中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：化學(xué)元素周期表中排在第一位的元素是什么？對(duì)了，氫！我們離不開(kāi)氫原子與氧原子結(jié)合成的水，但對(duì)氫的其他應(yīng)用卻知之甚少。而當(dāng)前，氫的能源化利用趨勢(shì)愈加明顯。結(jié)合時(shí)下熱點(diǎn)，我們來(lái)說(shuō)說(shuō)，中美兩國(guó)在液氫方面的發(fā)展?fàn)顩r。
不只是交通領(lǐng)域液氫在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中應(yīng)用廣泛
液氫是通過(guò)預(yù)冷和膨脹節(jié)流等工藝，把氫氣降溫到-253℃從而變成液體，密度可達(dá)普通氫氣的780倍，使得氫可以高效地儲(chǔ)存和運(yùn)輸。液氫液氧推進(jìn)劑的比推力最高，相同比推力時(shí)運(yùn)載火箭的重量可以下降50%，因此液氫是最先進(jìn)的火箭推進(jìn)劑燃料。同時(shí)，在-253℃低溫下，除了氦、氖稀有氣體之外的所有氣體雜質(zhì)都會(huì)凝固分離，因此液氫汽化很容易獲得6N（99.9999%）及以上的超純氫。相比于鈀膜純化等氣態(tài)氫提純技術(shù)，液氫具有應(yīng)用系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、高效可控、不易污染、品質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)。因此液氫還是全球公認(rèn)的可以大規(guī)模獲得超純氫的先進(jìn)技術(shù)。
超純氫在電子工業(yè)尤其是微電子、光電子產(chǎn)品生產(chǎn)中有極為廣泛的的應(yīng)用市場(chǎng)，包括大規(guī)模集成電路芯片、平板顯示器、光伏電池等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。電子工業(yè)是超純氫的最大用戶，超純氫作為還原氣體和保護(hù)氣，主要用于半導(dǎo)體器件、集成電路芯片以及液晶平板顯示器生產(chǎn)等領(lǐng)域，且氫氣的純度直接影響最終的產(chǎn)品質(zhì)量。在冶金工業(yè)中，氫氣可作為還原劑將金屬氧化物還原成金屬，也可作為貴金屬高溫加工時(shí)的保護(hù)氣氛，需要5N的高純氫。同時(shí)在石油煉化加氫精制中采用高純氫可獲得高品質(zhì)的汽油、潤(rùn)滑油等產(chǎn)品。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)定義氫氣純度大于或等于5N（99.999%）為高純氫，大于或等于6N（99.9999%）為超純氫。目前我國(guó)高純氫和超純氫的消耗量約20萬(wàn)噸/年（據(jù)統(tǒng)計(jì)2016年全國(guó)純度≥99%的氫產(chǎn)量約700億Nm3/年，其中95%以上用于煉油、化工生產(chǎn)、電子、冶金等，其余2%~3%為5N以上超純氫）。其中6N及以上的超純氫極易被污染、無(wú)法氣態(tài)運(yùn)輸，國(guó)內(nèi)外芯片和液晶顯示器生產(chǎn)均是在使用終端的用氣點(diǎn)設(shè)置純化器達(dá)標(biāo)后使用，其解決方案往往來(lái)自于外資氣體公司，進(jìn)口依賴度高、價(jià)格壟斷，使得大規(guī)模應(yīng)用受限，影響中國(guó)制造業(yè)水平。
中美液氫產(chǎn)業(yè)差距——美國(guó)產(chǎn)能全球首位，中國(guó)民用一片空白
全球目前已經(jīng)有數(shù)十座液氫工廠，總液氫產(chǎn)能470噸/天，其中北美占了全球液氫產(chǎn)能總量的85%以上。美國(guó)本土已有15座以上的液氫工廠，液氫產(chǎn)能達(dá)326噸/天以上，居于全球首位，包括加拿大有80噸/天的液氫產(chǎn)能也為美國(guó)所用。歐洲4座液氫工廠液氫產(chǎn)能24噸/天。亞洲有16座液氫工廠，總產(chǎn)能38.3噸/天，其中日本占了亞洲三分之二的產(chǎn)能。全球近500座加氫站中液氫儲(chǔ)氫型加氫站占比三分之一，主要分布在美國(guó)、歐洲和日本，且其新建的加氫站以液氫儲(chǔ)氫型為主。2018年初，日本川崎重工引領(lǐng)的財(cái)團(tuán)與澳大利亞政府達(dá)成一致，在維多利亞州建造煤制氫基地工廠和氫液化工廠，預(yù)計(jì)2022年達(dá)產(chǎn)，設(shè)計(jì)液化能力770噸/天，液化后-253℃的低溫液氫最終通過(guò)兩艘20萬(wàn)m3的液氫船運(yùn)往日本。
