最近，青年汽車集團研製的“水氫發動機”火了，一時間，氫能再次走進大家的視野。
人類的發展正在消耗著大量以煤炭、石油、天然氣為主的不可再生化石能源，導致二氧化碳排放量激增，全球環境汙染和溫室效應日趨嚴重。尋找新的清潔能源迫在眉睫，以原子能、風能、水能、太陽能、氫能等為主的綠色能源逐漸進入人們的視野。
氫是宇宙中最常見的元素，地球表面72%都覆蓋著水，水是由氫與氧組成，氫可以通過化石能源或電解水製取，是可再生能源。氫氣是密度最小的氣體，並且極易燃燒，液態氫可以做火箭燃料。而逐漸成熟的氫燃料電池更是氫能利用的明星產品。
總之，氫能是低碳，甚至“零”碳排放，是未來人類最理想的替代能源之一，近年來備受關注。我國2019年《政府工作報告》提出，“推動充電、加氫等設施建設。”。這是氫作為能源首次寫入我國《政府工作報告》，對氫能在國內的推廣和應用具有里程碑式的意義。
- 發展氫能將對我國的能源安全和環境保護產生哪些深遠的影響？
- 未來“氫能社會”是怎樣的一幅全新景象？
- 氫能將如何改變我們的生活？
幹勇，中國工程院原副院長、國家新材料產業發展專家諮詢委員會主任、中國金屬學會理事長。長期從事國家產業發展戰略研究，以及新材料、冶金、現代鋼鐵流程技術研究，是我國著名的戰略科學家。
（以下為演講全部內容）
能源結構的轉換和優化有兩條路徑：第一個就是不可再生的化石能源一定要被可再生的綠色能源來替代；第二就是一個高碳向低碳過程的過渡。氫無疑是最好的一個元素，氫無毒、清潔、燃值高。古代人用木材來做能源，如果氫要和木材比的話，它的能量密度是木材的1000倍。後來人類又用煤來做能源，氫是煤能量密度的6.8倍。現在我們又用油和氣，氫是汽油的能量密度的3.3倍，是天然氣的3.4倍。所以氫的能量密度是最大的，最符合我們要選擇的一種清潔能源。
氫燃料電池有哪些顛覆式應用？
目前氫能或氫能的利用，特別是氫能在燃料電池汽車上的應用已經非常熱。經過一個小高潮期，氫燃料電池就是一個供電移動式的發電機，而且沒有熱循環，它可以把工作效率提到90%，發電效率是非常高的。
氫怎麼變成電？氫燃料電池恰恰它跟鍋爐、跟加熱沒關係，氫的發電機理沒有藉助熱循環，就是氫在含鉑的催化劑下放出兩個電子，這兩個電子就流走了，就形成了電流。氫燃料電池在交通領域裡應用的突破，應該感謝這些汽車工作者，是他們鍥而不捨地在完成氫在汽車中的應用過程中，做了大量的工作，最後使它工程化、商業化。
現在日本的豐田已經向全世界供應了數千輛的乘用車和商用車，已經在正式運營。像奔馳、寶馬、豐田、本田全世界的著名企業們都聯合成立了一個氫能委員會，他們認為二十一世紀人類必須要進入氫時代，所以2050年左右要防止地球溫度上升兩度，必須要在能源結構中氫的比例要佔到18%以上，這樣可以減少每年60億噸的二氧化碳的排放，而且氫本身供氫系統氫燃料電池的應用，是一個大的產業鏈，可以形成一個很大的產業領域，他們估計是2.5萬億美元，到2050年可以形成這麼大的一個氫產業，還有三千萬人可以就業。
氫除了在汽車上應用以外，在深海潛水，在無人機中，只要是移動器件需要動力的地方，氫燃料電池都可以用上去。高鐵大家都很熟悉，非常便利，但是它的致命弱點在電上。遇到什麼自然災害一旦斷電，如果這列火車停在沙漠上沒有儲備的能源，人就可能在那兒被晒死了。氫燃料電池就可以在列車上用，所以中車集團說要加入氫聯盟，要開發氫的利用。
