近日,，《中國經(jīng)濟(jì)大講堂》特邀中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)校長、中國科學(xué)院院士包信和,，深度解讀氫能利用的技術(shù)瓶頸以及氫能社會(huì)離我們有多遠(yuǎn)?

包信和談到,，從發(fā)展過程看，人類的能源發(fā)展是逐步向氫碳比高的方向邁進(jìn)的,。在氫能利用方面,，目前氫能制造和儲(chǔ)氫還存在技術(shù)難關(guān)。

2018年我國將氫能源及燃料電池的產(chǎn)業(yè)定為發(fā)展元年,，日本也成為首ge將氫能發(fā)展定為國家戰(zhàn)略的國家,。但是，不可否認(rèn)的是,，現(xiàn)在的氫能還不是fang便,、zui實(shí)yong的能源，很多卡脖子的技術(shù)問題還制約著氫能的廣泛應(yīng)用,。

那么,，怎樣才能突破氫燃料電池的耐久性和氫氣的儲(chǔ)存問題？2050年,，將氫氣作為新能源的愿景能否實(shí)現(xiàn),？

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)校長、中國科學(xué)院院士包信和
 

人類對(duì)能源的追求永無止境,，而各種新銳能源正演繹著各自的風(fēng)云,，試圖在未來的能源體系中占據(jù)主導(dǎo)地位，氫能就是其中之一,，它被稱為21世紀(jì)的終ji能源,。在人們的期待中，氫能取之不盡,、清潔高效,，還不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳這種溫室氣體,，不會(huì)有化石能源的枯竭焦慮。

 01

氫能是可再生能源的搬運(yùn)工

現(xiàn)在社會(huì)上一直在講氫能,，還有氫能經(jīng)濟(jì),、氫能社會(huì)，都在講這樣的事情,。但是我們搞化學(xué)的人要有個(gè)判斷,，氫能到底會(huì)是怎么樣？未來會(huì)怎么走,？在什么情況之下我們才能說氫能這件事,？

當(dāng)能源碳跟氧反應(yīng)，比如說當(dāng)空氣和汽油,、柴油等燃料一混合,，遇到火花就會(huì)發(fā)爆炸，這樣的爆炸在氣缸內(nèi)進(jìn)行,，會(huì)產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?，推?dòng)活塞做功，內(nèi)燃機(jī)就是這樣來的,，它所產(chǎn)生能量大概效率是是百分之三十幾這個(gè)樣子,，還有百分之六十幾就損失掉了。

碳是自然界里就有的,，我們是能夠挖出碳來的,，但是它產(chǎn)生溫室氣體——二氧化碳。所以大家可以看到,，自然界它還是很平衡,、很公平的，有的東西一定會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生不好的東西出來,。

氫很好,，跟氧一反應(yīng)就能生成水，但是問題就是在自然界當(dāng)中,，氫是不存在的,。氫可以用于燃料電池，而且它的運(yùn)行效率很高,，可以達(dá)到60%,，但是自然界當(dāng)中沒有氫氣。我們從沒聽說有人可以在什么地方挖到一個(gè)氫氣礦出來,。所以,，雖然氫能的利用會(huì)產(chǎn)生水，沒有污染,，但是氫這個(gè)原料在自然界是沒有的,。

為什么人們會(huì)想到利用氫這回事呢,？大家可以看到，從我們?nèi)祟惖哪茉窗l(fā)展來講,，早是木材,，木材基本上就是碳，也含有一點(diǎn)點(diǎn)氫,；后面是煤炭,，煤炭里面大概是兩分碳一分氫；再到后面發(fā)展到石油,，石油大概是兩分氫一分碳,；再后面就是天然氣，天然氣是四分氫一分碳,。從這個(gè)發(fā)展過程看下來,，基本上人類的能源發(fā)展是逐步向氫碳比高的方向邁進(jìn)的,。

氫氣在自然界當(dāng)中是沒有的,，但是水通過電解可以產(chǎn)生氫氣，而且它可以跟可再生能源連在一起,。有這些條件以后,，大家就認(rèn)為氫可能是未來非常重要的一個(gè)能源。

未來,，氫能在我們的能源體系當(dāng)中可能會(huì)起到什么樣的作用,？現(xiàn)在的能源體系是怎么做的呢？化石能源,，我們可以把它變成液體材料,，像油這樣的東西，后到終端用戶,。還有一個(gè)很重要的事兒,，就是化石能源可以發(fā)電，變成電能以后到終端用戶,。但我想未來再怎么變,，電總不會(huì)少，核能也好,，光也好,，風(fēng)也好，電是不能少的,。

