2024年是我國(guó)氫能制儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)攻堅(jiān)與規(guī)模化發(fā)展的一年。隨著燃料電池汽車規(guī)模化推廣及綠氫項(xiàng)目密集落地，產(chǎn)業(yè)鏈瓶頸進(jìn)一步凸顯，反推技術(shù)迭代與基礎(chǔ)設(shè)施布局加速升級(jí)。

作為氫能發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，我國(guó)氫制取設(shè)備與輸氫管道建設(shè)面臨哪些機(jī)遇與挑戰(zhàn)？如何破解制氫設(shè)備的技術(shù)難題、突破管道輸氫的安全性與經(jīng)濟(jì)性瓶頸？圍繞上述問題，近日，記者專訪了中國(guó)科學(xué)院院士、材料表面科學(xué)與技術(shù)專家唐叔賢。

Q

在您看來，我國(guó)長(zhǎng)距離輸氫管道當(dāng)前處于何種發(fā)展階段？面臨哪些阻礙和挑戰(zhàn)？

唐叔賢：在輸送純氫或天然氣摻氫的管道研究方面，我國(guó)現(xiàn)有的長(zhǎng)距離純氫管道較少，主要集中于化工企業(yè)廠區(qū)內(nèi)部，在該領(lǐng)域的發(fā)展較美國(guó)和歐洲有一定差距，但近年來，我國(guó)追趕的腳步逐漸加快。一方面，我國(guó)于近期規(guī)劃核準(zhǔn)了多條長(zhǎng)距離輸氫管道建設(shè)項(xiàng)目。另一方面，我國(guó)也在積極推動(dòng)長(zhǎng)距離輸氫管道的施工、設(shè)計(jì)、焊接等環(huán)節(jié)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)研究制定工作。

我國(guó)政府的政策支持是氫氣管道建設(shè)趕超其他發(fā)達(dá)國(guó)家的重要因素。2022年出臺(tái)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021—2035年）》明確提出，將氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展方向，推動(dòng)長(zhǎng)距離輸氫管道示范工程，支持在資源富集區(qū)域開展液氫、管道輸氫技術(shù)試點(diǎn)。2023年，我國(guó)首條“西氫東送”輸氫管道示范工程被納入《石油天然氣“全國(guó)一張網(wǎng)”建設(shè)實(shí)施方案》，標(biāo)志著我國(guó)氫氣長(zhǎng)距離輸送管道進(jìn)入新的發(fā)展階段。同時(shí)，各級(jí)地方政府紛紛依據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源稟賦和區(qū)位條件，將氫氣管道建設(shè)納入地方規(guī)劃。

長(zhǎng)距離輸氫管道面臨三個(gè)主要挑戰(zhàn)，一是上游制氫端能否提供足夠的氫源，這關(guān)系到輸氫管道利用率和輸氫成本的分?jǐn)倖栴}。二是下游的用氫市場(chǎng)需求能否匹配管道的設(shè)計(jì)輸氫量。只有將氫氣制取、消納的上下游打通，管道輸氫的經(jīng)濟(jì)性、便捷性才能得以體現(xiàn)。三是我國(guó)純氫管道建設(shè)尚存在技術(shù)方面的瓶頸，但我認(rèn)為對(duì)于中國(guó)這個(gè)“基建大國(guó)”來講，技術(shù)瓶頸并非長(zhǎng)期問題。

Q

在氫氣儲(chǔ)運(yùn)過程中，哪些問題是業(yè)界、學(xué)界和社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)？作為材料科學(xué)專家，請(qǐng)您談?wù)勎磥砟男┘夹g(shù)創(chuàng)新或材料突破能有助解決氫儲(chǔ)運(yùn)的現(xiàn)存難題？

唐叔賢：氫儲(chǔ)運(yùn)的安全性和經(jīng)濟(jì)性是各界關(guān)注的焦點(diǎn)，也是其發(fā)展的現(xiàn)存瓶頸。

國(guó)內(nèi)主流看法認(rèn)為，管道運(yùn)輸高比例氫氣危險(xiǎn)系數(shù)較高。但與這種看法相反，在管道中運(yùn)輸高比例氫氣的情況十分常見。例如，中國(guó)香港地區(qū)縱橫交錯(cuò)的輸氣管道中含有49%的氫氣。通過管道運(yùn)輸含氫混合氣體不僅安全可靠，在業(yè)界也已實(shí)現(xiàn)常態(tài)化。

