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專訪郭烈錦院士：為什么說(shuō)氫能被嚴(yán)重低估了｜新京智庫(kù)高端訪談

2021-11-11 16:11:13 新京報(bào)評(píng)論 　 作者： 新京智庫(kù)訪談員 | 肖隆平  
氫燃料電池汽車的春天來(lái)了。
 
11月2日，中共中央國(guó)務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見(jiàn)》明確提出，推動(dòng)氫燃料電池汽車示范應(yīng)用，有序推廣清潔能源汽車。
 
2020年10月，國(guó)務(wù)院辦公廳下發(fā)的《關(guān)于印發(fā)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）的通知》則將燃料電池汽車（以加氫為主）列為我國(guó)“深化‘三縱三橫’研發(fā)布局”的一縱之一。
 
在省級(jí)層面，越來(lái)越多的地方政府也在鼓勵(lì)和支持發(fā)展氫燃料電池汽車。比如，今年10月25日，上海市發(fā)改委、市財(cái)政局等六部門(mén)聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于支持本市燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策》提出：
 
到2025年底前，上海市級(jí)財(cái)政按照國(guó)家燃料電池汽車示范中央財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)資金1:1比例出資，重點(diǎn)支持車輛示范應(yīng)用、關(guān)鍵核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、人才引進(jìn)及團(tuán)隊(duì)建設(shè)等。
 
隨著實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和觀念逐漸深入人心，以氫為能源的燃料電池汽車在市場(chǎng)上表現(xiàn)搶眼。韓國(guó)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)SNEResearch10月底公布的數(shù)據(jù)顯示，2021年1月—8月，氫燃料電池汽車（FCEV）全球注冊(cè)銷量1.12萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)91.7%。
 
日前，在蘇格蘭格拉斯哥召開(kāi)的全球氣候變化大會(huì)COP26上，如何脫碳幾乎成了最主要的議題。COP26亦將“到本世紀(jì)中葉，確保全球凈零排放，并將溫度控制在1.5℃以內(nèi)”作為目標(biāo)。

▲國(guó)內(nèi)首次研發(fā)的大功率的清潔能源發(fā)電車，其使用的是氫能。新京報(bào)記者李木易、吳婷婷攝
 
氫能，作為一種高熱值、零污染的能源，對(duì)于促進(jìn)全球經(jīng)濟(jì)脫碳，特別是在工業(yè)和交通領(lǐng)域?qū)l(fā)揮不可或缺的替代作用。
 
中國(guó)科學(xué)院院士、西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任郭烈錦告訴新京智庫(kù)：氫能將在未來(lái)發(fā)揮比當(dāng)前國(guó)內(nèi)輿論場(chǎng)所描繪的情景更為重大的作用，將大大超越當(dāng)下主流觀點(diǎn)的認(rèn)識(shí)局限。對(duì)于終端能源用戶而言，除了與電一樣都是潔凈無(wú)污染的二次能源外，氫是一種含能體能源（包含能量的物質(zhì)）、具有可直接存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)，而電是一種過(guò)程性能源、不能直接存儲(chǔ)。在未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的能源供給體系中，氫能將成為與電并重的一種主體二次能源。
 
在全球要實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的背景下，我們?cè)撊绾握_認(rèn)識(shí)氫能，如何盡快提高氫氣產(chǎn)量，一場(chǎng)新的能源革命如何走進(jìn)現(xiàn)實(shí)？新京智庫(kù)為此專訪了郭烈錦院士。他主要從事能源動(dòng)力多相流及氫能科學(xué)技術(shù)的研究，是科技部“太陽(yáng)能規(guī)模制氫”兩期“973”計(jì)劃重大項(xiàng)目和“煤炭清潔高效利用和新型節(jié)能技術(shù)”領(lǐng)域首批重點(diǎn)專項(xiàng)的項(xiàng)目首席科學(xué)家。
 
1
 
人們對(duì)氫的認(rèn)識(shí)不夠深，不夠廣
 
新京智庫(kù)：你認(rèn)為氫能對(duì)于實(shí)現(xiàn)我國(guó)的能源轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)能發(fā)揮多大作用？
 
郭烈錦：我個(gè)人認(rèn)為，氫能在能源轉(zhuǎn)型中將起到的作用比當(dāng)前大多數(shù)人所認(rèn)為的可能會(huì)更大。當(dāng)前很多人對(duì)氫能的認(rèn)知，主要是局限于氫燃料電池汽車方面，也就是運(yùn)用到交通領(lǐng)域的動(dòng)力能源，氫起到一個(gè)替代汽油、柴油等燃料的作用。
 
