近日，2024年中國氫能產業大會上，中國科學院院士、佛山仙湖實驗室理事長張清杰發表對氫能行業的重要觀點。

中國科學院院士、佛山仙湖實驗室理事長張清杰

現場速記：“

當前氫能發展仍面臨氫氣成本高昂的問題，特別是綠氫的成本。這一點，我們必須客觀認識。第二，氫能的實際應用難度極大。第三，關于氫能燃料電池，雖然過去三年成本已下降80%，但目前每千瓦的成本仍在2000-3000元，與鋰電池相比，我們是三倍。這嚴重制約了我們氫能產業的發展，而材料問題在其中起了很大的制約作用。

這是一個原因，第二個原因，鄒志剛院士希望在這個大會上講述的內容，我和他都深有感觸。回想10年前，2013年的時候，中國的鋰電池產業發展狀況，我們今天在座的都記憶猶新。當時有10個城市進行了1000輛鋰電池的示范運行，武漢在示范城市中排名第二，有100輛，南京則位列第五，也有100輛示范車。為何如此？因為當時的鋰電池成本極高，1千瓦的鋰電池價格在5000-8000元。一輛車光電池成本就要50萬-100萬，政府需補貼50萬，中央政府和地方政府各承擔一半。當時的情況就是這樣。然而，十年間，鋰電池的四種關鍵材料——正極、負極、隔膜、電解液取得了飛速發展，去年鋰電池產量達到500萬輛，今年更是預計達到1000萬輛。鄒志剛院士曾與我探討，我們的材料是否有可能在未來的三年、五年內取得突破性進展，從而緩解氫能產業面臨的最大瓶頸問題。

這是背景，非常遺憾的是，他雖已準備好一個極好的報告，但因事無法親自前來，便委托我代為講述。由于時間寶貴，我將盡量簡潔地講述。

首先，關于關鍵材料技術到底有哪些支撐作用？氫能方面，大家已有所了解，我就不再贅述。很多人曾問過我，為何氫能如此重要？我要講的是氨氫融合新能源。那么，什么是氨氫融合新能源呢？這一點非常重要。因為氨和氫，實際上都是一種零碳清潔燃料，它們都可以通過可再生能源來大規模制造。另外，它們可以相互轉換，如果做得好，轉換的成本會非常低，我可以稍后再詳述其裂解成本。第三，它們可以連通增效，互為補充。此外，氨已經使用了100多年，其化學化工技術非常成熟。但作為能源，大家所了解的，包括謝在庫院士和從事能源研究的院士們，對氨作為能源的了解都很少。實際上，氨是一個高效的儲運介質，100公斤液氨就含有17公斤多的氫氣。二是它是零碳燃料，可以用于大規模的工業燃燒。剛才蒙娜麗莎已經提到，一條150萬平方米的產線可以直接使用全氨燃燒來生產經濟或高端的陶瓷。

為什么要進行氨氫融合呢？首先是因為氫目前的儲運困難極大。剛才中石化的喻總提到，茂名生產的氫才20元/公斤，但運到佛山就漲到了45元/公斤，失去了經濟效益。30元是一個經濟成本線，為什么？因為1公斤氫氣運輸100公里的成本就要10元，全世界都未能打破這個瓶頸。但如果使用液氨，1000公里運輸1公斤的成本只需0.8元，而它里面含有17公斤的氫氣，所以運輸成本極低。如果采用氨氫融合的方法，就可以解決長距離、大規模輸送氫氣的問題。

我們會提到，根據氫的經濟運輸半徑，目前就是200公里，超過200公里就無法就地取氫，這在實際產業發展中是非常困難的。20元錢，運200公里就變成40元，所以我們需要把氫氣的經濟運輸半徑從200公里增加到4000、5000公里，這是非常重要的原因。

