就在中国共产党成立100周年、我国开启全面建设社会主义现代化国家新征程的重要节点,两院院士大会近日在京隆重召开。大会指出,要加强原创性、引领性科技攻关,坚决打赢关键核心技术攻坚战。

  在当前科技领域多项热点中,氢能及其运用无疑是一项相当具有原创性和引领性的科技。“十四五”规划和2035年远景目标纲要也提及氢能的利用,显示出党和国家对前沿科技和产业变革领域的高度重视。

  为什么我国要大力发展氢能?与各种传统能源相比,氢能具有哪些独特的优势?在党的领导下和中国特色社会主义制度保驾护航的优势下,中国发展氢能有哪些机遇?

  针对这一系列问题,《每日经济新闻》记者(以下简称NBD)日前对我国著名物理化学家,中国科学院院士、厦门大学化学化工学院教授孙世刚进行了专访。

  谈制氢储氢运氢:多环节需加强技术攻关

  NBD:在我国推进碳达峰、碳中和的过程中,氢能将扮演什么样的重要角色?

  孙世刚:要实现碳达峰、碳中和目标,我们国家未来的任务还非常重。为什么这么说?因为目前在我们的能源结构中,还有60%到70%是用化石能源发电。

  从原理上说,化石能源通过热机燃烧发电,这样的发电方式转换效率比较低。当能量转换过程效率比较低的时候,一部分没有转化的物质就会被排放出去产生污染。因此,我们一定要调整能源结构,也就是在发电的过程中,让容易排放污染物的部分尽可能减少,要用不产生污染的过程替代它。

  从这个角度来看,氢能的利用就是一个非常理想的过程。因为从氢的制造到储存、运输和使用都不产生污染,也不排放二氧化碳。

  在推进实现碳达峰、碳中和目标的过程中,我们还要开发可再生能源,让其在能源结构中的比重不断上升。比如说太阳能(6.3600.081.27%)、风能等能源,它们是取之不尽用之不竭的,但要应用它们,也需要很多技术支撑。

  比如说,可再生能源发电受自然环境和气候的影响较大,需要配套储能设施,把能量平稳地用起来。在这一个过程中,最好的方式就是通过氢能,这是一个干净的、安全的过程。氢从电解水产生到使用发电,是不产生污染的。

  此外,我们开发能源过程中经常出现的一些“弃能”的问题,也可以通过开发氢能解决。

  比如说我们西部的水电资源如果用不完,就可以把它变成氢能,通过电解水的方式生成氢气加以解决。当然,这需要配套的储存和运输措施跟上。

  值得一提的是,我们要大规模使用氢能,还需要进行大量的研发投入,以解决各种技术问题和系统问题,在制氢、储氢、运氢和用氢等环节还有许多需要攻关的难题。

  例如,日本的储氢罐可以做到700个大气压的压力,我们国家目前生产的储氢罐标准是350个大气压。这也意味着我们在这方面还需要继续努力,加强技术攻关。

  谈中国氢能发展:抓住机遇力争抢占先机

  NBD:除上面提到的以外,氢能还有哪些比较好的运用领域?在当前方兴未艾的电动车领域,氢能又有怎样的用武之地?

  孙世刚:氢的大规模运用是一个重要的发展方向。从现状看,它也逐渐在社会生活中大量运用,占比也越来越高。氢的用处有很多,比如说,氢可以作为化工原料,参与许多化工的合成过程。

  在汽车领域,氢的运用也非常多,比如说在电动汽车方面,我们现在有锂电池汽车,锂电池本身的能量密度较低,用这种电池的汽车巡航里程就会比较短,可能充一次电就只能跑三四百公里。

  但如果在同样的条件下,我们的电动车装上一个用氢气作为动力的燃料电池驱动,就可以充一次氢气跑上千公里,而且它的安全性也会更好。

  为什么说这样的电池更加安全?因为电池的原理就是把所有的能量物质放在其中,充完电后,电池里面都是高能态物质,相当于一个密闭空间中充满高能量的东西,如果一不小心发热,就容易发生事故。

  我们刚刚也讲到,氢能是安全的,在中学的化学课上就做过这样的实验:在一个杯子里通入氢气和氧气,点燃会产生水;但如果不点火,氢气和氧气之间不会发生反应。

  从燃料电池的设计看,燃料电池的燃料(也就是氢)在外面,并不在电池内部,只有发生反应的时候,燃料才进入电池内部发生反应。这是一个安全的体系,所以从这个角度来说,燃料电池是安全的。

  NBD:党和国家高度关注和支持前沿新能源领域发展,“十四五”规划和2035年远景目标纲要也提出,要在氢能与储能等前沿科技和产业变革领域组织实施未来产业孵化与加速计划,谋划布局一批未来产业。您认为这一顶层设计和部署将为中国发展氢能带来怎样的机遇?

  孙世刚:对于中国氢能发展来说,我认为这是一个大机遇。

  除了这一顶层设计之外,我们还提出了碳达峰、碳中和的目标,这对氢能发展来说都是重大的机遇。

  我们刚刚讲到,氢从本质上是清洁的,氢能是最清洁的能源,这些年我国在发展氢能方面积累了一定的基础,在很多领域已经开始大规模使用氢气。我国的氢气产能也很高,目前年产量达到2000多万吨的水平,预计2050年将达到6000万吨。同时,我们在可再生能源方面也有非常多的投入。

  当然,在这个过程中,我们也要抓紧研究推进一些关键技术,比如说在储氢和运氢方面,现有技术是把它压缩进压缩罐,但从运输层面来说,这样的技术也有一定风险。比如说运载储氢压缩罐的槽车可能不被允许通过隧道,因为一旦有一点泄漏就会造成危险。目前,储氢领域一些新的技术正在发展,相关研究也正在向前推进。

  在碳达峰碳中和背景下,中国发展氢能迎来重大机遇,我们必须紧紧抓住这个机遇,进一步加大氢能各个环节的研发力度,力争在全球氢能有效利用和推广上抢占先机。