作为应对气候变化和加快能源转型的重要举措，氢能产业的发展也越来越受到重视。
近日，国家发改委高技术司组织召开系列座谈会，围绕氢能制备、储存、运输、加注以及终端利用等全产业链。分析研判产业发展形势，深入探讨氢能产业合理布局、有序推进多元化示范应用、构建清洁低碳供给体系、制定完善行业基础标准等事宜。有关方面一致表示，氢能产业健康有序发展对我国能源绿色低碳转型、实现“碳达峰、碳中和”目标具有重要意义，需要进一步强化顶层设计、加快技术创新、完善政策体系，努力实现高质量发展。
那么，氢能作为绿色清洁能源，它有哪些优点？如今氢能产业的发展现状如何？未来又将面临哪些挑战？广州日报记者采访了加拿大国家工程院院士、加拿大皇家科学院院士、上海大学可持续能源研究院院长张久俊、加拿大国家工程院院士、加拿大皇家科学院院士陈忠伟，以及澳大利亚工程院院士、武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室国家特聘教授程一兵。
氢能经济是可持续发展的必然
所谓 “碳中和”，即由于生产生活产生的二氧化碳排放量与采取一定方式吸收回来的量相等。一般认为，达成碳中和的主要方法包括三种：一是通过碳补偿机制，使其产生的碳排放量等同于在其他地方减少的碳排放量，如通过植树造林、购买再生能源凭证等方式；二是使用低碳或零碳排放技术，如使用风能、太阳能等可再生能源，以避免因燃烧化石燃料而排放的二氧化碳到大气中，最终目标是仅使用零碳或低碳能源，而非化石燃料，使碳的释放与吸收回地球的量达到平衡而不增加；三是通过“碳交易”，即将二氧化碳排放的企业作为交易对象，设定行业标准，给每个企业指标，二氧化碳排放量过高的企业需要付钱给其他地区以换取其二氧化碳排放权，从而引导企业实施绿色清洁转型手段。
张久俊认为，其中第二种方法是实现“双碳”目标的关键所在。太阳能、风能、水电能、生物能、地热能等人类未来可持续能源的探索将是重要方向之一，而以氢气、液氢为主要能源载体的氢能经济是可持续发展的必然，电化学能源储存和转换技术在氢能的利用中也将会发挥核心作用。“通过太阳能、风能或水电能等可持续的清洁能源电解水，将产生的氢气储存起来，或者作为燃料电池燃料以驱动汽车，这是未来长久的能源使用策略。” 张久俊说。
“相比其他能源，氢能源存在很多优势。”张久俊介绍，比如在特性方面，氢能源是无污染、可循环的清洁能源，氢可以燃烧或通过燃料电池转换生成水，水电解又可以生成氢；此外氢气来源广泛，既可以借助传统化石能源如煤炭、石油、天然气等低碳化技术制取，也可以通过风、光、水等可清洁可持续能源制备，是实现化石能源清洁化利用和清洁能源规模化发展的载体。
同时，在利用方面，氢的燃烧热值或能量密度高，为液化石油气的2.5倍，更为汽油的3倍，这使得氢能源有丰富的利用形式，既可以燃烧氢气产生热能，又可以作为能源材料用于燃料电池直接产生电能，为燃料电池车、分布式发电设施提供动力；氢能源可储能，实现持续供应、远距离传输、快速补充等；氢能源安全性相对较好，在正常情况下泄漏安全性高于汽油。
发展“绿氢”关键在降成本
不过氢气的本身特性也决定了氢能的利用同时面临挑战：“氢的制备、存储及利用技术不完善，价格高，同时，难以高密度储存，并且氢气作为最小的分子，容易穿透很多罐材料，因此容易泄漏；氢气的燃点高，容易爆炸。”
“尽管氢能利用存在很多挑战，但是未来能源的必然趋势，必须大力发展氢能。”而目前解决氢的经济性制备储存及大规模输运是氢能产业发展的关键所在，而氢能的储运目前主要有两种方式，一种为高压气体储运，此种方式单位质量储氢密度较低，因此运输效率低，同时由于氢的原子半径非常小，在高温、高压下可以穿过金属容器板，因此对于储氢罐材料要求较高；第二种为液态储存，由于氢气液化温度为-235摄氏度，液化能耗高，因此运输成本又相对较高，“所以提高氢能的安全使用，不仅要从技术上保障，还要提高大众对氢能安全性的认识。”加拿大国家工程院院士陈忠伟称。