我們5G時代所有的基站，它的能源體系、供電系統也可以用氫能。還有就是在生活中分佈式發電，實際上每家每戶可以放一個氫的燃料電池，可以把家庭裡面加熱冷卻，所有的家用電器，包括汽車都可以解決。一個氫氣管道進入家庭就可以供給所有需要的能源，而且非常方便。甚至當外面沒電的時候，它還可以成為一個發電供電的來源，可以平衡整個電網。原來我們電網就是有波峰波谷，有了這個分佈式的發電，實際上可以做一個很好的動態的協調、調整，來提高我們的發電效率和網絡的運行質量。
氫能源做的燃料電池和鋰動力電池比較，如果鋰動力電池作為主動力電源，在重載航空航天或者是大型的移動器件上，它的續航里程不夠，它的能量密度也沒有氫燃料電池高，這個方面應用的優勢不如氫燃料電池。因為氫是汽油的能量密度的三倍以上，所以以後的航空航天等大功率的運輸工具用氫燃料電池是非常適合的。
氫能安全嗎？
既然氫能有這麼多的優點，大家就會問，現在使用氫能危險嗎？
氫能作為燃料總是有一定的危險性，它燃燒起來以後的氣味沒毒。我們經常看到出現火災爆炸的場景，人還沒有接觸到火，有毒的氣體已經把人薰倒了，而氫不存在這個問題。另外在燃料的爆炸性方面，氫的擴散速度是汽油的12倍，它很快能擴散開，可能一下子一股火上去，但是它不會引起其它更加嚴重的後果。在汽油和氫燃料汽車分別陷入燃料著火的條件下，氫燃料汽車，氫一燃燒冒一股火上去，擴散很快；而汽油車它沒有辦法，它只有燃燒，汽油來不及擴散。最後汽油車全都燒得只剩骨架了，而氫燃料汽車沒有出現任何其它危險，也傷不了人。
實際上從安全性來說，氫燃料比汽油還稍微安全一些。我們以前也用氫，大家也接觸過氫，把氫作為還原劑的時候，用量小，沒有什麼不安全。但是現在要把氫作為能源，要大量地應用，進入老百姓中間，老百姓就害怕了，這個氫可能要爆炸，氫氣球都爆炸了。比如說有個地方以前建了個加氫站，現在這個地方不用了，這個加氫站要搬走，誰也不敢動，也沒有地方敢批。七年了，這個加氫站也沒搬走，而要搬的地方政府不同意，而且誰來審批也不知道。
實際上氫不是那麼太危險，中國的管網運氫大概也在400公里左右，以後管網要拉得很長。在路上運氫，以前我們到加氫站加氫，氫來以後不準白天加，要半夜12點才允許加氫，都怕出現安全問題。氫系統的建立就是要制定絕對安全的氫的運行規則。當然，它既然是燃料我們當然要定規則，但是還是比較危險，特別是在開始的推廣時期，要特別注意。
就像19世紀我們用氧一樣，開始很危險的，所有的規則定好以後，甚至晚上你枕一個氧氣枕頭，心裡也不緊張。所以氫如果定好標準，按照整個用氫規則來就沒有危險。原來我們把它作為危險化學品當然也是有一定道理的，因為它用量並不多，人們並沒有統一認識，而且沒有制定系統的標準。如果作為一個大能源，它實際上可以來重新制定使用規則，制定運氫、加氫、儲氫、制氫的規則標準，這個實際上就安全了。
氫能是霧霾終結者嗎？
霧霾問題，我覺得是當前一個很重要的問題。
現有柴油車在所有的汽車的保有量裡面只佔9.4%，但是在霧霾這個問題上，柴油車的貢獻率很大。我們說整個霧霾問題是由於汽車的尾氣排放造成的，它的貢獻率一般在29%到45%，三分之一左右是它造成的。這三分之一中，柴油車大概佔了70%，絕大部分的微粒都是柴油車排放的，它對PM2.5的貢獻是很大的，這個問題必須要解決，所以它是造成霧霾的一個主要原因。特別是中國的港口柴油車非常集中，唐山地區的物流量非常大，是一個重化工區，一個城市有一億噸鋼以上的產能，超過好幾個國家的總和 。一噸鋼大概造成了物流量是五噸到六噸左右，那麼它最方便的是什麼？用重型卡車來運輸從港口到鋼廠，唐山大概200多萬輛車裡面，有將近20萬輛的柴油車，排放量很大，汙染很嚴重。所以我們覺得在這個地方，要實行柴改氫將會有效地減輕京津冀一帶霧霾形成的壓力。