事實(shí)上，在未來(lái)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的潔凈無(wú)污染可持續(xù)能源供給體系中，氫的作用除了替代傳統(tǒng)交通工具和移動(dòng)動(dòng)力的用油、氣外，還可以替代一部分工業(yè)和民生領(lǐng)域的傳統(tǒng)用能。

▲米其林氫能源賽車樣車在上海完成通關(guān)驗(yàn)放（9月27日攝）。圖/新華社
 
在未來(lái)的零排放社會(huì)中，氫應(yīng)該與電一起構(gòu)成人類社會(huì)的主體二次能源。氫，在滿足終端用能中應(yīng)該有更多的場(chǎng)景應(yīng)用，而不是只依賴電。所以，你說(shuō)氫能能發(fā)揮多大作用？只是我們目前對(duì)氫能的認(rèn)識(shí)還不夠深入，全面。
 
新京智庫(kù)：這個(gè)是與我們的制氫能力有關(guān)嗎？有數(shù)據(jù)顯示，全球一年的氫氣產(chǎn)量才7500萬(wàn)噸，還不足全球原油產(chǎn)量的2%。
 
郭烈錦：是。迄今，我們受限于從一次能源到二次能源的轉(zhuǎn)化技術(shù)，還有受限于我們的觀念——人類還沒(méi)有轉(zhuǎn)移到把氫作為一種能源來(lái)大規(guī)模使用，尤其是把氫作為一種主體二次能源來(lái)使用。
 
大家都知道，一次能源是指自然界直接給予人類的，如石油、天然氣、煤炭，以及太陽(yáng)能、風(fēng)能等。我們談能源轉(zhuǎn)型時(shí)，其實(shí)質(zhì)并不是談一次能源能做多大的轉(zhuǎn)型變化，自然界中一次能源該有多少量還是多少量，我們?nèi)祟悷o(wú)法改變。怎么利用好一次能源才是轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。
 
也就是說(shuō)，其實(shí)我們要“轉(zhuǎn)型”的是由一次能源生產(chǎn)為二次能源、乃至實(shí)現(xiàn)終端需求過(guò)程的方式方法。迄今我們使用的由一次能源轉(zhuǎn)化為二次能源或者終端用能的技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中都有污染物、溫室氣體等排放。其實(shí)，無(wú)論化石能源和可再生能源都可以用來(lái)發(fā)電和制氫，而當(dāng)下正使用的制氫和發(fā)電都是有污染物和溫室氣體排放的方法。
 
新京智庫(kù)：為什么說(shuō)電解水制氫過(guò)程也有污染？
 
郭烈錦：首先，所用的電是從哪里來(lái)的？我們的電力目前主要來(lái)自于煤炭發(fā)電，即便是太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)電和水電等，從全生命周期來(lái)看，如發(fā)電機(jī)組的材料、元器件、設(shè)備等生產(chǎn)和制造過(guò)程不但耗能、而且也都存在污染物排放。而且，當(dāng)下的電解水制氫，實(shí)際上不是分解的純水，而是分解的電解液，這些電解液在制備過(guò)程中不同樣耗能？都有污染物排放，只是多少的問(wèn)題。
 
也就是說(shuō)，我們?cè)谟靡淮文茉崔D(zhuǎn)化成二次能源的過(guò)程中，人類應(yīng)該選擇更好的方式方法，要發(fā)展和使用沒(méi)有污染物和溫室氣體（如二氧化碳、甲烷等）排放的技術(shù)。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，關(guān)于碳達(dá)峰、碳中和對(duì)于降低全球溫室效應(yīng)而言，這個(gè)“碳”字用得并不準(zhǔn)確。
 
2
 
“煤制氫”實(shí)質(zhì)并不是用煤來(lái)制氫
 
新京智庫(kù)：也就是說(shuō)，不管用什么方式制氫都會(huì)有排放？我們現(xiàn)在所能做的就是如何更有效地減少排放？
 
郭烈錦：是這樣的，用傳統(tǒng)的方法都會(huì)有排放，但變革性的方法可以做到?jīng)]有排放。通常俗稱的煤制氫其實(shí)不是用煤來(lái)制氫，其主體還是用水來(lái)制氫，煤的作用其實(shí)只是用其熱能去驅(qū)動(dòng)水汽變換反應(yīng)實(shí)現(xiàn)分解水制氫。當(dāng)前已工業(yè)化使用的煤制氫、煤制油技術(shù)其實(shí)都要消耗大量的水，所以這個(gè)名字也誤導(dǎo)了公眾。
 
