2022年全球氫能產(chǎn)業(yè)目前整體處于示范應用階段，多數氫能技術(shù)仍處于示范或原型階段。隨著(zhù)國家氫能產(chǎn)業(yè)頂層設計出臺，針對國內的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平、階段、技術(shù)難點(diǎn)和亟待解決的問(wèn)題有哪些等產(chǎn)業(yè)關(guān)心的熱點(diǎn)問(wèn)題，鄭津洋院士做了詳細解答，為產(chǎn)業(yè)指點(diǎn)迷津。以下為氫云鏈整理資料的要點(diǎn)，供大家學(xué)習和參考。

1、當前全球氫能產(chǎn)業(yè)整體處于示范應用階段

對于當前全球氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展整體處于什么階段這個(gè)問(wèn)題，鄭院士表示：全球氫能產(chǎn)業(yè)目前整體處于示范應用階段，多數氫能技術(shù)仍處于示范或原型階段。比如，液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫、有機液體儲氫、天然氣管網(wǎng)摻氫、燃氫輪機、可應用于重型道路車(chē)輛的氫燃料電池等技術(shù)均處于示范階段；而可應用于船舶、火車(chē)、飛機等的氫燃料電池技術(shù)處于原型階段。

提高氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)經(jīng)濟性和市場(chǎng)競爭力是亟待解決的問(wèn)題。美國能源部預期氫能2030年的發(fā)展目標為：1kg氫的生產(chǎn)和輸運成本均達到1美元；重型車(chē)輛用燃料電池的壽命為25000h，成本為80美元/kW；電解槽的壽命為8萬(wàn)h，成本為300美元/kW。如果能夠實(shí)現制氫成本與輸運成本均為1美元/kg，則與天然氣相比，氫氣就具有了競爭力。

相較于國外，國內的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平如何？對此鄭院士認為，中國氫能產(chǎn)業(yè)總體處于全球第二方陣的前列，并在變壓吸附提純氫、大容量高壓儲氫、固態(tài)儲氫、供氫量噸級以上加氫站建設等方面走在國際前列；而且在北京2022年冬奧會(huì )上實(shí)現了氫燃料電池汽車(chē)應用規模、應用場(chǎng)景、保障服務(wù)及管理創(chuàng )新等多重突破；北京大興氫能科技園站的日加氫能力達到4.8t，為全球最大?？傮w來(lái)說(shuō)，中國仍然是氫能技術(shù)設備進(jìn)口國，部分關(guān)鍵材料、核心零部件、關(guān)鍵裝備仍需要依賴(lài)進(jìn)口，如碳紙、加氫槍、氫流量計、氫安全閥、液氫容器等。

2、不斷攻克氫氣安全儲運難題

氫氣的儲運是氫能技術(shù)的重要環(huán)節，而安全問(wèn)題至關(guān)重要，鄭院士在這方面進(jìn)行了大量研究。氫氣儲運的難點(diǎn)有哪些？取得了哪些成果？目前研究或計劃研究的方向是什么？

鄭院士坦言，他不能忘記的是，早在2002年，正是蔣利軍等老師把他領(lǐng)進(jìn)了儲氫研究的大門(mén)，并持續深入研究了20余年，才取得了一些成就。氫能應用的關(guān)鍵在于儲氫技術(shù)，即如何實(shí)現安全、高效、經(jīng)濟的氫氣儲存。當前，儲氫方式主要有氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫這3種，相較而言，高壓氣態(tài)儲氫具有設備結構簡(jiǎn)單、充裝和排放速度快、溫度適應范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，是世界各國優(yōu)先重點(diǎn)發(fā)展的儲氫技術(shù)。

儲氫技術(shù)目前主要存在以下技術(shù)難點(diǎn)：高壓儲氫容器的壓力高達98MPa，高壓氫氣易引起材料氫脆，造成容器突然斷裂甚至爆炸，危害極大；此外，由于氫氣分子小，易泄漏，高壓密封難，侵入傳感材料的氫會(huì )導致檢測信號漂移，高壓氫環(huán)境應變檢測難度大。2002年之前，我國缺少材料高壓氫脆原位檢測能力，無(wú)法獲得容器研制時(shí)亟需的材料在高壓氫氣環(huán)境中的力學(xué)性能。高壓儲氫容器氫氣充放頻繁，氫脆影響因素多且機制復雜，抗氫脆設計及制造存在很大難度。在我國，壓力超35MPa的儲氫容器長(cháng)期處于空白，嚴重制約氫能發(fā)展。

