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近日，2024年中国氢能产业大会上，中国科学院院士、佛山仙湖实验室理事长张清杰发表对氢能行业的重要观点。

中国科学院院士、佛山仙湖实验室理事长张清杰

现场速记：“

当前氢能发展仍面临氢气成本高昂的问题，特别是绿氢的成本。这一点，我们必须客观认识。第二，氢能的实际应用难度极大。第三，关于氢能燃料电池，虽然过去三年成本已下降80%，但目前每千瓦的成本仍在2000-3000元，与锂电池相比，我们是三倍。这严重制约了我们氢能产业的发展，而材料问题在其中起了很大的制约作用。

这是一个原因，第二个原因，邹志刚院士希望在这个大会上讲述的内容，我和他都深有感触。回想10年前，2013年的时候，中国的锂电池产业发展状况，我们今天在座的都记忆犹新。当时有10个城市进行了1000辆锂电池的示范运行，武汉在示范城市中排名第二，有100辆，南京则位列第五，也有100辆示范车。为何如此？因为当时的锂电池成本极高，1千瓦的锂电池价格在5000-8000元。一辆车光电池成本就要50万-100万，政府需补贴50万，中央政府和地方政府各承担一半。当时的情况就是这样。然而，十年间，锂电池的四种关键材料——正极、负极、隔膜、电解液取得了飞速发展，去年锂电池产量达到500万辆，今年更是预计达到1000万辆。邹志刚院士曾与我探讨，我们的材料是否有可能在未来的三年、五年内取得突破性进展，从而缓解氢能产业面临的最大瓶颈问题。

这是背景，非常遗憾的是，他虽已准备好一个极好的报告，但因事无法亲自前来，便委托我代为讲述。由于时间宝贵，我将尽量简洁地讲述。

首先，关于关键材料技术到底有哪些支撑作用？氢能方面，大家已有所了解，我就不再赘述。很多人曾问过我，为何氢能如此重要？我要讲的是氨氢融合新能源。那么，什么是氨氢融合新能源呢？这一点非常重要。因为氨和氢，实际上都是一种零碳清洁燃料，它们都可以通过可再生能源来大规模制造。另外，它们可以相互转换，如果做得好，转换的成本会非常低，我可以稍后再详述其裂解成本。第三，它们可以连通增效，互为补充。此外，氨已经使用了100多年，其化学化工技术非常成熟。但作为能源，大家所了解的，包括谢在库院士和从事能源研究的院士们，对氨作为能源的了解都很少。实际上，氨是一个高效的储运介质，100公斤液氨就含有17公斤多的氢气。二是它是零碳燃料，可以用于大规模的工业燃烧。刚才蒙娜丽莎已经提到，一条150万平方米的产线可以直接使用全氨燃烧来生产经济或高端的陶瓷。

为什么要进行氨氢融合呢？首先是因为氢目前的储运困难极大。刚才中石化的喻总提到，茂名生产的氢才20元/公斤，但运到佛山就涨到了45元/公斤，失去了经济效益。30元是一个经济成本线，为什么？因为1公斤氢气运输100公里的成本就要10元，全世界都未能打破这个瓶颈。但如果使用液氨，1000公里运输1公斤的成本只需0.8元，而它里面含有17公斤的氢气，所以运输成本极低。如果采用氨氢融合的方法，就可以解决长距离、大规模输送氢气的问题。

我们会提到，根据氢的经济运输半径，目前就是200公里，超过200公里就无法就地取氢，这在实际产业发展中是非常困难的。20元钱，运200公里就变成40元，所以我们需要把氢气的经济运输半径从200公里增加到4000、5000公里，这是非常重要的原因。

第二个原因，氨氢融合可以大规模扩展氢的应用场景。一是三大工业领域，我们可以直接用氢和氨进行燃烧。广东省做了一个规划，到2030年要实现20万吨氢气的产量，供100万辆汽车使用，这就是20万吨氢气的规模。而如果广东省佛山市的工业窑炉、金属两个工业领域加起来使用氢气燃烧，将需要1000万吨氢气，这就是3000亿能源的产业规模。如果改用氨气燃烧，则需要4000万吨氨气，大概对应1200亿的产业规模。这两项加起来就是5000亿产值，所以可以极大地拓展氢能的应用场景。

另外一方面，氨氢融合还可以在商业运输、交通装备、航空发动机、大型工业船舶等领域得到广泛应用。佛山市给予了极大的支持，建立了仙湖实验室。仙湖实验室与南京大学合作，聚焦做两件事情。一件事情是研究氢能和下一代燃料电池。我们的燃料电池成本如果不能降低到每千瓦500元、800元，就无法与锂电池竞争。那么有没有可能做到呢？完全可以做到800、500元每千瓦。所以我们聚焦这条主线。第二个就是解决大规模储运问题，我们用氨做燃烧，用氨做储运。国家能源局非常重视这个事情，在整个粤港澳大湾区唯一部署了一个关于氢能和氨氢融合的能源重点实验室，这是非常不容易的。

绿氢绿氨涉及三个关键环节，一个是制备，一个是储运，一个是应用。这个应用就包括氨燃料电池、氢燃料电池、氨氢内燃机。刚才印彪院士讲到，日本已经做出了大规模的燃气轮机纯氨燃烧的示范。因为它不能再建核电站，所以包括高温工业燃烧、氨氢的燃气轮机等方面的应用，今后的场景会非常广泛。

