北京大學(xué)教授李星國(guó)：高密度低成本氫氣儲(chǔ)運(yùn)方法探索

“氫能主要的問(wèn)題我認(rèn)為有四個(gè)，制氫、儲(chǔ)氫的成本下降和效率的提高。第二，基礎(chǔ)設(shè)施目前還比較薄弱，第三是關(guān)鍵設(shè)備的制備，第四是安全的問(wèn)題?！北本┐髮W(xué)教授李星國(guó)在可再生能源制綠氫技術(shù)、裝備與案例大會(huì)上的發(fā)言。

直播專題：SNEC第十五屆(2021)國(guó)際太陽(yáng)能光伏與智慧能源(上海)大會(huì)

李星國(guó)：各位專家，各位領(lǐng)導(dǎo)，各位同仁大家上午好！非常高興有機(jī)會(huì)參加這次交流會(huì)，非常感謝會(huì)務(wù)組給我這個(gè)機(jī)會(huì)。我今天分享的是高密度低成本氫氣儲(chǔ)運(yùn)方法探索，我是北京大學(xué)李星國(guó)。

大家非常關(guān)心氫能，當(dāng)然也有不少人也在質(zhì)疑氫能，甚至也有人說(shuō)氫能會(huì)不會(huì)是一個(gè)騙局。實(shí)際上，氫能目前雖然成本還很高，技術(shù)不夠成熟，還有基礎(chǔ)設(shè)施等驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，但是有三個(gè)原因勢(shì)必會(huì)推動(dòng)氫能的發(fā)展。第一，化石原料的資源枯竭。第二，環(huán)境污染和氣侯變化，以及現(xiàn)在提出的碳達(dá)峰、碳中和嚴(yán)峻的任務(wù)。第三，風(fēng)電太陽(yáng)電快速發(fā)展，大規(guī)模能源儲(chǔ)存是問(wèn)題。這三個(gè)潮流勢(shì)必會(huì)推動(dòng)氫能快速發(fā)展。

氫能主要的問(wèn)題我認(rèn)為有四個(gè)，制氫、儲(chǔ)氫的成本下降和效率的提高。第二，基礎(chǔ)設(shè)施目前還比較薄弱，第三是關(guān)鍵設(shè)備的制備，第四是安全的問(wèn)題。

這里面首先是制氫和儲(chǔ)運(yùn)是第一個(gè)問(wèn)題。氫的產(chǎn)業(yè)分為制氫、儲(chǔ)運(yùn)和應(yīng)用三個(gè)領(lǐng)域。制氫發(fā)展很快，應(yīng)用現(xiàn)在發(fā)展也很快，制氫如何送到用的地方是個(gè)瓶頸。制氫的時(shí)候大家有很好的共識(shí)，現(xiàn)在化石能源制氫為主，會(huì)逐漸地發(fā)展為綠氫、電解水制氫，逐漸的向PEM、BEM發(fā)展，儲(chǔ)運(yùn)氫氣實(shí)際上是根據(jù)實(shí)際用氫的情況不同，它要選擇它合適的儲(chǔ)運(yùn)方法。

現(xiàn)在有工業(yè)鋼瓶、管拖車、氣體管道、液態(tài)氫氣、輪船、有機(jī)物以及固態(tài)儲(chǔ)氫等各種發(fā)展，我們?cè)谟脷涞臅r(shí)候要根據(jù)自己的實(shí)際情況來(lái)選擇最合適的儲(chǔ)氫方法。能源儲(chǔ)存里面追求兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)是能量的質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度和能量的體積儲(chǔ)氫密度，現(xiàn)在有多種能量?jī)?chǔ)存方法，包括水密、包括電容器、壓縮空氣、鉛電池、鋰離子電池等等，在這里面氫氣的儲(chǔ)能不論在體積密度，還是在質(zhì)量密度上都比其他方法要大，所以這就是為什么氫能能夠受到很大關(guān)注其中一個(gè)重要原因。因?yàn)閮?chǔ)能的特點(diǎn)，所以它也有很重要的應(yīng)用。比如現(xiàn)在電動(dòng)車往往跑的距離比較短，載物比較小的時(shí)候用的是電動(dòng)車，在中等距離的時(shí)候用的是混合動(dòng)力車，如果要大型長(zhǎng)距離的話非氫能源不可。