通過(guò)國家縱向支持和企業(yè)橫向合作，鄭院士帶領(lǐng)團隊取得了卓越的科技成果：針對高壓氫脆原位檢測難題，攻克高壓氫氣動(dòng)密封、高壓氫環(huán)境應變傳感等關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)明140MPa材料高壓氫脆原位檢測裝置，使我國成為擁有140MPa材料高壓氫脆原位檢測技術(shù)的3個(gè)國家之一；牽頭起草了金屬高壓氫脆檢測評價(jià)方法的國家標準，并牽頭制定了首部高壓儲氫容器產(chǎn)品國家標準；建立了首個(gè)國產(chǎn)材料高壓氫脆數據庫，為氫能高壓儲運設備研制提供了關(guān)鍵基礎數據。

針對抗高壓氫脆設計制造難題，鄭院士團隊提出以抗氫脆焊接薄內筒為核心的全多層高壓儲氫容器設計技術(shù)，與高壓氫氣接觸的薄內筒采用抗高壓氫脆性能優(yōu)良的材料，其余則采用普通高壓容器用鋼。該技術(shù)利用薄內筒抗氫脆，內筒厚度約占筒體總厚度的1/8，通過(guò)厚鋼帶層承載，鋼帶逐層交錯螺旋纏繞在內筒外，制造經(jīng)濟簡(jiǎn)便；采用鋼帶纏繞引起的預壓縮應力，提高容器疲勞壽命；通過(guò)全多層技術(shù)實(shí)現了容器中氫氣泄漏在線(xiàn)監測的全覆蓋。

其團隊還發(fā)明了小孔內置式曲面耦合超聲相控陣檢測技術(shù)，即在儲氫容器服役周期內，通過(guò)特制的檢測設備，深入儲氫容器內部對容器安全狀態(tài)進(jìn)行“體檢”，解決了全多層高壓儲氫容器氫致?lián)p傷無(wú)損檢測難題，打通了全多層高壓儲氫容器從設計、制造、檢驗檢測的全技術(shù)鏈，同時(shí)解決了其經(jīng)濟性與安全性達到平衡的問(wèn)題。其團隊在車(chē)載輕質(zhì)高壓儲氫技術(shù)研發(fā)方面也獲得了一系列成果，開(kāi)發(fā)了隨車(chē)運動(dòng)的高壓氫氣瓶，需要考慮火災、頻繁快充、碰撞等極端服役條件下的安全性，為此其團隊發(fā)明了纖維全纏繞復合材料高壓氫氣瓶性能預測系列方法，實(shí)現了高壓氫氣瓶強度-壽命-耐火多維協(xié)同設計制造，并主導制定了高壓氫氣瓶產(chǎn)品國家標準。

基于上述創(chuàng )新性技術(shù)，成果轉化和落地也在有序推進(jìn)。鄭院士牽頭制定了高壓儲氫主要國家標準9項，參與制定國家標準27項、聯(lián)合國全球技術(shù)規范UNGTR13等國際標準5項，有力推動(dòng)了行業(yè)的科技進(jìn)步及產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

在豐田常熟加氫站，以及為北京冬奧會(huì )服務(wù)的中石化北京慶園街加氫站、王泉營(yíng)加氫站，鄭院士團隊主持研制的98MPa高壓儲氫容器正在安全服役，不僅容積達到1m3，為世界最大，而且成本低，同時(shí)，在線(xiàn)檢漏功能也大幅提升了容器的安全性。該研究成果已應用于氫能高壓儲運全行業(yè)，該用戶(hù)包括中石化集團、國家能源集團、長(cháng)城汽車(chē)、日本巖谷公司等國內外知名企業(yè)，核心裝備在我國加氫站建設、氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展中發(fā)揮著(zhù)不可替代的關(guān)鍵作用，該技術(shù)于2021年獲國家科技進(jìn)步二等獎。

鄭院士團隊目前的主要研究工作有：承擔國家重點(diǎn)研發(fā)項目——加氫關(guān)鍵部件安全性能測試技術(shù)及裝備研究”；針對加氫站氫氣泄漏、自燃及加氫關(guān)鍵部件的斷裂等突出問(wèn)題，聚焦加氫關(guān)鍵部件安全性能測試，自主研制測試裝備，制訂技術(shù)標準，構建檢測平臺，為保障加氫站安全提供關(guān)鍵技術(shù)和檢測設備支撐。