公眾對(duì)氫氣安全性的擔(dān)憂主要源于對(duì)其爆炸風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知。需明確的是，氫氣的爆炸下限與天然氣相近，而公眾已普遍適應(yīng)天然氣的安全使用模式。從物理特性分析，氫氣分子質(zhì)量較小且擴(kuò)散速率顯著高于天然氣。當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)，氫氣將快速垂直向上擴(kuò)散，在開放空間環(huán)境中難以形成局部聚集，相較于傳統(tǒng)燃?xì)飧邤U(kuò)散優(yōu)勢(shì)。這一特性使得氫氣在通風(fēng)良好的場(chǎng)景下具有更高的本質(zhì)安全性。在工程技術(shù)層面，通過優(yōu)化輸氫管道接口材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可有效抑制氫氣泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)前，應(yīng)對(duì)管道輸氫安全性問題，需解決的主要問題是如何選用適配的管道材料，我國(guó)已在該領(lǐng)域開展了大量卓有成效的研究工作。例如，我的團(tuán)隊(duì)正與包頭鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司合作研發(fā)抗氫脆新型材料，重點(diǎn)的研究方向是探索在鋼材中添加稀土元素以抑制氫脆現(xiàn)象的技術(shù)路徑。

未來，我國(guó)應(yīng)加大力度推動(dòng)新材料的開發(fā)以改善氫氣儲(chǔ)運(yùn)的安全性，減少管道的氫腐蝕。同時(shí)，通過優(yōu)化管壁材料，避免氫氣在管道流動(dòng)過程中將鐵銹帶出，影響氫氣純度。在經(jīng)濟(jì)性方面，建議加大力度投入研發(fā)新型高分子材料的儲(chǔ)氫鋼瓶，增加儲(chǔ)氫瓶的儲(chǔ)氫量。但短期內(nèi)，氫氣通過管道輸送仍是最經(jīng)濟(jì)理想的運(yùn)輸方式，與當(dāng)前運(yùn)輸氫氣的主流方式——長(zhǎng)管拖車相比，成本大幅降低。

Q

與國(guó)際先進(jìn)水平相比，我國(guó)氫氣制儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和差距是什么？從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，您認(rèn)為需要怎樣跨領(lǐng)域協(xié)作來加速技術(shù)落地？

唐叔賢：在綠氫制備環(huán)節(jié)，我國(guó)與國(guó)外相比并不落后，整體處于同一起跑線，且部分技術(shù)領(lǐng)域存在顯著優(yōu)勢(shì)。然而，在質(zhì)子交換膜（PEM）電解槽、陰離子交換膜（AEM）電解槽方面，仍需進(jìn)一步提升自主研發(fā)能力，以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的自主可控。

我國(guó)在氫氣儲(chǔ)運(yùn)領(lǐng)域較國(guó)際起步略晚，例如德國(guó)早在一個(gè)世紀(jì)前便已建成純氫管道，因此我國(guó)在技術(shù)研發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等層面缺乏經(jīng)驗(yàn)積累。但憑借完整的工業(yè)基礎(chǔ)與產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)，我國(guó)仍具備后發(fā)優(yōu)勢(shì)。

我國(guó)氫能科研領(lǐng)域的部分基礎(chǔ)研究的性能數(shù)值已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，但基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)化需求存在差異。以制氫環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備——AEM電解槽為例，我國(guó)學(xué)術(shù)界聚焦于提升離子電導(dǎo)率等核心性能參數(shù)，不斷突破性能，發(fā)表了一篇頗具參考價(jià)值的學(xué)術(shù)論文。盡管學(xué)術(shù)界也關(guān)注膜的穩(wěn)定性，但通常將設(shè)備測(cè)試小時(shí)數(shù)限制在1000~2000小時(shí)即止。而產(chǎn)業(yè)界則更關(guān)注材料機(jī)械強(qiáng)度、長(zhǎng)期耐久性等指標(biāo)。例如，使用5000小時(shí)后，性能是否急速下降、產(chǎn)生裂紋等。因此，亟須深化完善產(chǎn)學(xué)研合作機(jī)制，破除溝通壁壘，將產(chǎn)業(yè)需求精準(zhǔn)傳導(dǎo)至基礎(chǔ)研究環(huán)節(jié)，共同攻克技術(shù)瓶頸。

我認(rèn)為，我國(guó)的優(yōu)勢(shì)在于一旦鎖定某一新興領(lǐng)域，便能夠在該領(lǐng)域生產(chǎn)出高質(zhì)量、有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。例如，我國(guó)在全球清潔能源裝備制造領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，光伏組件與風(fēng)機(jī)產(chǎn)量分別占全球78%和60%以上。而這一優(yōu)勢(shì)源于強(qiáng)大的技術(shù)研發(fā)與持續(xù)擴(kuò)大的人才儲(chǔ)備——我國(guó)高校與企業(yè)每年培養(yǎng)的工程師數(shù)量已超過美國(guó)現(xiàn)有工程師總量。此外，中小企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新活力不容忽視。此前，國(guó)內(nèi)一家中小企業(yè)的研發(fā)負(fù)責(zé)人曾向我介紹其提升電解槽安全性的創(chuàng)新方案，這些實(shí)踐案例讓我更加堅(jiān)信，在可預(yù)見的未來，我國(guó)將引領(lǐng)氫能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革新。

來源：中國(guó)電力報(bào)