新京智庫(kù)：有數(shù)據(jù)顯示，制1噸氫要耗12噸水。真實(shí)的情況是什么樣？
 
郭烈錦：理論上，生產(chǎn)一噸氫氣消耗多少水從反應(yīng)方程式很容易算出。但現(xiàn)實(shí)中，制氫過(guò)程中所耗的水比這個(gè)數(shù)高得多，有很多水在過(guò)程中被浪費(fèi)了。因?yàn)楫?dāng)前煤制氫的工藝太復(fù)雜，除了生成氫氣所用的那部分做原料的水外，大量干凈的水是被主反應(yīng)以外的輔助工藝過(guò)程消耗掉或變成污染的水了，而且還增加能耗。
 
新京智庫(kù)：為什么用煤發(fā)電或者煤制氫就一定會(huì)排放污染物？
 
郭烈錦：并不是用煤發(fā)電和制氫就一定會(huì)排放污染物，而是目前人類大規(guī)模采用的燃煤發(fā)電和常規(guī)煤制氫方法一定會(huì)排放污染物。因?yàn)殡m然煤炭（以及石油、天然氣）主要是碳?xì)浠衔?，但煤炭中還有灰分如鈣、鎂、鋁硅等各種金屬或無(wú)機(jī)元素的氧化物、鹽類化合物成分。這種不純的物質(zhì)放到鍋爐或汽化爐爐膛內(nèi)去燃燒或部分氧化氣化，空氣的成分不純，其所含硫、氮等燃燒后就成了污染物——從煙囪排放的是氣體污染物，濕法脫硫、脫硝等還會(huì)排放液體污染物，還有固態(tài)爐渣。
 
新京智庫(kù)：所以我們不能選擇煤制氫？
 
郭烈錦：不是不能選擇煤制氫，而是不能用傳統(tǒng)或常規(guī)的方法去煤制氫。要實(shí)現(xiàn)清潔無(wú)污染可持續(xù)發(fā)展，需要盡量用更少的水，同時(shí)讓能量轉(zhuǎn)化效率盡可能地高，盡量不要有污染物排放，即便做不到零排放也要盡量少排放。
 
新京智庫(kù)：那有什么技術(shù)能避免這個(gè)過(guò)程的污染排放嗎？
 
郭烈錦：有。比如“水蒸煤技術(shù)”，其全稱叫“煤炭超臨界水氣化制氫發(fā)電多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)”（編者注：該技術(shù)于2018年2月在西安作為示范項(xiàng)目正式啟動(dòng)），它可以讓制氫、發(fā)電、供熱和產(chǎn)高純二氧化碳的多聯(lián)產(chǎn)一體化一次完成。這是我們實(shí)驗(yàn)室1997年以來(lái)啟動(dòng)的一項(xiàng)研究的成果，當(dāng)時(shí)就想怎么革傳統(tǒng)鍋爐的“命”，從而使得煤炭可以更干凈、高效的轉(zhuǎn)化生產(chǎn)出電和氫。
 
我們發(fā)現(xiàn)：利用水在超臨界狀態(tài)（溫度和壓力達(dá)到或超過(guò)臨界點(diǎn)374.30Ｃ/22.1MPa）下一系列獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)煤的完全無(wú)污染、無(wú)二氧化碳排放的潔凈、高效轉(zhuǎn)化利用。而且，還可以最大程度地節(jié)約用水，對(duì)發(fā)電而言它不耗水。
 
3
 
解水制氫最大挑戰(zhàn)是成本太高
 
新京智庫(kù)：所以將來(lái)制氫還是需要探索出一些其他的方法。比如海上制氫，因?yàn)楹Ｉ霞扔兴灿酗L(fēng)能、太陽(yáng)能。海上制氫是不是獲取氫氣的最佳選擇？

▲風(fēng)力發(fā)電。圖/新京報(bào)資料圖
 
郭烈錦：氫主要是從水里來(lái)，所以也可以從海水中來(lái)。太陽(yáng)能直接分解海水制氫，我們也一直在研究，已經(jīng)做了一二十年。未來(lái)，如果成本、大規(guī)?；疾怀蓡?wèn)題了，能滿足商業(yè)化需求時(shí)，當(dāng)然也就能成為主要的技術(shù)選擇之一。
 