從氫燃料電池本身的特點來看，它適合於重載遠距離續航，所以在港口來回跑六百到一千公里沒有問題，重載也沒有問題。
柴油車比較密集的港口容易佈局加氫站，而且我國國內港口在物流集散地上，都是重化工地區，工業副產氫也是很豐富的。港口也離海邊很近，海上的運輸、以後的氫燃料的來源也很容易。所以我覺得這樣的話，它是可以在港口先解決這個氫，以環境來驅動氫能和氫燃料發展。所以“柴改氫”，它這種說法只是代表了我們一種技術路線的方向。每一個鋼廠都有它的汽車管理隊，比如河北鋼鐵它有兩萬多輛汽車統一加氫，加氫站的佈局非常容易，要沿著乘用車的路去佈局，先從港口的柴油車啟動，這是非常有現實意義的。
大量地、密集地使用氫，加氫站的建設規模就可以大。現在我們搞兩百公斤，每天300公斤、500公斤的加氫站效率很低。因為加多了沒用，搞一噸、兩噸的沒有那麼多車來加，它很分散。但是在港口不一樣，我的加氫站每天可以到三噸，可以到五噸，加氫站的效率就很高，可以降低加氫站的成本，而增加加氫站的工作效率。
氫燃料車重卡用氫的成本每公斤達到40塊錢左右，和柴油車的成本相當，能夠進行商業化運行，而不是一直賠錢賠下去，國家補貼下去。氫燃料電池汽車，氫的成本每公斤65—70塊錢，國家還得每公斤補20塊錢才能夠運行，不能這樣老補貼下去。制氫、運到加氫站的目標成本大概在每公斤22塊錢左右，是可以接受的，所以說為什麼“柴改氫”要在港口上的重卡上先進行，我覺得意義就在這個地方。
唐山到2019年12月31號從港口到鋼廠公路要改成鐵路，但是，光是公路改鐵路解決不了最終問題，最好輔助以“柴改氫”，就是柴油車用氫燃料汽車來代替它。如果這樣走通了的話，實際上我們在港口城市都可以示範。如果現在我們在京津冀地區先建立氫能的利用體系，那2030年不到，就可以在很短的時間之內把京津冀的霧霾問題部分解決掉，或者是根本解決掉，一些粉塵問題可以解決，二氧化碳溫室氣體可以大量減少。
截至2018年底，全球正在運營的加氫站超過了400座，全球燃料電池乘用車銷售累計近6000輛。世界主要發達國家都把氫能源的發展利用放到國家能源安全的戰略高度。2017年至今，我國在氫能和燃料電池領域的計劃投資約2000億元，全國各地已規劃建設加氫站約60座。生產氫燃料電池汽車約200多輛。據《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書》預測，到2030年，氫能產業產值將突破1萬億元；加氫站數量達到1000座，燃料電池車輛保有量達到200萬輛。
我們同世界發達國家在氫能源的開發利用上還有一定的差距。我國氫能源產業發展有著怎樣的佈局？又面臨哪些挑戰呢？
氫能離我們還遠嗎？
①世界氫能發展現狀如何？
歐盟把氫能源的發展作為了一個主體計劃，2017年他們啟動了氫動力汽車聯合開發的計劃項目。2019年歐洲又發佈了氫燃料電池發展的技術路線圖。
2015年，美國在燃料電池和氫能源技術的發展報告裡面提出，大力投資發展與先進氫能和燃料電池技術相關的發展計劃，所以現在美國的35個州的加氫站開始運行了。