第二個原因，氨氫融合可以大規模擴展氫的應用場景。一是三大工業領域，我們可以直接用氫和氨進行燃燒。廣東省做了一個規劃，到2030年要實現20萬噸氫氣的產量，供100萬輛汽車使用，這就是20萬噸氫氣的規模。而如果廣東省佛山市的工業窯爐、金屬兩個工業領域加起來使用氫氣燃燒，將需要1000萬噸氫氣，這就是3000億能源的產業規模。如果改用氨氣燃燒，則需要4000萬噸氨氣，大概對應1200億的產業規模。這兩項加起來就是5000億產值，所以可以極大地拓展氫能的應用場景。

另外一方面，氨氫融合還可以在商業運輸、交通裝備、航空發動機、大型工業船舶等領域得到廣泛應用。佛山市給予了極大的支持，建立了仙湖實驗室。仙湖實驗室與南京大學合作，聚焦做兩件事情。一件事情是研究氫能和下一代燃料電池。我們的燃料電池成本如果不能降低到每千瓦500元、800元，就無法與鋰電池競爭。那么有沒有可能做到呢？完全可以做到800、500元每千瓦。所以我們聚焦這條主線。第二個就是解決大規模儲運問題，我們用氨做燃燒，用氨做儲運。國家能源局非常重視這個事情，在整個粵港澳大灣區唯一部署了一個關于氫能和氨氫融合的能源重點實驗室，這是非常不容易的。

綠氫綠氨涉及三個關鍵環節，一個是制備，一個是儲運，一個是應用。這個應用就包括氨燃料電池、氫燃料電池、氨氫內燃機。剛才印彪院士講到，日本已經做出了大規模的燃氣輪機純氨燃燒的示范。因為它不能再建核電站，所以包括高溫工業燃燒、氨氫的燃氣輪機等方面的應用，今后的場景會非常廣泛。

這三個關鍵環節一共涉及到三大類，17種關鍵材料，細節就不多說了。我們對全中國和全世界的材料做了非常深刻的分析，這要感謝鄒志剛院士花費了極大的精力。

今年我們向國家提出了一個很重要的建議。鋰電池之所以在十年間從每千瓦5000-8000元降低到500-800元，材料的進步起到了決定性的作用。就是因為在全中國建立了20多個關于鋰電池四大材料的實驗室，中央企業、中央高校、中央研究所、寧德時代都建立了這樣的實驗室。但非常遺憾的是，整個氫能領域都還沒有任何一個關于材料的實驗室。今年我們專門向科技部、中央政府建議，應該設立這樣一個氨氫融合關鍵材料的全國重點實驗室。國家很重視，已經拿出了指南，但現在還在審批程序中，希望能夠成功。

關于發展現狀，我就不一一細說了。最后有一張表，這張表很好地概括了我們在氫能和氨氫融合17種關鍵材料的情況。我們能不能圍繞剛才講的重大問題有所突破呢？第一個是低成本制備綠氫的關鍵材料。這邊是大家非常熟悉的高效光催化分解水制氫。現在我們要把電解水與光伏發電結合，先用光伏發電，再用55度電制1公斤氫氣。而現在的前沿技術是直接用光催化材料光解水制氫，省去了中間環節。但這個材料的競爭很大，效率現在只有5%。如果我們能夠做到10%-15%，就能顛覆整個電解水制氫的過程。但要實現這一路線，還需要付出非常大的努力。

再來說說大規模鈣鈦礦電池。我們現在在西部地區、東北地區用的太陽能制氫的光伏發電都是單晶硅電池?，F在都在開發一種全新的、全印刷太陽能電池，這種電池不用再提純，不用高溫處理，不會造成污染。它的特點是在弱光下也能發電，太陽能電池通常需要在400-700納米波段范圍內才能發電，但這種電池在300納米，即看不見的光、紫外光，到800-900納米范圍內都能發電，下雨天也能發電。而且全印刷的成本很低，效率也做到了20%。佛山已經在南海建立了100兆瓦的電池廠，但它存在的問題是壽命只有10年，而晶硅電池的壽命是20年。這樣一來，我們就有問題了。能不能把壽命提高到15、20年呢？這是一個顛覆性的技術挑戰。