但是電力能不能開飛機(jī)呢,？現(xiàn)在還沒有這樣的飛機(jī)。假如說未來有了氫燃料電池可以開飛機(jī),、開船,，就類似于跟油差不多一樣的道理了,。所以在未來能源體系當(dāng)中，氫就有可能替代現(xiàn)在液體燃料的角色,。要把氫能這一塊做起來,，會(huì)有個(gè)很長的產(chǎn)業(yè)鏈。

首先自然界是沒有氫氣的,，你要制備出氫氣出來,，接下來儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)換,、應(yīng)用,。所以大家可以看到，整個(gè)一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈有好多做研究的人在做這么一件事,。比如制備過程,，制氫的方法很多，通過化石能源 ,、水電解,、化工原料、工業(yè)尾氣等,。

*一年大概用5000億立方米的氫氣,，非常遺憾的是在這個(gè)制氫結(jié)構(gòu)當(dāng)中，4%是從可再生能源來的,，96%是化石能源來的,。使用化石能源就要排放二氧化碳，所以,，要想發(fā)展氫能經(jīng)濟(jì)燃料電池,，就一定要跟可再生能源連起來。

 未來可以從可再生能源發(fā)展,，用光,、風(fēng)、核能把水電解變成氫,，只有在這個(gè)時(shí)候,，整個(gè)氫能才能夠被利用起來。所以我要套用一句廣告詞,，自然界當(dāng)中實(shí)際上是沒有氫的,，沒有氫能的，氫能實(shí)際上就是可再生能源的搬運(yùn)工,，把可再生能源從這里搬到那里而已,。

02

制造和儲(chǔ)存瓶頸待突破

那么氫能利用我們到底有什么卡脖子的事情？搞了這么長時(shí)間,，為什么就沒有搞起來呢,？這個(gè)問題到底在哪里呢,？

大家可以看到，一個(gè)是制造技術(shù),，怎么把燃料電池制造得非常之可靠,。氫跟氧在這個(gè)燃料電池上面它是不反應(yīng)的，它一定要有催化劑,。催化劑是什么呢,？貴金屬催化劑，用鉑,、鈀,、釕這樣的東西。

這個(gè)貴金屬呢,，它是吸附氫或者吸附氧,，解離以后呢，氫氧才在表面反應(yīng),，反應(yīng)以后再電子傳遞才會(huì)發(fā)電,。所以大概算了算，現(xiàn)在hao的就是這樣一個(gè)技術(shù),，依靠現(xiàn)在的條件,，一部車子大概需要50克左右的鉑,。

你們現(xiàn)在誰有一個(gè)白金的項(xiàng)鏈或者一個(gè)戒指,，50克重也不這么容易吧？搞一個(gè)車子就要50克,。出點(diǎn)錢倒沒什么問題,，比如現(xiàn)在有錢的，50克能有多少錢呢,？50克,，我估計(jì)可能幾萬塊錢，可能也能拿下來吧,？是不是,？也不一定算什么，但是這些貴金屬自然界中沒有這么多量,，所以就有問題,。所以就出來一個(gè)什么研究呢？非貴金屬催化劑做燃料電池,。

燃料電池的耐久性問題,，已經(jīng)獲得了比較好的突破。原來為什么有這個(gè)問題呢,？就是燃料電池在實(shí)驗(yàn)室做,，做3000小時(shí)5000小時(shí),，一點(diǎn)問題沒有，但是一放到車上去開,，一兩千小時(shí)就不行了,。

為什么就不行了呢？燃料電池它是要吸空氣的,，不是嗎,？空氣里面有粒子，粒子里面就有金屬,，貴金屬,，還有硫。這種東西一吸進(jìn)去以后,，燃料電池的催化劑,，它就慢慢就中毒了。就因?yàn)檫@些東西,，膜也就堵塞起來了,，催化劑就中毒了。本來在實(shí)驗(yàn)室搞得好好的,，到這個(gè)地方就不行了,。

接下來一個(gè)很重要的一個(gè)事情就是儲(chǔ)氫。這個(gè)氫大家知道,，實(shí)驗(yàn)室也有儲(chǔ)氫的鋼瓶,。氫是很輕的，是不是,？你要把這個(gè)氫帶到車上去,，你可不能弄太大的東西，你一定要把它弄得很小?，F(xiàn)在有三個(gè)辦法,，把它弄得很小。

一個(gè)辦法是壓縮氫,，就把氫壓在鋼瓶里,。我們現(xiàn)在不是用鋼瓶嗎？但我們實(shí)驗(yàn)室的鋼瓶大概是130個(gè)大氣壓,、150個(gè)大氣壓,，在實(shí)驗(yàn)室里很少有超過200個(gè)大氣壓的。據(jù)說車子上中國現(xiàn)在已經(jīng)在搞標(biāo)準(zhǔn),，在搞350個(gè)大氣壓,，日本人是搞多少呢？700個(gè)大氣壓。