從目前的市場(chǎng)應(yīng)用來(lái)看，美國(guó)壟斷了全球85%的液氫生產(chǎn)和應(yīng)用，其中美國(guó)AP和PRAX兩大集團(tuán)壟斷了美國(guó)90%的液氫市場(chǎng)。根據(jù)美國(guó)氫能分析中心的統(tǒng)計(jì)，截至2016年，北美地區(qū)共有產(chǎn)能5噸/天以上的大型液氫工廠10座，其中18噸/天以上的有6座，最大產(chǎn)能達(dá)到64噸/天。美國(guó)的液氫民用占據(jù)主流市場(chǎng)，其中33.5%用于石油化工行業(yè)，37.8%用于電子、冶金等其他行業(yè)，10%左右用于燃料電池汽車加氫站。僅有18.6%的液氫用于航空航天和科研試驗(yàn)。
為了滿足高端制造、冶金、能源、電子和航空航天等領(lǐng)域不斷增長(zhǎng)的需求，近兩年來(lái)，美國(guó)又加大液氫工廠建設(shè)力度。PRAX公司2018年11月在德克薩斯州La Porte開(kāi)工建設(shè)第五座液化氫工廠，計(jì)劃2021年投產(chǎn)，產(chǎn)能超過(guò)30噸/天。美國(guó)AP公司2019年初在美國(guó)西部建造一個(gè)日產(chǎn)百噸級(jí)的液氫工廠，致力于氫能源市場(chǎng)，向FEF位于加利福尼亞州的加氫站提供液氫。同時(shí)法國(guó)液空公司也將投資1.5億美元，2019年初在美國(guó)開(kāi)工建設(shè)一座30噸/天液氫工廠。預(yù)計(jì)2021年美國(guó)本土的液氫產(chǎn)能將超過(guò)500噸/天。
中國(guó)在用的液氫工廠僅有海南文昌、北京101所和西昌基地，均服務(wù)航天火箭發(fā)射，總產(chǎn)能僅有4噸/天，最大的海南文昌液氫工廠產(chǎn)能也僅2噸/天。中國(guó)民用液氫市場(chǎng)一片空白。也正是因?yàn)槿绱?，中?guó)液氫生產(chǎn)成本高達(dá)500元/kg，是美國(guó)的20倍以上（2.5美元/kg），限制了液氫在高端制造、冶金、電子和能源產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用，產(chǎn)品質(zhì)量和制造水平與美國(guó)存在較大差距。
美對(duì)我國(guó)液氫產(chǎn)業(yè)的圍堵——嚴(yán)格禁運(yùn)、嚴(yán)禁交流等
美國(guó)商務(wù)部工業(yè)和安全局（Bureau of Industry and Security）所列出的商業(yè)管制清單（Commerce Control List）列出了10大類行業(yè)，每個(gè)行業(yè)進(jìn)一步細(xì)分5類，多年來(lái)對(duì)中國(guó)采取嚴(yán)格禁運(yùn)措施。液氫的主要用途不僅僅是火箭推進(jìn)劑，同時(shí)還為大規(guī)模集成電路的研制與生產(chǎn)、高端制造、冶金等提供6N以上的超純氫，因此液氫的生產(chǎn)和應(yīng)用直接涉及到10大類行業(yè)中的三大類：2類“材料加工”、3類“電子”和9類“航空航天與推進(jìn)”。
與大規(guī)模液氫生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)相關(guān)系統(tǒng)裝備和組件、測(cè)試檢測(cè)與生產(chǎn)裝備（如氫液化裝置、氫膨脹機(jī)、正仲氫轉(zhuǎn)化器、液氫泵、DN50以上液氫閥門等）、材料（超低溫用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）、工藝技術(shù)（10噸/天及以上氫液化裝置與工藝）等，均在美國(guó)對(duì)中國(guó)的禁運(yùn)之列。同時(shí)，美國(guó)政府還禁止NASA（美國(guó)航空航天管理局）和美國(guó)企業(yè)與中國(guó)航天系統(tǒng)開(kāi)展液氫技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)任何形式的技術(shù)交流與合作。
美國(guó)在對(duì)中國(guó)技術(shù)禁運(yùn)的同時(shí)，也限制其盟國(guó)向中國(guó)出售設(shè)備和技術(shù)。法國(guó)液空和德國(guó)林德公司，在上個(gè)世界末中國(guó)自主開(kāi)發(fā)了小型氦膨脹機(jī)和氫液化裝置后，開(kāi)始向中國(guó)出售2噸/天及以下的氫液化裝置，其規(guī)模僅夠科研試驗(yàn)用途，而并不向中國(guó)開(kāi)放10噸/天及以上領(lǐng)域的大型氫液化技術(shù)與成套裝置，同時(shí)也禁售DN50及以上的液氫閥門、氫膨脹機(jī)和氫潛液泵等關(guān)鍵設(shè)備和零部件。