這個技術，如果我們在未來的三年、五年中，能夠把鈣鈦礦電池的壽命從現在的10年提高到15、20年的話，我們現在就可以全部替代晶硅電池。這樣一來，發電的成本完全有可能會降低到使電解水制氫的成本達到10元以下?，F在我們在16元，不管是在東北還是新疆，我們還是需要55度電來制1公斤氫氣，成本在16-20元。如果能夠實現這個突破，我們就可以把1公斤氫氣的成本降低到10元。

另外一個是氨氫儲運非常困難，這個儲運難在什么地方？比方說1公斤的液氨從新疆4000公里外運到廣東，運費需要2.4元/公斤，從那個地方運氫氣過來運價非常貴。如果是運氫氣，1公里要加10元，400公里就要加400元，這是天價。怎么把氨低成本液化成氫氣，這是一個很大的挑戰。另外一個就是管道輸運，管道輸運也有管道輸運的難題。再一個是高壓氣態氫瓶，我們現在內端材料幾乎靠進口，我們自己不能做，所以成本很高。還有固態儲氫材料，中國是處在世界領先，但是它儲氫的效率是2%，放氫的溫度又很高，溫度能不能再降低，這些都是很大的制約。

我舉一個例子，這個例子非常重要。如果我們能夠把剛剛研發出來的技術（展廳里面有仙湖實驗室的展示），——現在傳統氨液解存化的溫度是要800度，我們做到450度以下的裂解，我們的目標是改制效率達到70%，有效制氫的能力就可以達到12%（雖然現在還沒有達到量產的水平）。這樣就可以支撐大規模氫氣的儲運，把它運到佛山。液解的溫度太高、成本太高，仍然無法實現經濟性。我們最終的結果，6公斤液氨可以液解1公斤氫氣，液解綜合成本是5元，這個在我們的展廳可以看到?，F在是實驗室做出來的成果，如果能夠規?；?，現在我們在佛山這個地方，白市長非常清楚，1公斤液氨是3元，不管任何運輸方式運到我們這里都是3元，6公斤液氨可以液解1公斤氫氣，成本是18元，再加上5元，就是23元，終端用氫就是23元的氫可以供汽車使用，這樣就有經濟性。所以我們要加快實驗室顛覆性技術的工程化進程?，F在我們做出了樣品，要加快工程化。

佛山仙湖實驗室

這個是關于燃料電池。燃料電池我們是1千瓦3000元，現在沒有這么高了。今天葉思宇院士和東風汽車公司做到的水平，真正裝車水平都做到了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/千瓦還是比鋰電池貴兩倍，它沒有經濟性。為什么沒有經濟性？核心原因在哪里？現在整個儲能效率不到40%，它從電解水制氫，再到燃料電池發電，氫電轉換效率不到40%。我們全球的目標都是提高到65%，如果能夠做到65%，我們完全可以和鋰電池競爭。能不能做到65%？有沒有技術途徑？有兩個很重要的材料上的進步，我們現在的材料工作溫度是80度，所以在里面排水很多，能不能提高到105度？我們現在已經在實驗室做到95度，現在再努力做到105度，這個就是膜的革命。

第六個是我們現在的工作電壓，現在是0.65伏，能不能提高到0.75伏？如果這兩個方面能夠取得大幅度的進展，我們的燃料電池就可以做到和鋰電池完全一樣。需要多長時間？應該需要三年時間，需要集合全中國最強的力量來攻關。這就是材料很大的支撐作用。

最后講講，有沒有可能在未來三五年左右的時間，我們國家能夠在三個大的材料領域真正突破卡脖子技術，實現引領，解決氫能運輸難、制造成本高、燃料電池成本居高不下的難題。材料起到支柱性作用，今年我們想整合全中國的力量來做這件事情，如果我們能夠做成功，有可能五年時間可以取得一個突破性的發展，為氫能產業注入更強大的動力。謝謝大家！

來源：氫能之家

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