，大大提高了天然气制氢的成本，而且我们也没有足够的天然气来实现氢经济。所以天然气制氢，不经济也不环保。而且从化石燃料中获得氢能作为原料或能源本来就是荒谬的，因为获得氢能的目的是为了避免使用化石燃料。
最好的办法是用风能、太阳能或地热能发的电，从水中分离它，但目前这种方式分离氢气的成本太高。通过电解方式从水中产生的氢气必须要求纯度极高，这就导致电解水生产氢气的成本要比从天然气中生产氢气高出3～6倍。从水中生产氢气是一种耗能的方法，相当于要支出10美元，然后才获得1美元的回报。
毛宗强：副产氢气成本非常低
发展氢能就是为了应对能源危机，目前的氢的确主要来自化石能源，煤和天然气是主要的制氢原料。不过，当前天然气制氢主要采用蒸汽重整加上变压吸附提纯氢气，并无氮氧化物放出，不需脱硝。
当前采用化石燃料制氢只是阶段性的。未来太阳能将作为最重要的可再生能源出现在人们的生活中。太阳能发电、电解水制氢将是未来最可靠的氢气来源。
目前相对化石能源制氢，水电解制氢不产生温室气体，但是生产成本较高。因此，水电解制氢适合电力资源如水电、风能、地热能、潮汐能以及核能比较丰富的地区。以目前成本较高的风能发电为例，1千瓦时电的成本约为0.52元，电解水制取1立方米氢气需要5千瓦时电，而电能消耗成本占电解水总成本的80%～90%，即1立方米氢气的成本不足3元，不管是用于燃料电池车、内燃机，还是用于化工行业，都是非常具有竞争力的。而且还解决了许多风力发电机“晒太阳”的资源浪费问题！
此外，目前国际上一致认为，副产氢气是一个很好的来源。据统计，我国每年副产氢气量达900亿立方米。经过分离、加压，百千米内输送到老百姓手中的氢气，每立方米约1.5元的售价也完全具有市场竞争力。
应用是否配套
杨裕生：氢燃料电池催化剂成本高
催化剂铂金的稀缺是氢燃料电池车产业化的一大难题。一辆大客车大概要用200克铂金，5000辆车要用1吨铂金。我国现在年产铂金4吨，远不够化工领域使用，如果全部拿来做燃料电池公交车，也只能够生产两万辆。现在公交车40多万辆，长途车140万辆。并且使用铂金作为催化剂直接导致成本居高不下。必须研究出无铂的廉价的催化剂，否则氢燃料电池车最早也要到2030年才能量产。
庄林：非铂催化剂有望面世
铂金催化剂成本高是一个世界性的难题。不过，目前我国在非铂燃料电池的研发上已经取得实质性进展。武汉大学研制出的新型纳米棒钯合金催化剂，将钯氧还原催化活性提高了10倍，与铂催化剂活性相当，新一代非铂燃料电池有望近期问世。
毛宗强：不用催化剂也行
初步预计，氢燃料电池车在2015年进入市场，大规模的产业化大概是十几年以后。在2030年左右，催化剂问题就会解决了。另外，氢直接燃烧同样可以用于汽车，即做氢气内燃发动机汽车。氢内燃机汽车最大的好处是便宜。现在的氢燃料电池汽车使用起来之所以贵，原因之一就在于对燃料的品质要求很高。氢气中的一氧化碳浓度要求小于一个ppm，即百万分之一，否则开车会容易中毒。如果换用氢内燃机汽车，则对氢气中的一氧化碳浓度基本上没有限制。因而这样的氢成本非常低，1立方米不到1元，1千克氢气的生产成本不到12元，比使用汽油便宜很多。