關(guān)于臨氫材料及其極端條件下的實(shí)驗研究，蔣利軍老師與鄭院士進(jìn)行了較為深入而專(zhuān)業(yè)的討論。氫能裝備的安全性與材料的選擇密切相關(guān)，鄭院士表示，他計劃制定一個(gè)可進(jìn)行低壓、中壓、高壓、超高壓臨氫材料選擇的標準或指南，目前中國還沒(méi)有這樣的標準或指南。他正在參與修訂GB50177—2005《氫氣站設計規范》，許多問(wèn)題亟待解決，比如，需要弄明白什么條件下可以使用低合金鋼，什么條件下可以使用高合金鋼？雖然美國航空航天局(NASA)發(fā)布過(guò)臨氫材料的選用指南，但該指南對實(shí)際情況而言并不全面，因為其只是定性給出了材料氫相容性等級，并未給出設計計算必需的臨氫材料性能數據。如果我們自己制定了這樣的指南，將會(huì )對我國氫能行業(yè)產(chǎn)生深遠影響。因為現在所有的制氫裝備、儲氫裝備都涉及到材料選用的問(wèn)題，必須要科學(xué)實(shí)驗數據作為支撐，而且考慮到產(chǎn)業(yè)化應用，材料價(jià)格也是必須考慮的重要因素。

氫氣具有易燃、易爆、易滲漏的特性，要確保氫氣在超高壓、低溫等極端條件下安全應用，相關(guān)實(shí)驗研究和標準必不可少，但一般的實(shí)驗室不具備實(shí)驗條件。蔣利軍老師認為中國需要能支撐整個(gè)國家氫能工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)氫能安全國家平臺，而鄭院士具備相應的能力和條件，建議鄭院士參與有關(guān)國家平臺的建設，通過(guò)廣泛深入研究獲取科學(xué)數據，為制定標準提供支撐。鄭院士坦言，他們現在德清實(shí)驗室的工作人員正加班加點(diǎn)地進(jìn)行實(shí)驗工作，他愿意迎接新的挑戰，但也倍感壓力。

3、摻氫天然氣輸運已在小規模示范應用

關(guān)于氫氣或摻氫天然氣管道輸運到戶(hù)，作為生活、生產(chǎn)的清潔能源是否可行？還存在哪些問(wèn)題？

針對上述疑問(wèn)，鄭院士說(shuō)，目前已有小規模示范應用。迄今為止，荷蘭、德國、法國、中國等國家先后開(kāi)展了多個(gè)摻氫天然氣管道輸送系統應用示范項目。2004年，在歐洲委員會(huì )的支持下，國際上首次開(kāi)展了“NATURALHY”項目，將氫氣注入高壓天然氣輸送管線(xiàn)，并通過(guò)配送管網(wǎng)輸送至最終用戶(hù)。該項目較為系統地研究了天然氣管道摻氫對包括天然氣輸送、配送及用戶(hù)終端在內的整個(gè)系統的影響，為后續的摻氫天然氣管道輸送系統示范應用項目創(chuàng )造了良好的開(kāi)端。2017年，英國開(kāi)展了“HyDeploy”項目，向基爾大學(xué)專(zhuān)用天然氣網(wǎng)絡(luò )和英國北部天然氣網(wǎng)絡(luò )注入氫氣，為住宅、教學(xué)樓、企業(yè)等供氣，探索在不影響終端用戶(hù)安全或改裝設備的情況下將氫氣混合到全國天然氣網(wǎng)絡(luò )中的可行性。2020年，澳大利亞開(kāi)展了“WSGG”項目，利用風(fēng)/光電來(lái)電解水制氫，并將部分氫氣注入Jemena公司的新南威爾士州天然氣網(wǎng)絡(luò )，為當地居民供暖。

國內摻氫天然氣管道輸送系統的示范應用較少。2019年，國家電力投資集團公司與浙江大學(xué)合作，在遼寧省朝陽(yáng)市開(kāi)展了摻氫天然氣管道安全關(guān)鍵技術(shù)驗證示范項目，進(jìn)行電解水制氫-天然氣摻氫-工業(yè)級民用用戶(hù)供能示范，為未來(lái)氫氣通過(guò)管網(wǎng)運輸提供經(jīng)驗。

目前氫氣或摻氫天然氣管道輸運到戶(hù)存在的主要問(wèn)題有：管材及其焊接接頭與純氫/摻氫天然氣相容性，純氫/摻氫天然氣管道抗氫脆設計制造技術(shù)，純氫/摻氫天然氣管道運維安全保障技術(shù)(如安全狀態(tài)監測檢測和評價(jià)技術(shù)、完整性管理技術(shù)等)，缺少純氫/摻氫天然氣管道技術(shù)實(shí)證平臺。