大家可以看到,，700個(gè)大氣壓同300個(gè)大氣壓就差一倍多一點(diǎn),，同這個(gè)150個(gè)大氣壓相比就差5倍，是不是,？也就說,，150大氣壓的鋼瓶，儲(chǔ)存的氫在車上可以跑100公里,，假如700個(gè)大氣壓,，同樣的鋼瓶?jī)?chǔ)存的氫可以跑差不多500公里。所以儲(chǔ)氫相對(duì)比較好的還是氫瓶,，現(xiàn)在基本上世界范圍之內(nèi)都是這么干,。

第二個(gè)事情是什么呢？就把氫冷卻下來,，變成液氫,。冷卻下來到這個(gè)地方呢，再把它釋放這個(gè)出來,。這個(gè)氫密度是很高的,，但是安全性差，而且它要耗很多能量,，把它冷卻下來,。而且在行駛過程當(dāng)中，還得防止瓶子漏氣了,，一漏氣以后熱量就進(jìn)去了,，接著就放出來，可能就得爆炸了,。假如說這個(gè)壓力太高了,，它不就爆炸了嗎？所以安全性這地方還有問題,。

第三個(gè)事情，這都是我們化學(xué)搞的,，材料儲(chǔ)氫,。各式各樣的儲(chǔ)氫材料，高分子的也有,，金屬的也有,，用納米碳管的也有，什么東西都有,。但非常遺憾,，迄今為止重量百分比都沒有達(dá)到6%。也就說，100公斤的儲(chǔ)氫材料,，都儲(chǔ)不了6公斤的氫,，儲(chǔ)氫的效率是太低了！假如有一天,，儲(chǔ)氫能達(dá)到10%這個(gè)樣子就好了,。因?yàn)樗鼔毫σ膊桓撸前?？就?chǔ)在這個(gè)里面,。所以，燃料電池要做起來以后,，儲(chǔ)氫的這個(gè)事情還得要考慮,，你不考慮你是沒辦法走下去的。

日本人近氫能推廣得很厲害,，大家可能也都知道,，日本人已經(jīng)做到什么程度呢？到2040年它要普及,，2020年就有4萬臺(tái),。大家可以看到，日本人是用700大氣壓儲(chǔ)氫的,，大概儲(chǔ)氫的重量比是7.5%,。那么也就是說，這里面如果用個(gè)大的瓶子,，它可以走得很遠(yuǎn),。那么它的行駛里程，據(jù)說到2040年的時(shí)候,，可以跑1000公里,。大家想一想，假如加一次氣跑1000公里,，倒也是蠻好的,，是吧？

我們中國從奧運(yùn)會(huì)開始就有燃料電池車的示范,，從上海的那個(gè)世博會(huì)開始,，一直在作這樣一個(gè)示范，包括現(xiàn)在還在作這個(gè)示范,，一直在做,，做得也是蠻好的。

但是還是有很多問題,，特別是制氫,。大家知道，張家口我們2022年是要搞冬奧會(huì)的，冬奧會(huì)里面就希望能夠推氫能燃料電池這樣一個(gè)事兒,，所以近他們就在搞一個(gè)項(xiàng)目,，就是用這個(gè)風(fēng)同太陽能產(chǎn)生電，電解水制氫,，制氫以后就運(yùn)行在燃料電池車子,。這件事情假如做成了以后，我認(rèn)為意義還是很大的,，經(jīng)濟(jì)上可能馬上起不到作用,，到不了經(jīng)濟(jì)實(shí)用這樣的程度，但起碼為未來作了個(gè)示范,。

所以中國也有個(gè)目標(biāo),，到2035年，中國希望一公斤的氫能夠降到25塊錢,。一公斤氫大概就是11立方米左右,，現(xiàn)在跑得好的車子，據(jù)說一公斤氫可以跑100公里不到一點(diǎn),。大家知道油現(xiàn)在多少錢一升呢,？可能是六、七塊錢左右一升,，是不是,？那么一升油大概能跑多遠(yuǎn)呢？小車大概一般跑100公里,，好的車子耗油大概五,、六升的樣子，大型的SUV,，可能就要15升這個(gè)樣子,，那么就是要60塊錢，是吧,？那假如百公里消耗氫氣能夠變到一公斤,，跑100公里25塊錢，就是跑50塊錢,，我認(rèn)為也是合算的,。