“發展氫能，尤其是發展燃料電池汽車，逐步改變我國交通運輸工具的能源結構是一項龐大的社會系統工程。”“發展氫能及燃料電池汽車，是我國實現碳達峰、碳中和的重要戰略措施，是改變我國交通工具能源結構的社會性系統工程。”在近日舉辦的北京中關村氫能發展論壇上，與會專家反復強調了氫能產業對我國能源低碳轉型發展的重要性。
但事實上，經過數年發展，我國氫能產業雖在技術創新及政策環境等方面迎來一定突破，但始終未能得以大規模應用。相關數據顯示，截至2020年底，我國建成加氫站128座，氫燃料電池汽車累計保有量達 7000多輛，與此同時，氫燃料電池汽車的產銷量自去年開始一直未能恢復到可觀的水平。因此，如何激發下游市場需求、促進氫產業鏈的全面發展，讓氫能的應用規模獲得質的飛躍，是氫能行業需要持續面對的挑戰。
“氫替代”助力碳減排
中國工程院院士彭蘇萍指出，我國能源體系以化石能源為主，碳排放壓力巨大，同時，我國70%和40%以上的石油、天然氣對外依賴度現狀不能滿足最基本的能源安全需求。“要實現‘雙碳’目標，就要把清潔能源的規模化和化石能源的清潔化結合起來。大力發展氫能和燃料電池產業，也是重要舉措。”
中國工程院院士曹湘洪表示，發展氫能能夠顯著減少化石能源的碳排放，提高化石能源使用效率。“例如在鋼鐵生產中，氫可以替代焦炭作為還原劑，實現從碳冶金到氫冶金的轉換，數據顯示，全球平均每生產1噸鋼會排放1.8噸二氧化碳，相比傳統的碳冶金，氫冶金最高可減少85%以上的二氧化碳排放。”
氫能將推動我國能源結構由傳統化石燃料向清潔低碳燃料轉變。中國電動汽車百人會發布的《中國氫能產業發展報告2020》預計，到2050年，氫能將占終端能源消費比例達10%，氫燃料電池汽車保有量3000萬輛，氫氣需求量6000萬噸，我國將進入氫能社會。
中國工程院院士干勇表示，目前，氫燃料電池的研發進展和水平都在穩步推進中，而對于氫能產業在未來能否實現高質量發展，氫體系的建立尤為重要。在干勇看來，改變傳統的工程，配套設施跟進這種發展模式不行，氫的制、儲、運、加是一套新的配套系統工程，需提前布局。
安全風險可防可控
在氫能發展過程中，氫的易燃易爆特性引發擔憂，而這樣的擔憂也在間接阻礙氫能產業的順利發展。對此，曹湘洪表示，目前，很多人擔心發展氫能的安全問題，但如果措施得當氫氣是完全可以安全利用的，從氫的物理化學性能來看，其安全風險甚至低于天然氣、汽油。
“氫氣使用過程中的安全風險是可防可控。在使用過程中，雖然存在氫氣泄漏引發著火爆炸等風險，但過往的燃爆危險性數據表明，氫氣的安全風險并不比天然氣和汽油大。”曹湘洪解釋稱，如果氫氣發生泄漏，氫將會向上擴散，在頂層積聚，而液化天然氣會在地面聚集，遇到明火的風險性更高。
曹湘洪指出，對于氫氣的安全風險防控有三個原則，首先是保證儲氫的壓力容器穩定可靠，防止氫氣泄漏；其次是部署靈敏可靠的氫氣濃度傳感器和火焰檢測報警系統，以便泄漏后及時發現；最后，由于金屬材料在氫氣氣氛中，達到一定壓力會發生氫脆，隨即引發泄漏的事故，因此，可根據運氫設備的壓力分布和氫氣濃度，選擇合適的材料，防止氫脆的發生。
需不斷完善技術支持系統
預計2050年，氫能終端能源消費占比將達到10%，氫能產業在近年來的經驗累積中也取得了令人矚目的成果，但值得注意的是，氫能的應用規模仍受局限。
“我國氫能產業的主要特征是，政府推動快速進步，煤制氫仍是主要的氫氣來源，民營企業是投資的主體，缺少核心技術和關鍵裝備，法規制度還有待完善。”曹湘洪指出，我國氫能及燃料電池汽車處于導入期，氫能產業呈快速起步態勢，一些關鍵技術、核心裝備仍落后于國際先進水平，因此，必須圍繞產業鏈布局創新鏈，堅持問題導向，明確研究方向，加強產業鏈合作，夯實支持我國氫能產業的技術基礎。此外，對于不同副產氫高效低成本的純化技術，前瞻性的電解水制氫技術，以及固體氧化物電解水制氫技術等，都需要持續的研發創新。
干勇也指出，我國氫能產業中，70MPa儲氫瓶，壓縮機、加氫機、膜電極的噴注設備，以及燃料電池的系統檢測等，與國外相比差距較大。不過，干勇樂觀估計稱，如果持續加大技術投入與政策支持，未來兩三年之內，我國在這些領域的技術水平將與國外不相上下。
“總之，氫能開發利用是一項系統工程，必須有完整的、系統的技術支持，要針對我國存在的問題和差距，加大研發投入，開展協同創新，組織聯合攻關，形成支持氫能開發利用的系列技術。”曹湘洪表示。