特別是加州，加州的推廣很有意思，美國加州在2018年就有將近37座加氫站。因為加州是一個長條形的，它在公路上佈局得非常合理。當時加州的州長是施瓦辛格，是一個演員，但是他對於氫能作為能源的作用非常敏感。每一批豐田的乘用車的訂貨銷售裡面，他就要求加一定比例配額的新能源汽車，而且提出要有氫燃料汽車。他說你把計劃做好，你每年供我多少，我根據氫燃料汽車的數量我來配備加氫站，這非常有戰略眼光。所以，目前加州在氫能汽車的示範應用中走到前面，加氫站的佈局也非常合理，作出了示範樣板。到2019年，美國動用了3100萬左右美元來進行整個推進氫規模化應用的計劃。
當然我認為值得一提的是日本，豐田這些年來沒有停止氫燃料電池的研發，氫燃料電池在交通上的工程化應用，他們作出了很大貢獻。當然他們也申請了上萬個專利，他們也不是說把所有的專利都封鎖，因為氫對全人類都有好處。日本政府首先把氫能發展作為國家戰略，制定了“三步走”的一個戰略，到2025年它要擴大氫的使用範圍，大概整個裝置氫能的發電裝置要到140萬臺，家庭的分佈式的發電要到560萬臺，相當於十分之一的日本家庭戶數。到2030年它要全面建立氫能的供應系統，到2040年它確定要實現二氧化碳零排放的供氫系統這麼一個目標來進行。當然這裡面主要是在煤制氫或者是化石能源制氫中要把二氧化碳進行捕集、封存或者利用才能達到這個目標。
韓國現在也開始了氫燃料電池和氫能源的開發，大概2020年計劃建立80座加氫站。
②我國氫能發展有何優勢？
首先，國家高度重視氫能源產業發展。早在2006年，實際上國家中長期的科學發展綱要裡面就對氫能和氫燃料電池進行了規劃。在後來中國製造2025國家節能與新能源汽車路線圖上也把氫能源和燃料電池汽車作為了一個發展的主要方向。2016年國家發改委、國家能源局聯合印發了《能源技術革命創新行動計劃（2016-2030）》，裡面也包括了氫能和燃料電池應用。我國2019年《政府工作報告》提出，“推動充電、加氫等設施建設。”當前整個氫能和氫燃料電池汽車的應用掀起了高潮，現在看來，在北京、上海、天津，包括湖北、重慶、浙江、廣東都開始了汽車氫燃料電池的研發和商業化的試運行。
實際上，中國製氫的工業基礎還是很雄厚的，制氫能力在全世界也是排在最前面的。
在氫還沒有作為重要能源的時候，它作為催化劑、作為還原劑大量應用，比如合成氨煉油加氫，我們大概有每年2500萬噸的氫的產能，產量也在2000萬噸以上，這在全世界是排第一的。這裡邊有97%的氫氣來自於化石能源，煤氣化制氫1000萬噸以上，天然氣制氫大概在300萬噸以上，工業副產氫大概在800萬噸以上，包括電解水制氫也在100萬噸左右。當然，我們工業副產氫現在可以達到99.999%的純度的氫氣，我國未來開發氫氣潛力巨大，市場巨大，我們的商業用車、港口用的卡車、物流車，只要我們要用的乘用車，數量加起來都是很大的。
③多地競相發展氫能源
我國的氫能產業正在進行區域佈局，現在已經有20個省市正在做氫能的發展規劃和氫燃料汽車的發展規劃，而且已經形成了6個地區，華東、華中、華南、華北、東北、西南六個氫能和氫燃料電池汽車的產業群，湧現出像上海、如皋、佛山、張家口、武漢等有代表性的一些城市。我們知道上海汽車集團在氫燃料電池汽車方面，首先推出包括乘用車、輕型貨車等等，而且它110千瓦的氫燃料電池的電堆技術比較成熟。
