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我国有巨大的制氢能力和应用需求，氢能的发展对我国的能源安全和环境保护将产生哪些深远的影响？未来“氢社会”的新愿景是什么？氢能将如何改变我们的生活？中国工程院原副院长、国家新材料产业发展专家咨询委员会主任、中国金属学会理事长干勇，长期从事国家产业发展战略研究，以及新材料、冶金、现代钢铁工艺技术研究，他是我国著名的战略科学家，如何利用现有条件降低制氢成本？如何推动整个氢能产业链的发展和商业化？干勇院士对我国氢能的开发利用有何见解？（以下为演讲全文） 能源结构的转换和优化有两条路径：一是不可再生的化石能源必须被可再生的绿色能源替代；二是高碳向低碳的转变过程，氢无疑是最好的元素，氢气无毒、清洁、燃料价值高，古人以木材为能源，如果将氢与木材相比，其能量密度是木材的1000倍，后来，人类使用煤炭作为能源，氢的能量密度是煤的6.8倍。现在我们使用石油和天然气，氢气的能量密度是汽油的3.3倍，是天然气的3.4倍。因此，氢的能量密度最大，最适合我们要选择的清洁能源。
1、氢燃料电池有哪些颠覆性应用？
目前，氢能或氢能的利用，尤其是氢能在燃料电池汽车上的应用，已经非常火热，经过一段时间的小高潮，氢燃料电池是移动式发电机供电，没有热循环，可提高90%的工作效率，发电效率非常高，氢是如何变成电的？氢燃料电池与锅炉或供暖无关，氢气发电机理不依赖热循环，即氢气在含铂催化剂下释放两个电子，这两个电子流走，形成电流。对于氢燃料电池在交通领域应用的突破，我们应该感谢这些汽车工作者的坚持，在完成氢在汽车上的应用的过程中，他们做了大量的工作，最终实现了工程化和商业化。
现在日本丰田已经向全球供应了数千辆乘用车和商用车，并已正式投入运营，全球知名企业如奔驰、宝马、丰田、本田等都联合成立了氢能委员会，他们认为，人类必须在21世纪进入氢时代。因此，要防止地球温度在2050年左右上升两度，就必须使氢在能源结构中的比重达到18%以上，每年可减少60亿吨二氧化碳的排放量，并且氢燃料电池在氢气供应系统中的应用本身就是一个庞大的产业链，可以形成一个庞大的产业领域，他们估计为2.5万亿美元。到2050年，形成如此大的氢产业，可就业3000万人。除了氢在汽车上的应用，氢燃料电池还可以用于深海潜水和无人机等移动设备需要电力的地方。高铁大家都很熟悉，很方便，但它的致命弱点就是电，一旦发生自然灾害，一旦停电，如果火车停在沙漠中，没有能源储备，人们可能会在那里被晒伤。
氢燃料电池可用于火车，因此中国中车表示将加入氢联盟，发展氢能的使用，对于我们5G时代的所有基站，其能源系统和供电系统也可以使用氢能，还有生活中分布式发电。事实上，每个家庭都可以放一个氢燃料电池用来加热和冷却，所有家用电器，包括汽车，都可以解决。一条氢气管道进入家中就可以提供所需的全部能量，非常方便。即使在外面没有电的时候，也可以成为发电和供电的来源，可以平衡整个电网。事实证明，我们的电网有高峰也有低谷，通过这种分布式发电，我们其实可以做一个很好的动态协调和调整，提高我们的发电效率和网络运行质量。氢能制成的燃料电池与锂动力电池相比，如果以锂动力电池作为主要动力来源，其续航里程对于重型航空航天或大型移动设备来说是不够的，其能量密度也不如氢燃料电池高，这种应用的优势不如氢燃料电池。由于氢的能量密度是汽油的三倍以上，氢燃料电池非常适合未来的航空航天等大功率交通工具。
2. 氢气安全吗？
既然氢能有这么多优点，大家就会问，现在使用氢能危险吗？事实上，氢能作为燃料是具备危险性，燃烧后的气味是无毒的，我们经常看到火灾和爆炸的场景，人们还没有接触火，有毒气体已经把人熏倒了，但氢气没有这个问题。另外，就燃料的爆炸性而言，氢气的扩散速度是汽油的12倍，传播速度很快，不会造成其他更严重的后果。
当汽油和氢燃料汽车分别着火时，氢燃料汽车一燃烧就起火并迅速蔓延，而汽油车只能燃烧，汽油来不及扩散，最终汽油车全部烧毁，氢燃料车没有其他危险，也不能伤害人，所以在安全性上，氢燃料比汽油稍微安全一点，我们以前用过氢气，每个人都接触过氢气，用氢气做还原剂时，用量少，没有什么不安全的。
但是现在，如果要使用氢气作为能源，就需要大量使用，当它进入人们中间时，人们就害怕了，这种氢气可能会爆炸，氢气球都爆炸，比如以前有个地方建了加氢站，现在这个地方已经不需要了，加氢站要搬走，没人敢搬，也没地方敢批，七年后，加氢站一直没有搬迁，被搬迁的当地政府也不同意，不知道谁会批准，事实上，氢气并没有那么危险。中国管网输送氢气约400公里，未来管网将延伸很长，氢气是在公路上运输的，我们过去常常去加氢站加氢，白天是不让加氢的，半夜12点才让加氢，我们都害怕安全问题，氢气系统的建立是为了制定绝对安全的氢气操作规则，当然，既然是燃料，就得定规矩，但还是比较危险，尤其是在初期的推广期，一定要特别注意。