中國(guó)在2015年實(shí)現(xiàn)了火箭發(fā)射場(chǎng)用300m3大型液氫罐的自主設(shè)計(jì)和小批量生產(chǎn)，打破了發(fā)達(dá)國(guó)家在液氫儲(chǔ)存領(lǐng)域的壟斷之后，美國(guó)企業(yè)對(duì)中國(guó)液氫儲(chǔ)運(yùn)容器的管制開(kāi)始有所放松。美國(guó)Gardner Cryogenics（全球最大的液氫液氦裝備供應(yīng)商）等企業(yè)開(kāi)始謀劃特種設(shè)備使用進(jìn)口，將其從未面向中國(guó)市場(chǎng)的ISO液氫罐箱，通過(guò)國(guó)家市場(chǎng)管理局及行業(yè)評(píng)審機(jī)構(gòu)進(jìn)入中國(guó)使用，其目的是為了支持美國(guó)氣體公司利用液氫罐箱向中國(guó)高價(jià)出口和傾銷美國(guó)的液氫，到中國(guó)民用超純氫市場(chǎng)謀取暴利（中國(guó)6N以上超純氫的制取成本超過(guò)150元/kg，是美國(guó)本土液氫售價(jià)的8倍左右）。此時(shí)正值中國(guó)企業(yè)計(jì)劃將航天技術(shù)軍民融合、開(kāi)展民用液氫儲(chǔ)運(yùn)裝備的標(biāo)準(zhǔn)制訂和技術(shù)應(yīng)用之際，美國(guó)和法國(guó)企業(yè)在推廣自己的裝備和推銷液氫同時(shí)，詆毀中國(guó)氫液化技術(shù)不成熟、不具有經(jīng)濟(jì)性、液氫儲(chǔ)運(yùn)裝備安全性不達(dá)標(biāo)等，并質(zhì)疑中國(guó)民用氫液化、儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重干預(yù)和阻礙中國(guó)企業(yè)液氫儲(chǔ)運(yùn)、制取裝備的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。
政策建議——應(yīng)大規(guī)模發(fā)展民用液氫生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)
鑒于液氫在國(guó)民生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)中的重要用途，以及美國(guó)對(duì)中國(guó)在該領(lǐng)域的禁運(yùn)與圍堵，中國(guó)企業(yè)和科研院所更應(yīng)自強(qiáng)自立、自主開(kāi)發(fā)，并在全球范圍內(nèi)尋找可以利用和團(tuán)結(jié)的資源。對(duì)此我們有如下建議：
1、把規(guī)模液氫生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)列入國(guó)家戰(zhàn)略和科技部重點(diǎn)專項(xiàng)，鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)高校科研院所和企業(yè)開(kāi)展相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，鼓勵(lì)俄羅斯等友好國(guó)家與中國(guó)在液氫技術(shù)領(lǐng)域的合作交流；
2、積極支持規(guī)模液氫工廠示范項(xiàng)目建設(shè)，大力支持規(guī)模液氫生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的軍民融合與成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用；
3、鼓勵(lì)企業(yè)先行先試，推動(dòng)民用液氫生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)裝備企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂、實(shí)施并逐步上升到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)民用液氫市場(chǎng)發(fā)展
4、對(duì)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的美國(guó)或其它國(guó)家的液氫設(shè)備企業(yè)，作為監(jiān)管部門的國(guó)家市場(chǎng)管理總局，應(yīng)組織行業(yè)專家對(duì)其進(jìn)行深入考察、技術(shù)審查和監(jiān)管，以學(xué)習(xí)借鑒其先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，提升我國(guó)液氫設(shè)備技術(shù)水平。
原標(biāo)題:同為液氫，為何美國(guó)發(fā)展如火如荼，我國(guó)卻裹足不前？
