液氫：能“上天”可“落地”

　　日前，被大家親切地稱(chēng)為“胖五”的長(zhǎng)征五號(hào)遙三運(yùn)載火箭在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空，成功將搭載的實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。

　　“胖五”是我國(guó)首款重型運(yùn)載火箭，具備將14噸載荷送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道的運(yùn)載能力。那么，何種燃料才能助推這一“大家伙”一飛沖天？“液氫—液氧”就是其中之一。

　　不同于目前常規(guī)火箭使用的化學(xué)燃料，“胖五”的燃料大部分是-183℃的液氧和-253℃的液氫，因此又被稱(chēng)為“冰箭”。而此次“胖五”的成功發(fā)射，不僅證明液氫在我國(guó)航天領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成熟，也為如火如荼的氫能產(chǎn)業(yè)吹來(lái)了一股新的東風(fēng)。

　　全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（氫能標(biāo)委會(huì)）高級(jí)顧問(wèn)、中國(guó)電子工程設(shè)計(jì)院研究員陳霖新告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，由于液氫儲(chǔ)運(yùn)具有明顯優(yōu)勢(shì)，對(duì)于200公里以上的氫運(yùn)輸有很好的應(yīng)用前景。他認(rèn)為，液氫要想規(guī)?；l(fā)展，一定要解決液氫制取的產(chǎn)能問(wèn)題和裝備技術(shù)的“卡脖子”問(wèn)題。

　　積極研發(fā)液氫是大勢(shì)所趨

　　為“胖五”減負(fù)增力，液氫—液氧推進(jìn)劑功不可沒(méi)。液氫能夠用于航天、軍事領(lǐng)域，依據(jù)液氫的特性和液氫儲(chǔ)運(yùn)的優(yōu)越性，在氫能發(fā)展備受關(guān)注的當(dāng)下，液氫在民用領(lǐng)域，尤其是氫能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣闊。

　　據(jù)記者了解，一直以來(lái)，制約我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸之一就是氫的高密度儲(chǔ)運(yùn)。而液態(tài)氫是通過(guò)預(yù)冷和節(jié)流膨脹等工藝，把氫氣降溫到-253℃從而變成液體，液態(tài)氫的密度是氣氫的780倍，使得氫可以高效地儲(chǔ)存和運(yùn)輸。

　　陳霖新對(duì)記者表示，液氫的體積能量密度大約是35MPa高壓氣氫的三倍，是70MPa高壓氣氫的1.8倍。雖然從氣態(tài)氫液化為液態(tài)氫需在-253℃實(shí)現(xiàn)，能耗較多，但是對(duì)于超過(guò)200千米的運(yùn)輸距離，采用液氫時(shí)的運(yùn)輸費(fèi)和能耗費(fèi)之和均低于高壓氣氫，所以液氫在規(guī)模化發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的儲(chǔ)存、運(yùn)輸方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　當(dāng)前，氫的輸送主要有三種方式：一是高壓氣態(tài)運(yùn)輸，這是目前氫能汽車(chē)發(fā)展的主流技術(shù)；二是管道輸送；三是低溫液氫輸送。雖然我國(guó)當(dāng)今尚以高壓氣態(tài)氫為主流，但陳霖新建議還應(yīng)積極進(jìn)行民用液氫的生產(chǎn)及應(yīng)用示范。

　　我國(guó)在液氫的制備、儲(chǔ)運(yùn)及應(yīng)用裝備技術(shù)上要想取得突破，尚需時(shí)日，但預(yù)計(jì)2030年液氫儲(chǔ)運(yùn)所占比例將會(huì)明顯增大。陳霖新表示，目前在我國(guó)積極開(kāi)發(fā)液氫生產(chǎn)技術(shù)及其裝備制造是大勢(shì)所趨，應(yīng)采取軍民融合方式加快發(fā)展進(jìn)程。

　　為此，陳霖新介紹，從2017年開(kāi)始，全國(guó)氫能標(biāo)委會(huì)組織國(guó)內(nèi)涉及液氫生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)和液氫裝備研究、制造企業(yè)，高等院校編寫(xiě)制定了《液氫生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》《液氫貯存和運(yùn)輸安全技術(shù)要求》《氫能汽車(chē)用燃料液氫》三項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在調(diào)查研究、試驗(yàn)檢測(cè)和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上完成了送審稿，已在2019年10月審查通過(guò)，可望在今年年中發(fā)布實(shí)施。