其實(shí)，分解水制氫，不管是用電解、熱解還是光解，都是輸入能量用以將水分子的氫氧結(jié)合鍵打斷，生成氫氣和氧氣。所以海上電解水制氫，如果有現(xiàn)成的光伏或風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)，不妨鼓勵(lì)加裝電解水制氫裝置，將這部分電能轉(zhuǎn)化成氫能的形式存儲(chǔ)起來(lái)。但如果需要新建機(jī)組，則有多種技術(shù)路線可以選擇，要做全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析。比如用太陽(yáng)能，用太陽(yáng)光直接分解水制氫也是一條途徑，它比先發(fā)電再電解海水制氫少一個(gè)過(guò)程。多一個(gè)過(guò)程就多一個(gè)耗能的環(huán)節(jié)，投資和成本也會(huì)增大。
 
目前，電解水制氫的效率在實(shí)驗(yàn)室做得最高的大約80%，商業(yè)光伏發(fā)電的效率也就20%左右，如果是光伏發(fā)電再來(lái)電解水制氫，效率就更低了。
 
新京智庫(kù)：所以，這也是為什么現(xiàn)在電解水制氫量很低的緣故？
 
郭烈錦：是的。目前還是投資和成本太高，承受不了。
 
新京智庫(kù)：那可再生能源電（光）解水制氫與“煤制氫”的成本相差到底有多大？
 
郭烈錦：簡(jiǎn)單報(bào)個(gè)數(shù)據(jù)你就知道了，如果是電解水制氫，制一標(biāo)立方的氫氣大約消耗4度電，技術(shù)不好耗到約5度電。這成本就要看用在哪里，什么季節(jié)發(fā)的電。如果是在廣東、江浙一帶，一度電1-2元，就根本劃不來(lái)。傳統(tǒng)已成熟的煤制氫，一標(biāo)立方的氫成本大約是七八毛錢，即便高時(shí)也在一元錢以內(nèi)（折算為電是1度左右）。
 
但在有的地方，比如三北地區(qū)（指東北、華北北部和西北）風(fēng)、光、水力發(fā)電的電都發(fā)出來(lái)了卻用不完，自然應(yīng)該鼓勵(lì)加裝電解水制氫裝置，當(dāng)然前提是當(dāng)?shù)匾驳糜兴?，沒(méi)水也不行。
 
新京智庫(kù)：但那些地方正好缺水。
 
郭烈錦：對(duì)，自然環(huán)境也對(duì)于發(fā)展制氫和氫能產(chǎn)業(yè)有很大的制約。所以要根據(jù)自然資源環(huán)境條件來(lái)選擇技術(shù)路線，不要硬性推廣什么電解水制氫。
 
新京智庫(kù)：你認(rèn)為我國(guó)什么時(shí)候能夠?qū)崿F(xiàn)氫占主導(dǎo)的局面？
 
郭烈錦：我當(dāng)然希望越快越好，但是事實(shí)上受到很多因素的影響，比如對(duì)氫能的全面準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)、如何看待對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)可能造成的挑戰(zhàn)等等。
 
新京智庫(kù)：這個(gè)局面好像也不只是中國(guó)這樣吧？
 
郭烈錦：不完全這樣，比如日本、韓國(guó)，本來(lái)就是能源短缺國(guó)家，能源主要靠進(jìn)口，與其買燃燒有污染的化石燃料，不如買無(wú)污染的清潔氫能，因此全社會(huì)往氫能轉(zhuǎn)型的積極性就很高，發(fā)展動(dòng)力大，現(xiàn)在的技術(shù)儲(chǔ)備也非常好。這也是為什么日本、韓國(guó)都把重點(diǎn)放在氫燃料電池汽車及家用燃料電池技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化及其推廣上了（編者注：有研究論文顯示，日本在氫能和燃料電池領(lǐng)域擁有的優(yōu)先權(quán)專利占全球的50%以上，并在多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)方面處于絕對(duì)領(lǐng)先地位）。日本人在30年前就開(kāi)始研發(fā)太陽(yáng)能直接制氫，電解水制氫技術(shù)也有，但并沒(méi)有作為最主要的技術(shù)。日本的能源發(fā)展規(guī)劃中也從過(guò)去的買煤炭、石油、天然氣等向直接購(gòu)買氫能轉(zhuǎn)變。
 
4
 
氫燃料電池汽車成本會(huì)降下來(lái)
 
新京智庫(kù)：我國(guó)氫氣主要應(yīng)用于工業(yè)（尤其化工）、交通、建筑和電力等主要領(lǐng)域，你認(rèn)為在哪個(gè)領(lǐng)域用氫氣替換現(xiàn)有的能源將實(shí)現(xiàn)更大的碳減排效應(yīng)？
 
