隨著全球能源轉(zhuǎn)型步伐的加快，近幾年氫能發(fā)展備受關(guān)注。未來氫能發(fā)展的重點(diǎn)是什么？有哪些前沿技術(shù)有待突破？我國發(fā)展氫能要做好哪幾項(xiàng)功課？近日，上海大學(xué)可持續(xù)能源研究院院長、加拿大皇家科學(xué)院院士，加拿大工程院院士張久俊教授接受了記者的專訪。
上海大學(xué)可持續(xù)能源研究院院長、加拿大皇家科學(xué)院院士，加拿大工程院院士張久俊
可再生能源電解水制氫是發(fā)展方向
【CCN】有人預(yù)言，氫能將成為人類的終極能源，您如何看待這一說法？
【張久俊】這個(gè)說法并不準(zhǔn)確。能源總體可分為兩大類，一類是不可移動(dòng)的能源，也就是我們常說的有線的能源，另一類是可移動(dòng)的能源，就是在汽車、手機(jī)里用的能源。實(shí)際上人類最需要的是可移動(dòng)的電源。作為一種二次能源，氫能是可移動(dòng)能源的介質(zhì)。從這個(gè)角度說，氫能是人類未來可移動(dòng)的終極能源之一。
【CCN】我國氫能發(fā)展取得了哪些成就？還有哪些卡脖子技術(shù)有待突破？
【張久俊】中國的氫能作為燃料的發(fā)展歷經(jīng)了20多年，人們對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)化的大量研究。大連物化所的衣寶廉院士團(tuán)隊(duì)在氫能利用的燃料電池方面做了很多研究工作，所以從整個(gè)技術(shù)層面來講，目前中國氫能發(fā)展和國外差別并不是很大。最近一兩年，國內(nèi)的技術(shù)水平進(jìn)步非?？?，只是在一些關(guān)鍵的環(huán)節(jié)上，關(guān)鍵部件和關(guān)鍵材料仍存在一定差距。不過國內(nèi)已有很多公司在進(jìn)行技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)，我相信很快就可以趕超國際先進(jìn)水平。
【CCN】“十四五”期間國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)應(yīng)該放在哪兒？
【張久俊】氫能的發(fā)展重點(diǎn)，是要利用太陽能、風(fēng)能等可再生能源來電解水，產(chǎn)生氫氣。目前光伏行業(yè)在國內(nèi)發(fā)展得非常快，也非常成熟。但光伏和風(fēng)能是一種波動(dòng)的能源，與天氣狀況有關(guān)，很難直接發(fā)電以后將電能穩(wěn)定地輸入到大電網(wǎng)中去，所以用這些能源產(chǎn)生的電能來制備氫氣，可以將電能儲存到氫里，使用起來就方便多了。除此之外，產(chǎn)生的氫氣可用來驅(qū)動(dòng)燃料電池。目前國內(nèi)已有大規(guī)模的示范項(xiàng)目在做，我相信在“十四五”期間，中國會(huì)在這方面取得驕人的成績。
【CCN】您現(xiàn)在比較關(guān)注哪些前沿技術(shù)的攻關(guān)？
【張久俊】我一直在關(guān)注氫能和燃料電池相關(guān)的技術(shù)。在電解水方面，我主要關(guān)注兩個(gè)方面：一是燃料電池的逆過程來電解水，這是電解水領(lǐng)域的一個(gè)前沿技術(shù)，能量效率可以達(dá)到80%~90%，可以大幅節(jié)約能耗。目前該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化方面還有瓶頸：一方面難以做到規(guī)模化生產(chǎn)，另一方面電池壽命達(dá)不到預(yù)期。二是高溫固態(tài)氧化物電池，這是一種高溫燃料電池，它的逆過程也可以電解水，效率相對較高。
同時(shí)，我們要有一個(gè)長期發(fā)展的目標(biāo)，就是實(shí)現(xiàn)光輔助電解水，這也是人類永恒的追求。比如說在一個(gè)容器中加入水和催化劑，當(dāng)太陽光直接照射到其中時(shí)，在催化劑的作用下，水可以分解成氫氣與氧氣。目前這種方法轉(zhuǎn)化效率很低，不足10%。還可以通過光電化學(xué)方法以及光伏-電解池耦合的方法制氫。
