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中國科學院院士李燦、清華大學核能與新能源技術研究院教授毛宗強做客央視 | 共話氫能產業發展

近日,中國科學院院士李燦、清華大學核能與新能源技術研究院教授毛宗強做客央視科教《透視新科技》節目,針對目前氫能存在的一些列問題,做出了解答。

人類對氫能的利用,早在1807年就已經開始了,瑞士人制造了使用氫氣內燃機的汽車,二十世紀五十年代,氫能應用到航天領域,我國的長征2號、3號運載火箭上都使用了液氫作為燃料。與傳統的煤炭、石油等化石能源相比,氫能清潔高效、存儲量巨大,但是作為一直被看好的清潔能源,氫能源在現代生活中,卻始終沒有得到更廣泛的應用。2022年3月23日,國家發改委、國家能源局聯合印發了《氫能產業發展中長期規劃》,這是我國首個氫能產業的中長期規劃,首次明確了氫能是未來國家能源體系的重要組成部分,這標志著氫能源在中國的發展將進入一個更加快速的軌道。要想實現氫能的大規模應用,我們還有哪些問題需要解決?

制氫成本高,技術難度大,到底難在哪兒?

這主要是因為氫的特點決定的,地球上本來沒有游離態的氫,就沒有現成的氫氣,都是要分解帶氫的化合物,比如水、比如硫化氫的化合物,支取出來是比較困難的。水是大家很熟悉的,但是水是非常穩定的,所以從水里拿出氫來就會比較難,要付出很大的代價,要注入很高的能量,才能把這個水分子化學鍵打斷,把氫氣拿出來,但是因為它的氫氧鍵很難打斷,所以這么多年來,一直進展的很慢。

電解水制氫中,得到一立方米的氫氣,差不多需要消耗4.5度電,成本很高,為什么沒發展起來主要是兩個問題,一個就是剛剛說的成本,另外一個就是因為它是能源載體,需要一次能源去制備,柴火價格就定在那兒,用柴火做氫氣,氫氣就加上柴火的成本就更貴。第二是缺乏基礎設施,像柴油汽油的車已經有了,加油站也有了,所以在以后的使用中會很方便,但是在氫的交通領域中,還需要一系列的基礎設施得跟上去,所以這一些都是制約了它的發展。

實際上氫的應用很早,甚至比電還早,實際上在電發明之前,城市里的路燈靠煤氣、煤炭制取的氣,其中煤氣中的成分百分之五十多都是氫氣。后來其他的能源就是煤、石油、天然氣,代替了煤炭,氫的發展也就相對晚了一些。

氫能源和其他能源比較,優勢體現在哪些方面?

一方面氫能源生成水,綠色低碳是將來發展的方向。二是氫的能量密度很高,煤、石油、天然氣都不及它。三是氫的存儲量很大。從原料的資源來講,氫能量是非常豐富的,取之不盡用之不竭,用完之后釋放出來還是水。氫也存在安全問題,凡是能源都有安全問題,但是氫的好處是,假設萬一發生安全事故,發生完之后生成水,不會生成次安全的問題,這一點很重要。

在氫能領域取得了哪些技術成果?目前,在電解水制氫領域,還是有一定的困難,特別是利用太陽能直接把水里面的氫拿出來,現在還是一個世界性的難題。實際上國際對氫的顏色是五彩繽紛的,除了灰氫、藍氫、綠氫之外,還提出紅氫(核能發電制氫)。目前綠氫的制取中,電解水制氫有很大的進步,常用的是堿性電解制氫,耗電為10.5度電每立方氫氣,每小時可以達到一千立方米的產量,國內的高溫氧化電解水制氫和國際上差不多。

氫能的儲運方面難題在哪?有哪些技術突破?

氫是元素周期表第一個元素,非常輕,一立方米的氫氣才幾克重,所以在儲運環節中,氫的重量能量密度很高,體積能量密度很低,儲運的效率就很低,所以儲運的時候需要高壓壓到小的空間里,此外還可以冷凍降溫,降到零下253攝氏度,就會變成液氫,密度就增加了800倍,這也是儲運的方法,大規模需要可以用管道來輸送。但是目前氫氣的管道不是太多,只有幾千公里。

中國科學家已經在實驗室里做到了在一種符合的金屬材料里面,把氫吸進去,而且吸的比例也很高,超過8%,另外請不但能吸進去,還能放出來。希望這種新型的進展能夠迅速的倍證實、產業化,這是個技術的突破。

目前,氫氣可以和氮氣形成合成氨,就有17%的儲存量,到用的時候將氨分解出來。另外一個是人們將氫氣和二氧化碳反應生成甲醇,用的時候將甲醇的氫再放出來。

氫能在應用上有哪些突破?

氫能主要應用在發電、供熱、建筑、交通這幾個領域,其中交通領域用氫比例并不是很高,除了陸路交通,氫能還可以在船運、飛機、無人機等領域應用。交通領域來講,在短距離的小轎車,這個鋰離子電池技術還是很不錯的,和氫燃料電池有一比,但是在長距離的重卡領域,氫燃料電池可能會發揮更大的作用。

我國的氫能源發展瓶頸在哪兒?實現廣泛應用還要多久?

缺乏基礎設施,如果想大力發展氫能源汽車的話,目前已經開始將加油站改成油氫合建站,除了基礎設施外,第二是國家關于氫的很多標準還沒有完全出來,而且國家還把氫列為一種?;瘜W品,這些是氫能的瓶頸所在。氫能預計2030年將實現廣泛應用,現在已經離我們很近,但是說遠也很遠,一些基礎設施跟上去,配套的制儲運都跟上之后還要十年以上。未來氫能的發展會帶來更多的藍天白云,霧霾會減少,另外整個社會會變得更加輕便,植物會變得更漂亮,未來也有可能助力航空航天,以及人類的登月、登火星。


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