另外就是廣東的佛山，把氫能源作為未來的一個戰略性新興產業在發展。佛山雲浮建有一個氫能氫燃料汽車示範區，已經有四座加氫站在運行，而且2019年還有若干座要投產。
張家口是國務院批准冬季奧運會上可再生能源的示範區，在19個縣區全面佈局加氫站，在冬奧會上全部都用氫燃料汽車。而且中國首條自動化氫燃料電池的發動機大批量地應用在這兒要正式投產。
當然還有江蘇的如皋，那是聯合國作為一個氫能源發展的示範城市，如皋現在有兩條30千瓦的電堆生產線。氫燃料電池要求到“十三五”期末到數十萬輛的規模，產值要超過千億元。
還有一個就是山東，提出了建立“氫谷”的概念，而且制定了一個總體規劃。為什麼呢？
目前我國氫能產業發展前景廣闊，但要實現快速健康發展需要改變氫能生產主要依賴化石能源、清潔能源制氫和氫作為能源利用規模還比較小的現狀。攻克質子交換膜組、發動機、傳感器等氫核心產品技術難點，並且要解決氫氣輸送網絡系統不成熟，商用化應用不足等現實問題。
我們該如何利用現有條件降低制氫成本？如何推進氫能全產業鏈發展和商業化步伐？
我國氫能產業如何突破？
①推進氫能全產業鏈發展，佈局氫能產業示範區
現在國內氫燃料電池上得還是多了一點、快了一點，在氫能的利用上千萬不能先車後氫，至少是車和氫要同步。我們認為應該氫體系先行，叫”兵馬未動糧草先行”，對於燃料電池和燃料電池汽車可以說有力地推動，否則欲速則不達。
因為氫能產業鏈長，它橫跨能源、化工諸多領域，氫體系也很複雜，所以推進氫全產業鏈發展，要以企業為主體，也得有資本為紐帶，集中國內優勢單位把團隊力量搞強，然後把氫體系全產業鏈的規劃拿出來。在氫燃料電池汽車發展中，氫能供應體系要先行，來有序發展。當然我們希望最好是根據每個區域它的特色，它的能源稟賦，它的環境條件，它的技術能力來規範每個地區的氫能和它的發展方向、發展規劃。粵港澳大灣區我們認為可以建議它做一個加氫的供應網絡基地；長三角它是可以把氫能源燃料電池和管網的建設同時啟動起來，以技術和環境為驅動，形成一個綜合性的、輻射長江流域的氫走廊；海南的地域很有意思，它是可以封閉的，它有環島高速公路，它已經定出它的規劃，2030年以後是不準燃油車上島，它要保持它的整個藍天白雲環保的優勢，這時候它可以佈局，氫燃料汽車在它的環島公路上加氫站的佈局，所以它可以制定這樣應用的戰略。
山西是一個能源輸出大省，它每年有六億噸煤要輸出來，它非常希望以後輸出的不是煤而是清潔能源，所以要是在山西搞煤制氫，山西省煤制氫輸出氫氣向周圍，那是太漂亮了。但是有一個重要技術要突破，就是在化石能源制氫過程中產生的二氧化碳的捕集、收集和利用。如果這個問題能解決，這個技術能突破，將在全世界作出一個非常好的示範，這個技術人類早晚是要把它攻破下來的。
像雲南，水資源豐富，有色資源的廢礦區很多，所以最近德國人來了，說這兒好啊，銅礦、錫礦等數千座礦山的廢礦在那兒，制氫以後，就可以把氫儲在這兒。你水電很豐富，每年棄水三百億度電的水棄掉了，用這個電來制氫，作為儲能把它儲到哪兒了？儲到廢礦井裡面，成本很低。
②建立氫能國家重大專項，開創氫能重卡時代
我們建議設立國家重大專項來解決產業鏈中的重大技術裝備和工程問題，像液態儲罐70兆帕儲罐的氫氣管網和大規模製氫的技術，包括區域內製氫，這些三大技術體系的一些重要的技術問題，還有一些材料裝備。重型柴油車密集的港口在中國有很多，從張家港、黃驊港、連雲港到青島港都是重化工聚集地區。唐山港一億多噸鋼，黃驊港、邯鄲地區也是五六千萬噸鋼，到山東的臨沂這是最大的物流基地，柴油車密集。我們提出來一箇中國在發展氫能和氫燃料電池汽車的技術路線，我們認為應該開創氫能的重卡時代，提出這麼一個口號來帶動氫能和氫燃料電池汽車的發展，優先發展氫能的商用物流車。