氫氣儲(chǔ)存中最有代表性的是高壓儲(chǔ)氫罐，它用兩個(gè)高壓儲(chǔ)氫罐，壓力達(dá)到700大氣壓，能夠儲(chǔ)存5公斤氫氣，充氫3~5分鐘，避免鋰離子電池長(zhǎng)時(shí)間充電的要求。它的儲(chǔ)氫容量達(dá)到了5%以上，這5%給能源儲(chǔ)存提出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，要想在移動(dòng)的車輛上用氫能的話，也要達(dá)到5%，不能用高壓缸瓶，氫能儲(chǔ)運(yùn)的時(shí)候豐田車給我們提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)，氫氣的儲(chǔ)存有高壓氫氣儲(chǔ)存，還有液體的儲(chǔ)氫，還有固態(tài)的，還有有機(jī)液體的。相比之下，高壓氣體儲(chǔ)氫、液體儲(chǔ)氫和有機(jī)儲(chǔ)氫，容量比較高，高達(dá)到5%，這些方法都可以在移動(dòng)的場(chǎng)合去使用。固體儲(chǔ)氫質(zhì)量容量密度比較低，所以在車載的時(shí)候比較困難，但是相比之下高壓液體以及有機(jī)液體的時(shí)候，分別會(huì)存在安全的隱患，能源效率比較低、純度比較低等問(wèn)題，而固態(tài)儲(chǔ)氫會(huì)有體積儲(chǔ)氫密度高，而且安全，而且能夠長(zhǎng)久地保存，特殊情況下會(huì)有它的優(yōu)勢(shì)。儲(chǔ)氫的容量其實(shí)還不夠，還要開(kāi)發(fā)更高容量的儲(chǔ)氫的方式。在我們運(yùn)氫的方面，剛才多位專家提到了，這里面主要分成常見(jiàn)的工業(yè)缸瓶，單個(gè)缸瓶150大氣壓，存0.5公斤氫氣，大型實(shí)驗(yàn)的時(shí)候要用集裝隔，9個(gè)、12個(gè)、20個(gè)、30個(gè)，這樣可以儲(chǔ)到10公斤的氫氣，做一些大型的實(shí)驗(yàn)沒(méi)問(wèn)題。如果超過(guò)10公斤的話，一般會(huì)跑幾次，這個(gè)時(shí)候如果超過(guò)50公斤以上的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候更多的會(huì)用長(zhǎng)管拖車，可以儲(chǔ)到250公斤左右。如果要更大的，比如成噸的，就得要有管道或者液體的形式，運(yùn)氫的時(shí)候除了量以外，跟距離也是有很大的關(guān)系。隨著距離的增加，它的成本會(huì)顯著地上升，而液體變化比較小。也就是說(shuō)，根據(jù)不同的運(yùn)氫的距離和量不同，選擇不同的輸氫的方式，比較小型的時(shí)候，0~10公斤一個(gè)缸瓶到集裝隔這個(gè)范圍，一個(gè)集裝隔逐漸過(guò)渡到長(zhǎng)管拖車，50公斤到噸的時(shí)候，長(zhǎng)管拖車要逐漸地?fù)Q成管道或者液體的形式來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)氫。從距離角度來(lái)說(shuō)，距離越長(zhǎng)逐漸地管道和液體的，尤其是跨海洋的時(shí)候，幾乎是液體的，這是大型的氫氣儲(chǔ)運(yùn)。

最核心的是成本，一般認(rèn)為制氫和儲(chǔ)運(yùn)占?xì)錃獾拇箢^，尤其在車載的時(shí)候，制氫和儲(chǔ)氫占的成本不到40%，更多是在加氫站上，到了加氫站成本會(huì)增加很多，而且加氫站跟使用的頻度有密切的關(guān)系。如果使用得很高的時(shí)候，滿負(fù)荷使用成本會(huì)很低。如果沒(méi)有滿負(fù)荷使用會(huì)成倍甚至幾十倍地增長(zhǎng)。加氫站的使用時(shí)間非常關(guān)鍵。一般出廠的氫氣價(jià)格每公斤20塊錢(qián)左右，到了加氫站一般都是60公斤左右，所以要到使用的時(shí)候要保證，在一個(gè)正常的加氫站使用的時(shí)候，每天不加幾百公斤氫氣，加氫站維持不下去。這就存在一個(gè)問(wèn)題，先普及車，還是先普及加氫站，這是一個(gè)三。將來(lái)車是個(gè)人買(mǎi)的，加氫站是企業(yè)或者政府補(bǔ)貼的，將來(lái)只要是政府補(bǔ)貼加氫站，把基礎(chǔ)設(shè)施做起來(lái)之后，車子才會(huì)逐漸增多，成本都會(huì)下降下來(lái)。

最后做一個(gè)簡(jiǎn)單的工作介紹，我們小組從事氫氣的制備、氫氣的儲(chǔ)存，還有關(guān)鍵設(shè)備以及氫電系統(tǒng)方面的工作。簡(jiǎn)單介紹一下儲(chǔ)存方面的工作，做到儲(chǔ)氫的時(shí)候要達(dá)到5%以上，才可以跟高壓缸瓶相匹配。我們做了鎂的合金，可以達(dá)到7%的儲(chǔ)氫容量，比高壓缸瓶高。如果把它做成氫化鎂進(jìn)行水解，可以達(dá)到15%，比5%要高3倍，所以從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，我們可以用新的方法在小電源和無(wú)人機(jī)方面，我們也做這方面的工作。

另外，我們?cè)谧鲇袡C(jī)液體的儲(chǔ)氫，可以高到5~7%，很重要的問(wèn)題就是催化劑。因?yàn)橐后w加氫，尤其是讓它放氫很困難，催化劑是核心，一般都是用貴金屬。我們是用了稀土的金屬，使成本降低很多。我們參加了殼牌的比賽，很榮幸獲得他們的二等獎(jiǎng)。

總之，現(xiàn)在儲(chǔ)氫的方式有氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)等多種形式，要根據(jù)使用情況來(lái)選擇。另外，根據(jù)清潔成本和多為書(shū)和距離相關(guān)，在大型的規(guī)模儲(chǔ)氫的時(shí)候，管道和業(yè)態(tài)的成本更有優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)運(yùn)氫非常少，管道幾百公里，美國(guó)他們都幾千公里了。另外，我們?cè)诘入x子與制氫等等方面，做了很多儲(chǔ)氫方面的工作，取得了良好的結(jié)果。感謝大家！

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