这三个关键环节一共涉及到三大类，17种关键材料，细节就不多说了。我们对全中国和全世界的材料做了非常深刻的分析，这要感谢邹志刚院士花费了极大的精力。

今年我们向国家提出了一个很重要的建议。锂电池之所以在十年间从每千瓦5000-8000元降低到500-800元，材料的进步起到了决定性的作用。就是因为在全中国建立了20多个关于锂电池四大材料的实验室，中央企业、中央高校、中央研究所、宁德时代都建立了这样的实验室。但非常遗憾的是，整个氢能领域都还没有任何一个关于材料的实验室。今年我们专门向科技部、中央政府建议，应该设立这样一个氨氢融合关键材料的全国重点实验室。国家很重视，已经拿出了指南，但现在还在审批程序中，希望能够成功。

关于发展现状，我就不一一细说了。最后有一张表，这张表很好地概括了我们在氢能和氨氢融合17种关键材料的情况。我们能不能围绕刚才讲的重大问题有所突破呢？第一个是低成本制备绿氢的关键材料。这边是大家非常熟悉的高效光催化分解水制氢。现在我们要把电解水与光伏发电结合，先用光伏发电，再用55度电制1公斤氢气。而现在的前沿技术是直接用光催化材料光解水制氢，省去了中间环节。但这个材料的竞争很大，效率现在只有5%。如果我们能够做到10%-15%，就能颠覆整个电解水制氢的过程。但要实现这一路线，还需要付出非常大的努力。

再来说说大规模钙钛矿电池。我们现在在西部地区、东北地区用的太阳能制氢的光伏发电都是单晶硅电池。现在都在开发一种全新的、全印刷太阳能电池，这种电池不用再提纯，不用高温处理，不会造成污染。它的特点是在弱光下也能发电，太阳能电池通常需要在400-700纳米波段范围内才能发电，但这种电池在300纳米，即看不见的光、紫外光，到800-900纳米范围内都能发电，下雨天也能发电。而且全印刷的成本很低，效率也做到了20%。佛山已经在南海建立了100兆瓦的电池厂，但它存在的问题是寿命只有10年，而晶硅电池的寿命是20年。这样一来，我们就有问题了。能不能把寿命提高到15、20年呢？这是一个颠覆性的技术挑战。

这个技术，如果我们在未来的三年、五年中，能够把钙钛矿电池的寿命从现在的10年提高到15、20年的话，我们现在就可以全部替代晶硅电池。这样一来，发电的成本完全有可能会降低到使电解水制氢的成本达到10元以下。现在我们在16元，不管是在东北还是新疆，我们还是需要55度电来制1公斤氢气，成本在16-20元。如果能够实现这个突破，我们就可以把1公斤氢气的成本降低到10元。

另外一个是氨氢储运非常困难，这个储运难在什么地方？比方说1公斤的液氨从新疆4000公里外运到广东，运费需要2.4元/公斤，从那个地方运氢气过来运价非常贵。如果是运氢气，1公里要加10元，400公里就要加400元，这是天价。怎么把氨低成本液化成氢气，这是一个很大的挑战。另外一个就是管道输运，管道输运也有管道输运的难题。再一个是高压气态氢瓶，我们现在内端材料几乎靠进口，我们自己不能做，所以成本很高。还有固态储氢材料，中国是处在世界领先，但是它储氢的效率是2%，放氢的温度又很高，温度能不能再降低，这些都是很大的制约。

我举一个例子，这个例子非常重要。如果我们能够把刚刚研发出来的技术（展厅里面有仙湖实验室的展示），——现在传统氨液解存化的温度是要800度，我们做到450度以下的裂解，我们的目标是改制效率达到70%，有效制氢的能力就可以达到12%（虽然现在还没有达到量产的水平）。这样就可以支撑大规模氢气的储运，把它运到佛山。液解的温度太高、成本太高，仍然无法实现经济性。我们最终的结果，6公斤液氨可以液解1公斤氢气，液解综合成本是5元，这个在我们的展厅可以看到。现在是实验室做出来的成果，如果能够规模化，现在我们在佛山这个地方，白市长非常清楚，1公斤液氨是3元，不管任何运输方式运到我们这里都是3元，6公斤液氨可以液解1公斤氢气，成本是18元，再加上5元，就是23元，终端用氢就是23元的氢可以供汽车使用，这样就有经济性。所以我们要加快实验室颠覆性技术的工程化进程。现在我们做出了样品，要加快工程化。

佛山仙湖实验室

这个是关于燃料电池。燃料电池我们是1千瓦3000元，现在没有这么高了。今天叶思宇院士和东风汽车公司做到的水平，真正装车水平都做到了1500元/千瓦。到了360千瓦、400千瓦，一定可以做到1000-1500元/千瓦，而不是3000元/千瓦。但是1000-1500元/千瓦还是比锂电池贵两倍，它没有经济性。为什么没有经济性？核心原因在哪里？现在整个储能效率不到40%，它从电解水制氢，再到燃料电池发电，氢电转换效率不到40%。我们全球的目标都是提高到65%，如果能够做到65%，我们完全可以和锂电池竞争。能不能做到65%？有没有技术途径？有两个很重要的材料上的进步，我们现在的材料工作温度是80度，所以在里面排水很多，能不能提高到105度？我们现在已经在实验室做到95度，现在再努力做到105度，这个就是膜的革命。

第六个是我们现在的工作电压，现在是0.65伏，能不能提高到0.75伏？如果这两个方面能够取得大幅度的进展，我们的燃料电池就可以做到和锂电池完全一样。需要多长时间？应该需要三年时间，需要集合全中国最强的力量来攻关。这就是材料很大的支撑作用。

最后讲讲，有没有可能在未来三五年左右的时间，我们国家能够在三个大的材料领域真正突破卡脖子技术，实现引领，解决氢能运输难、制造成本高、燃料电池成本居高不下的难题。材料起到支柱性作用，今年我们想整合全中国的力量来做这件事情，如果我们能够做成功，有可能五年时间可以取得一个突破性的发展，为氢能产业注入更强大的动力。谢谢大家！

来源：氢能之家

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