當前有人認為天然氣摻氫不超過(guò)10%輸運就是安全的，鄭院士認為這樣的說(shuō)法是不科學(xué)的。天然氣摻氫面臨的主要安全問(wèn)題是氫脆，材料長(cháng)期處于臨氫環(huán)境中易發(fā)生塑性降低、疲勞裂紋速率加快、斷裂韌性降低等性能劣化現象，更有甚者會(huì )引發(fā)管道過(guò)早失效，危及管網(wǎng)運行安全。摻氫天然氣在實(shí)際輸運過(guò)程中工況較為復雜，且混氫環(huán)境下，材料氫脆影響因素較多，與摻氫比、摻氫天然氣成分、應力狀態(tài)、管網(wǎng)原始狀態(tài)等均相關(guān)，不能簡(jiǎn)單地通過(guò)摻氫比這個(gè)參數來(lái)判斷是否可以安全摻氫輸運。

4、我國氫能產(chǎn)業(yè)布局同質(zhì)化嚴重

當前我國從中央到地方紛紛出臺多種支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，似有些“一哄而上”之嫌。政策扶持應該注意哪些問(wèn)題？產(chǎn)業(yè)配套標準是否能夠跟上技術(shù)的發(fā)展？如何做好氫能產(chǎn)學(xué)研融合發(fā)展？

鄭院士認為，國家支持氫能發(fā)展是國家發(fā)展戰略的需要，各級政府出臺一些扶持政策是值得肯定的，但以下3個(gè)方面的問(wèn)題值得重視：

1)同質(zhì)化突出。政府帶動(dòng)市場(chǎng)發(fā)展下，絕大多數氫能發(fā)展規劃聚焦氫燃料電池汽車(chē)全產(chǎn)業(yè)鏈：氫源、加氫站、核心零部件企業(yè)、整車(chē)廠(chǎng)。事實(shí)上，無(wú)整車(chē)龍頭企業(yè)和距離氫源比較遠的地區均不適合全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展氫燃料電池汽車(chē)；無(wú)雄厚經(jīng)濟實(shí)力和扎實(shí)產(chǎn)業(yè)基礎的地區，也不適合全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展氫能。氫燃料電池汽車(chē)只是氫能的一個(gè)重要應用領(lǐng)域，應從大系統、多元應用角度對氫能進(jìn)行布局。

2)重電池輕供氫。燃料電池、供氫系統是氫燃料電池汽車(chē)的2個(gè)核心部件。財政部、工業(yè)和信息化部、科技部等5部委發(fā)布了《關(guān)于開(kāi)展燃料電池汽車(chē)示范應用的通知》，僅對電堆、膜電極、雙極板、質(zhì)子交換膜、催化劑、碳紙、空氣壓縮機等基礎材料和關(guān)鍵零部件在推廣過(guò)程中進(jìn)行綜合評價(jià)，優(yōu)異者可享受額外補貼。也就是說(shuō)，受益企業(yè)為燃料電池關(guān)鍵零部件企業(yè)，而不包括供氫系統基礎材料和關(guān)鍵零部件企業(yè)，比如，生產(chǎn)高壓氫氣瓶、高壓氫閥、高壓儲氫容器、抗氫脆/氫滲透材料等的企業(yè)，這不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

3)自主制定的標準少。標準是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)穩健發(fā)展的基本條件，鄭院士非常重視標準制定，他認為形成標準是技術(shù)成熟的一個(gè)重要標志。國家標準大致可分為3類(lèi)：第1類(lèi)是以自主技術(shù)為核心的國家標準；第2類(lèi)是非等同采用國際標準的國家標準；第3類(lèi)是等同采用國際標準的國家標準。我國的實(shí)際情況是第1類(lèi)標準少，第2、3類(lèi)標準多。標準制定面臨的最大問(wèn)題是缺乏數據和工程實(shí)踐案例作為支撐。

截至2021年12月，全國氫能標準化技術(shù)委員會(huì )已組織制定氫能?chē)覙藴?0項，其中，32項已正式發(fā)布，8項立項在研。相關(guān)標準基本涵蓋了基礎通用、氫質(zhì)量、氫安全、氫制備、氫儲運、氫加注和氫能應用等方面，為支撐氫能產(chǎn)業(yè)規范發(fā)展提供了重要支撐。鄭院士認為，現有的氫能標準體系是基于氫能交通應用建立的，難以滿(mǎn)足氫能規?；?、多領(lǐng)域應用的需要，亟待開(kāi)展臨氫材料、可再生能源制氫、氫能安全可靠高效儲運、電氫能源系統等方面標準的研制工作。