現在國際上，豐田、尼古拉和現代在重卡汽車上已經開始突破。國內山東濰柴也把目標集中在重卡和大功率的氫燃料電池上，它準備搞200千瓦的氫燃料電池，而且在海南咱們都見證了它和神華集團簽訂了350噸的重型礦車的氫燃料電池的戰略性框架協議。
我們的主要港口：唐山港、天津港、大連港、青島港、上海港等，2019年1月份，僅一個月，貨物運輸量巨大，由5000萬噸到9000多萬噸。如果按照60%的公路運輸比例來看，那麼整個重量估算是2.36億噸，集裝箱800萬標準箱。如果是每車運輸30噸的重卡，運距1000公里，單車消耗柴油250公斤，那麼這樣一看，要達到1600萬次，要把這些貨物運完消耗柴油要到400萬噸。400萬噸這個排放可是不得了，折算氫氣每個月240萬噸，所以按照100公里15公斤的重卡消耗的氫，消耗的氫氣量3000萬噸，很不得了。3000萬噸的氫上來以後，我們要減排近4億噸左右的二氧化碳。所以在物流密集的港口地區我們一定要首先啟動氫系統的建立和重卡氫燃料車的試運行。
③充分利用廢棄電力，降低制氫成本
我們國家確實在可再生能源上下了大工夫，風電、光伏電池、水電、生物質能源，包括核電我們發展都很快。特別是風電和光伏電池，就僅這兩樣，目前已經建成了全世界幾乎接近一半的裝機容量。
中國每個小時有兩千個太陽板在建設安裝，每個小時有兩個風機在建設，速度很快。但是棄風、棄水、棄光的現象很嚴重，為什麼呢？可再生能源風電、光電不穩定，所以很多地方建了風電、光伏沒有全部利用。另外上國家電網困難，我們大概每年有1000億度電是棄掉了的，這一部分是作為制氫的電源是非常有利的，成本低，它這個電是多餘的，我們撿回來的。它還可以生成大量的氫氣，大概每年有224億立方米可以利用。
在國家制定整個氫能發展的國家戰略中要利用好現在棄光、棄風、棄水這1000億度電 。包括優先利用工業副產氫，工業副產氫有多少？1000萬噸。這兩個“1000”我們要用好。比如說吉林的白城，它要建3000萬千瓦的風電、風能和光伏電能，我們就可以給它制定一些以氫能為載體的新能源開發的技術路線，制氫技術採用一種鹼性電解水的工藝，最後它的成本到氫的時候含稅價大概也就在18—20元左右每公斤，這樣供給加氫站，這就可能有一定的利潤了，可以有商業運作的模式進行了，而且還有進一步降低成本的空間。所以在密集的港口地區從物流或重卡起步以建氫能體系為基礎，解決當前的霧霾或環境緊迫問題，我認為當前比較好的一個發展路線。當然氫燃料電池研發我們也是支持的，但是你必須要具備相當的競爭力，而且有持續的研發能力，要趕上國外的氫燃料電池的水平，要把功率提上去，要把運行質量提上去，成本降下來。
中國是一個工業化進程速度非常快的國家，建立高效的合理的氫能源體系，促進可再生能源的利用，改善人類的居住環境和提高生活質量對我們尤其重要。
我們利用氫系統以後我們的電網會更加智能，更加高效，更加合理，更加節能。以推動氫能重卡時代為代表，把我們的氫能和氫燃料電池的事業、產業往前發展推進。支撐我們製造強國建設，人類在二十一世紀肯定要進入氫社會和氫時代，我們有信心來完成歷史交給我們這一代人的任務，把氫能的發展、氫能源的利用這個歷史任務圓滿完成！
演講者 ： 幹勇