　　氫源綠色 氫能才綠色

　　“胖五”的成功發(fā)射，不僅推動(dòng)液氫民用的步伐，也為整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)吹來(lái)一股東風(fēng)。

　　對(duì)于我國(guó)氫能的發(fā)展，全國(guó)氫能標(biāo)委會(huì)委員、國(guó)家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院氫能技術(shù)開(kāi)發(fā)部經(jīng)理何廣利向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》介紹了 “大氫能”的概念，即規(guī)模化、多元化地利用氫能。

　　目前，歐洲、日本等國(guó)都給予了“大氫能”極大的重視，例如，日本將氫氣用于家庭電聯(lián)產(chǎn)裝置，既滿足供熱需求也能發(fā)電，或用氫氣驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)等；歐洲一些國(guó)家也在天然氣管網(wǎng)中摻入氫氣，另有一些工廠直接用氫煉鋼、煉鐵。

　　反觀我國(guó)，何廣利表示，目前國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)主要集中于燃料電池汽車(chē)，而對(duì)別的領(lǐng)域關(guān)注較少。相比歐洲、日本等國(guó)，國(guó)內(nèi)的氫能應(yīng)用仍有待開(kāi)發(fā)。

　　實(shí)際上，除了儲(chǔ)氫，制氫也是我國(guó)氫能應(yīng)用的一大障礙。如何選擇氫源就是一個(gè)很重要的問(wèn)題。“現(xiàn)在對(duì)于氫能的一個(gè)誤區(qū)是總是片面地強(qiáng)調(diào)氫能的清潔性。然而，作為一種二次能源，氫能是否清潔取決于氫源的選擇。”陳霖新說(shuō)。

　　何廣利告訴記者，制氫主要有幾大來(lái)源，即化石燃料制氫、可再生能源制氫和副產(chǎn)氫（化工生產(chǎn)的某些環(huán)節(jié)作為副產(chǎn)物產(chǎn)出的氫）。面對(duì)中國(guó)富煤、貧油、少氣的狀況，有人提出中國(guó)氫源主要就是副產(chǎn)氫。

　　“這句話不十分準(zhǔn)確。”陳霖新說(shuō)，“副產(chǎn)氫本身并不一定是綠色的，生產(chǎn)過(guò)程中也會(huì)排放出二氧化碳，那么這樣產(chǎn)出的氫算藍(lán)氫還是灰氫？以焦?fàn)t煤氣為例，其生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)出的焦炭和大量副產(chǎn)品，存在碳的分?jǐn)倖?wèn)題。”而天然氣轉(zhuǎn)化制氫不僅同樣存在二氧化碳排放，而且還面臨中國(guó)天然氣缺乏的問(wèn)題。

　　“制氫、氫儲(chǔ)運(yùn)”仍需技術(shù)攻堅(jiān)

　　陳霖新認(rèn)為，副產(chǎn)氫在氫能發(fā)展初期可以發(fā)揮作用，但是氫能的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展還是應(yīng)該以可再生能源電力水電解制氫為主，或者研究開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能光解水制氫等。

　　“中國(guó)每年因棄光、棄風(fēng)、棄水棄掉1000多億度電，如果用來(lái)制氫可以制造200多億立方米氫。”陳霖新痛心疾首。他告訴記者，“堿性電解槽可以應(yīng)付20%~110%的波動(dòng)，而PEM（質(zhì)子交換膜水電解制氫）電解槽可以應(yīng)付0%~150%甚至200%的波動(dòng)。”

　　“如果能在風(fēng)能、太陽(yáng)能資源豐富的西北地區(qū)以及水資源豐富的西南地區(qū)建設(shè)水電解制氫和氫儲(chǔ)能設(shè)備，并以氫管道、液氫運(yùn)出，既可以解決可再生能源浪費(fèi)的問(wèn)題，還可以實(shí)現(xiàn)低成本、零碳/低碳制氫。”陳霖新說(shuō)。

　　但是，陳霖新強(qiáng)調(diào)，目前我國(guó)的規(guī)模化風(fēng)電、水電、光伏電力制氫及其相關(guān)的氫儲(chǔ)運(yùn)裝備和工程示范，尚存在嚴(yán)重短缺，為實(shí)現(xiàn)可再生能源制氫獲得近零碳低成本的氫源，還應(yīng)積極規(guī)劃建設(shè)從制氫、氫儲(chǔ)存到輸送的示范工程，并著力解決其中的關(guān)鍵技術(shù)。（■本報(bào)見(jiàn)習(xí)記者 池涵）