郭烈錦：迄今為止，我國(guó)還停留在只是把氫作為原料，而非能源來(lái)用。所以要說(shuō)目前氫能在碳減排上有什么效益，現(xiàn)在是還沒(méi)效益。只有把氫作為能源來(lái)用，去替代交通工具、移動(dòng)動(dòng)力上所消耗的化石燃料，去替代傳統(tǒng)電力、化工、冶金、材料和建筑等規(guī)模工業(yè)和民生產(chǎn)業(yè)中所使用的化石能源，才能產(chǎn)生有真正價(jià)值和規(guī)模的碳減排效應(yīng)。

：原因還是成本太高。比如目前的電動(dòng)汽車，盡管存在這樣那樣的問(wèn)題，但由于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)后，目前其成本比氫燃料電池汽車還低，所以市場(chǎng)接受度還是更高。但隨著氫燃料電池技術(shù)的進(jìn)步，大規(guī)模生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)，成本肯定會(huì)大幅度降下來(lái)。
 
▲這是我國(guó)自主研發(fā)的首臺(tái)氫燃料混合動(dòng)力機(jī)車。新華社記者曹陽(yáng)攝
 
這個(gè)成本包括生產(chǎn)制造氫燃料電池汽車本身的成本和制氫的成本。還有一個(gè)受限因素是，氫作為能源的基礎(chǔ)設(shè)施還沒(méi)有建起來(lái)。這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該很快將得到解決，國(guó)家正在大力推動(dòng)建設(shè)氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)示范城市群（編者注：2020年9月，財(cái)政部、工信部等五部委下發(fā)《關(guān)于開(kāi)展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》明確，對(duì)符合條件的城市群開(kāi)展燃料電池汽車關(guān)鍵核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)和示范應(yīng)用給予獎(jiǎng)勵(lì)，形成布局合理、各有側(cè)重、協(xié)同推進(jìn)的燃料電池汽車發(fā)展新模式。此后，京津冀、長(zhǎng)三角等多省市宣布成為該項(xiàng)目示范城市。）
 
新京智庫(kù)：今年國(guó)內(nèi)外的氫燃料電池汽車市場(chǎng)表現(xiàn)都不錯(cuò)，前8個(gè)月全球銷量超過(guò)去年全年。這是不是個(gè)好現(xiàn)象？
 
郭烈錦：當(dāng)然是好現(xiàn)象，以后年年都會(huì)有增長(zhǎng)，我相信，“未來(lái)人類用能模式一定是由氫和電作為同等重要的二次能源主體來(lái)構(gòu)成”。這是人類未來(lái)發(fā)展的基本前景。這個(gè)不用懷疑，只是時(shí)間早晚的問(wèn)題。
 
新京智庫(kù)：但是國(guó)內(nèi)氫燃料電池汽車還是有很多短板。你最想對(duì)我國(guó)的燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展說(shuō)點(diǎn)什么？
 
郭烈錦：其實(shí)，一二十年前我們國(guó)家就有發(fā)展氫能及燃料電池汽車等技術(shù)的機(jī)會(huì)，但錯(cuò)過(guò)了。目前我們國(guó)家在氫能和燃料電池的產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)上，尤其是核心技術(shù)上，與先進(jìn)國(guó)家相比確實(shí)還有很大差距，比如燃料電池汽車的八大核心關(guān)鍵技術(shù)、氫泵及壓縮機(jī)、加氫噴槍、高壓閥門(mén)、涉氫材料和器件及其加工工藝和技術(shù)等，都需要加快布局攻關(guān)。因此需要實(shí)事求是地，從實(shí)用出發(fā)，從最基礎(chǔ)最基本的問(wèn)題著手，切實(shí)努力攻關(guān)，把失去的時(shí)間趕回來(lái)。
 
令人欣慰的是，從2017年后起，從國(guó)家到地方各種相關(guān)政策陸續(xù)出臺(tái)，現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有驅(qū)動(dòng)向氫能轉(zhuǎn)型的勢(shì)頭，市場(chǎng)已經(jīng)慢慢熱起來(lái)了。有很多企業(yè)也有了主動(dòng)投資介入氫能產(chǎn)業(yè)鏈的積極性。

新京智庫(kù)訪談員|肖隆平
 
編輯|張笑緣
 
校對(duì)|陳荻雁




責(zé)任編輯： 韓昇宏