而据程一兵介绍，可再生能源电解水制“绿氢”是实现双碳达标的重要方向，目前来看，电价是决定氢能成本的一个关键因素。根据我国各地工业用电价格来看，平均价格为每度电6毛多，同时根据我国现有发电方式依然主要是靠火力发电，国内现在绿氢生产成本每公斤约60多元，其中约70%是电力成本；而煤炭制氢每公斤约7-8元。由此可见，我国现有电网暂时还无法满足绿氢产业的发展。
“除此之外，电解水制氢装置、大规模氢能储运等也还有一些技术挑战。”程一兵表示。总体而言，氢能作为一种可再生清洁能源受到了高度重视,但目前还处于产业化初期。据国际相关数据，氢气的大规模化使用要求一公斤氢气的生产成本低于3美元（约20元人民币），而要实现这一结果，电费价格要达到每度2美分（0.13元人民币）。“这个标准和中国目前的电价结构差距还很大，而要实现这一目标，需要新能源的电费进一步下降，这样就可以实现规模化电解水制氢。”
氢能源汽车产业化还有多远？
当前，我国氢能产业的发展主要应用在交通领域。以广东广州为例，自氢能产业发展规划实施以来，广州市以氢燃料电池汽车示范应用及其核心技术研发为引领，已经取得了初步的成效，目前已有200台环卫、公共交通等类型等氢能源汽车投入使用，建成投运的加氢站已有5座，且尚有10座正在加紧规划建设中。
在10月广东省政府办公厅印发的《广东省综合交通运输体系“十四五”发展规划》中同时提出，要推动绿色交通发展，加大清洁能源和新能源在运输装备中的应用，推动氢能源公交、氢能源轨道交通和电动汽车等的布局建设。
燃料电池车是我国发展的三种新能源汽车技术路线之一，其靠内置燃料电池中氢氧电化学反应从而产生电能，持续提供动力，与电动车相比，燃料电池车的突出优势是清洁无碳、能量密度高，且氢气具有加注时间短、续航里程长短特性，因此目前我国燃料电池车主要在运输需求以及环保要求高的区域优先开展示范应用，尤其是在重卡、公交大巴、物流车等商用车领域。
不过当初电动车之所以会大规模普及，其关键因素在于成本下降以及基础设施的逐渐完备。未来燃料电池在乘用车领域应用推广，也离不开这两个重要因素。而据了解，目前燃料电池商用车购置成本是燃油车的2.5倍，其成本主要是由于燃料电池系统价格高，将近5000元/千瓦。
除此之外，更有不少业内人士表示，相比于日韩欧美等国家，我国在氢能及燃料电池技术、核心材料、装备重大工程等方面还有较大发展空间。根据预测，燃料电池要实现产业化生产，首先功率密度需达到 850 瓦/升，耐久性达到 8000 个小时，规模化生产成本降低为约200元/千瓦。张久俊表示，这些指标的达成依赖关键材料、器件及技术的国产化。张久俊介绍，中国自主开发的燃料电池汽车在车型开发、整车动力性、续驶里程、燃料电池发动和功率、低温启动等方面与国外差距较小，但在关键材料和器件上存在一定的差距，主要原因是核心部件技术不成熟，价格比较高。
首先是催化剂。目前正在发展的催化剂有六种，其中部分实际可用，但有些还处于概念阶段。因此，实际上可用的催化剂价格昂贵且种类稀少。第二个核心技术是质子交换膜，目前的交换膜技术非常复杂，价格也十分昂贵，国内基本上依赖进口。此外，膜电极、双极板、高压空气泵也是氢能质子交换燃料电池的核心技术，但国内与国外相比还存在差距。
“另外一点就是基础设施建设方面。大家可以关注一个问题，目前中国一共约有100座加氢站，但其中真正投入使用的有多少个还是未知数。”张久俊表示。广州日报记者在百度地图上查询广州的“加氢站”时亦发现，目前大多数加氢站的备注还是“加气站”，且有的加氢站直接显示“暂停营业”。
因此张久俊指出，广东过去二十年打下了深厚产业基础，粤港澳大湾区在发展氢能产业方面优势突出，而广州已吸引众多新能源企业、燃料电池技术企业集聚，氢能源核心材料、部件和技术系统方面，广州在国内都有领跑优势。但目前一些关键核心部件和材料仍需要进口解决。“实现碳中和发展新能源是非常大的产业，市场的潜力巨大，我们要大力发展氢能以及燃料电池，尤其是燃料电池汽车，” 他说：“为此，我们要努力实现关键材料和关键部件国产化，并且达到真正的产业化。广州要加快技术攻关，解决‘卡脖子’问题。”
文/广州日报·新花城记者 程依伦
图/广州日报·新花城记者 程依伦
视频/广州日报·新花城记者 程依伦
广州日报·新花城编辑 蔡凌跃