“发展氢能，尤其是发展燃料电池汽车，逐步改变我国交通运输工具的能源结构是一项庞大的社会系统工程。”“发展氢能及燃料电池汽车，是我国实现碳达峰、碳中和的重要战略措施，是改变我国交通工具能源结构的社会性系统工程。”在近日举办的北京中关村氢能发展论坛上，与会专家反复强调了氢能产业对我国能源低碳转型发展的重要性。
但事实上，经过数年发展，我国氢能产业虽在技术创新及政策环境等方面迎来一定突破，但始终未能得以大规模应用。相关数据显示，截至2020年底，我国建成加氢站128座，氢燃料电池汽车累计保有量达 7000多辆，与此同时，氢燃料电池汽车的产销量自去年开始一直未能恢复到可观的水平。因此，如何激发下游市场需求、促进氢产业链的全面发展，让氢能的应用规模获得质的飞跃，是氢能行业需要持续面对的挑战。
“氢替代”助力碳减排
中国工程院院士彭苏萍指出，我国能源体系以化石能源为主，碳排放压力巨大，同时，我国70%和40%以上的石油、天然气对外依赖度现状不能满足最基本的能源安全需求。“要实现‘双碳’目标，就要把清洁能源的规模化和化石能源的清洁化结合起来。大力发展氢能和燃料电池产业，也是重要举措。”
中国工程院院士曹湘洪表示，发展氢能能够显著减少化石能源的碳排放，提高化石能源使用效率。“例如在钢铁生产中，氢可以替代焦炭作为还原剂，实现从碳冶金到氢冶金的转换，数据显示，全球平均每生产1吨钢会排放1.8吨二氧化碳，相比传统的碳冶金，氢冶金最高可减少85%以上的二氧化碳排放。”
氢能将推动我国能源结构由传统化石燃料向清洁低碳燃料转变。中国电动汽车百人会发布的《中国氢能产业发展报告2020》预计，到2050年，氢能将占终端能源消费比例达10%，氢燃料电池汽车保有量3000万辆，氢气需求量6000万吨，我国将进入氢能社会。
中国工程院院士干勇表示，目前，氢燃料电池的研发进展和水平都在稳步推进中，而对于氢能产业在未来能否实现高质量发展，氢体系的建立尤为重要。在干勇看来，改变传统的工程，配套设施跟进这种发展模式不行，氢的制、储、运、加是一套新的配套系统工程，需提前布局。
安全风险可防可控
在氢能发展过程中，氢的易燃易爆特性引发担忧，而这样的担忧也在间接阻碍氢能产业的顺利发展。对此，曹湘洪表示，目前，很多人担心发展氢能的安全问题，但如果措施得当氢气是完全可以安全利用的，从氢的物理化学性能来看，其安全风险甚至低于天然气、汽油。
“氢气使用过程中的安全风险是可防可控。在使用过程中，虽然存在氢气泄漏引发着火爆炸等风险，但过往的燃爆危险性数据表明，氢气的安全风险并不比天然气和汽油大。”曹湘洪解释称，如果氢气发生泄漏，氢将会向上扩散，在顶层积聚，而液化天然气会在地面聚集，遇到明火的风险性更高。
曹湘洪指出，对于氢气的安全风险防控有三个原则，首先是保证储氢的压力容器稳定可靠，防止氢气泄漏；其次是部署灵敏可靠的氢气浓度传感器和火焰检测报警系统，以便泄漏后及时发现；最后，由于金属材料在氢气气氛中，达到一定压力会发生氢脆，随即引发泄漏的事故，因此，可根据运氢设备的压力分布和氢气浓度，选择合适的材料，防止氢脆的发生。
需不断完善技术支持系统
预计2050年，氢能终端能源消费占比将达到10%，氢能产业在近年来的经验累积中也取得了令人瞩目的成果，但值得注意的是，氢能的应用规模仍受局限。
“我国氢能产业的主要特征是，政府推动快速进步，煤制氢仍是主要的氢气来源，民营企业是投资的主体，缺少核心技术和关键装备，法规制度还有待完善。”曹湘洪指出，我国氢能及燃料电池汽车处于导入期，氢能产业呈快速起步态势，一些关键技术、核心装备仍落后于国际先进水平，因此，必须围绕产业链布局创新链，坚持问题导向，明确研究方向，加强产业链合作，夯实支持我国氢能产业的技术基础。此外，对于不同副产氢高效低成本的纯化技术，前瞻性的电解水制氢技术，以及固体氧化物电解水制氢技术等，都需要持续的研发创新。
干勇也指出，我国氢能产业中，70MPa储氢瓶，压缩机、加氢机、膜电极的喷注设备，以及燃料电池的系统检测等，与国外相比差距较大。不过，干勇乐观估计称，如果持续加大技术投入与政策支持，未来两三年之内，我国在这些领域的技术水平将与国外不相上下。
“总之，氢能开发利用是一项系统工程，必须有完整的、系统的技术支持，要针对我国存在的问题和差距，加大研发投入，开展协同创新，组织联合攻关，形成支持氢能开发利用的系列技术。”曹湘洪表示。