另外，國際上目前還在研究高溫光解水制氫，這也屬于光輔助電解水制氫，比如將光聚焦到某一個(gè)點(diǎn)上，這個(gè)點(diǎn)溫度可達(dá)1500攝氏度，將催化劑置于此點(diǎn)上，水在該處可瞬間分解，生成氫氣和氧氣。
相比之下，現(xiàn)在通用的工業(yè)化的堿性電解水制氫技術(shù)能耗比較高，能量效率在30%~40%，如果加上采煤發(fā)電的過程，效率就更低了。
燃料電池是氫能高效利用的最優(yōu)選擇
【CCN】今年8月份國家出臺了綠電交易試點(diǎn)的工作方案，對氫能未來的發(fā)展會(huì)產(chǎn)生哪些影響？
【張久俊】應(yīng)該說會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。主要因?yàn)闅涫悄茉吹臄y帶者，我們在產(chǎn)氫的過程中就要考慮到下一步怎么利用氫。我個(gè)人的觀點(diǎn)是氫轉(zhuǎn)變成能量的過程不能用燒的方法。如果通過內(nèi)燃機(jī)將氫轉(zhuǎn)化為能量的話，會(huì)受到卡諾循環(huán)的限制，效率很低，并且有NOx的排放。最好是通過燃料電池將氫轉(zhuǎn)變?yōu)殡姟?
不過在很多特殊的場合，直接讓氫燃燒產(chǎn)生熱也是可行的。氫分為灰氫、藍(lán)氫和綠氫三種，燃料電池中使用的純度要高達(dá)99.999%，綠氫可以達(dá)到這個(gè)純度，而前兩種氫純度不高，將其進(jìn)一步提純需要消耗能量，這時(shí)就可以考慮通過內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)化。但我想信未來主要的方法還是通過燃料電池來利用氫。
【CCN】現(xiàn)在國內(nèi)氫燃料電池是否大部分應(yīng)用在燃料電池車上？
【張久俊】綠氫的應(yīng)用主要是兩種途徑，一種是作為車的燃料，一種是作為發(fā)電的燃料。國內(nèi)目前主要還是用在燃料電池車上，氫能發(fā)電產(chǎn)業(yè)還沒有做起來，進(jìn)行研究的人不多，但這將是一個(gè)熱門產(chǎn)業(yè)。國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展，將來可能會(huì)產(chǎn)生很多氫，燃料電池不能完全消耗，這就需要開拓其他的應(yīng)用途徑。因此，燃料電池發(fā)電技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化至關(guān)重要。
【CCN】燃料電池車推廣還面臨哪些問題？
【張久俊】燃料電池的成本是一個(gè)最大的問題，業(yè)內(nèi)正在積極攻克這一瓶頸，尤其是燃料電池里的一些關(guān)鍵部件國產(chǎn)化，將燃料電池價(jià)格降下來。另外，加氫站的普及也會(huì)影響到燃料電池車的發(fā)展。
制定氫能戰(zhàn)略需考慮三項(xiàng)因素
【CCN】工信部曾表示，將配合有關(guān)部門制定我國氫能發(fā)展戰(zhàn)略，在制定這樣的國家戰(zhàn)略時(shí)，要重點(diǎn)考慮哪些因素？
【張久俊】一是要考慮技術(shù)的成熟度。二是要考慮怎樣把科技力量真正地調(diào)動(dòng)起來，尤其是怎樣將研究單位和工業(yè)界更加緊密地結(jié)合起來，繼而疏通整個(gè)的產(chǎn)學(xué)研鏈條。三是要考慮給予強(qiáng)有力的政策支持。任何高科技的發(fā)展，在其起始階段都要有政府來扶持，靠個(gè)人或者是基金投入是不夠的。
【CCN】提到政府支持，其實(shí)現(xiàn)在各地也出臺了很多支持氫能發(fā)展的政策，甚至出現(xiàn)了投資過熱的現(xiàn)象，您怎么看待這一問題？
【張久俊】一方面，大家還需要冷靜地看待目前存在的技術(shù)以及資金上的瓶頸；另一方面，不能一味地發(fā)展氫能，忽略了傳統(tǒng)能源的發(fā)展，顧此失彼。任何新事物發(fā)展都要符合科學(xué)規(guī)律，要逐步地取代，尤其在科技方面。