就像我们在 19 世纪使用氧气一样，起初它很危险，定下所有的规矩后，即使晚上睡在氧气枕上，也不会感到紧张。因此，如果标准是为氢气设定的，按照整个氢气规则，是没有危险的。事实证明，我们将其视为危险化学品当然是合理的，因为它的使用并不多，人们没有统一的认识，也没有系统的标准。如果是大能源，其实可以重新制定其使用规则，制定氢气运输、加氢、储氢、制氢的规则和标准，这实际上就安全了。
3、氢能是雾霾的终结者吗？
我认为雾霾问题是当前一个非常重要的问题，现有柴油车仅占车辆总数的9.4%，但是柴油车在雾霾问题上的贡献率是非常大的。我们说整个雾霾问题都是汽车尾气排放造成的，它的贡献率一般在29%到45%之间，大约三分之一是由它造成的。在这三分之一中，柴油车约占70%。大多数颗粒物是由柴油车辆排放的。它对PM2.5的贡献非常大。这个问题必须解决，所以它是引起雾霾的主要原因，尤其是中国港口柴油车非常集中，唐山的物流量非常大，是重化工业区，一个城市的钢铁生产能力超过1亿吨，超过几个国家的总和。
一吨钢材造成的物流量大概有五六吨左右，那么它最方便的是什么？重型卡车用于从港口运输到钢铁厂，唐山200多万辆汽车中，柴油车近20万辆，排放量很大，污染很严重。因此，我们觉得在这个地方，实施柴油制氢，将有效缓解京津冀地区雾霾压力，从氢燃料电池本身的特性来看，适合重载长途续航，所以在港口来回跑六百到一千公里没有问题，重载也没有问题。柴油车密集的港口容易部署加氢站，我国国内港口都在物流集散地，都是重化工区，工业副产氢也很丰富，港口也非常靠近大海，海上运输和未来氢燃料的来源也很容易，所以我觉得如果是这样的话，可以先解决港口这个氢气，利用环境带动氢能和氢燃料的发展。所以，“柴油改氢”这个词只代表了我们技术路线的方向，每个钢厂都有自己的汽车管理团队。例如，河北钢铁有2万多辆汽车进行统一加氢，加氢站的布局就很容易了。要沿着乘用车的路去布局，先从港口的柴油车启动，这是非常有现实意义的。大量的、密集地使用氢，加氢站的建设规模就可以大。现在我们搞两百公斤，每天300公斤、500公斤的加氢站效率很低。
因为加多了没用，搞一吨、两吨的没有那么多车来加，它很分散。但是在港口不一样，我的加氢站每天可以到三吨，可以到五吨，加氢站的效率就很高，可以降低加氢站的成本，而增加加氢站的工作效率。氢燃料车重卡用氢的成本每公斤达到40块钱左右，和柴油车的成本相当，能够进行商业化运行，而不是一直赔钱赔下去，国家补贴下去。氢燃料电池汽车，氢的成本每公斤65~70块钱，国家还得每公斤补20块钱才能够运行，不能这样老补贴下去。制氢、运到加氢站的目标成本大概在每公斤22块钱左右，是可以接受的，所以说为什么“柴改氢”要在港口上的重卡上先进行，我觉得意义就在这个地方。
2019年12月31日，从港口到唐山钢厂的公路将改成铁路，但公路转铁路并不能解决最终的问题。最好使用“柴油改氢”，即柴油车要换成氢燃料车。如果这样打通，我们实际上可以在港口城市进行示范。如果先在京津冀地区建立氢能利用体系，可以在2030年前的短时间内部分解决京津冀雾霾问题，或者根本解决。可以解决扬尘问题，大大减少二氧化碳温室气体排放，截至2018年底，全球已有400多个加氢站投入运营，全球燃料电池乘用车销量近6000辆，世界主要发达国家已将氢能的开发利用置于国家能源安全的战略高度。2017年以来，我国在氢能源和燃料电池领域计划投资约2000亿元，全国计划建设加氢站约60座。生产了200多辆氢燃料电池汽车。据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》预测，到2030年，氢能产业产值将超过1万亿元；加氢站数量将达到1000个，燃料电池汽车数量将达到200万辆，我国在氢能开发利用方面与发达国家还有一定差距，我国氢能产业发展的布局是怎样的？有哪些挑战？
4. 氢能离我们很远吗？世界氢能发展现状如何？
欧盟将发展氢能作为主要规划。2017年，双方启动了氢动力汽车联合开发项目。2019年，欧洲发布了氢燃料电池发展的技术路线图。2015年，美国在燃料电池和氢能技术发展报告中提出，将大力投资发展先进氢能和燃料电池技术相关的发展计划。因此，美国35个州的加氢站现已投入运营。尤其是在加州，加州的推广很有意思，加州在2018年拥有近37个加氢站，由于加州是长条形，在高速公路上的布局非常合理，当时，加州州长被称为施瓦辛格，但他对氢能作为能源的作用非常敏感。
在丰田每批乘用车订单销售中，他都要求新能源汽车有一定比例的配额，并提出氢燃料汽车。他说你好好计划，你每年给我多少，我会根据氢燃料汽车的数量配备加氢站，这是非常有战略意义的。因此，加州目前在氢能源汽车的示范应用方面处于领先地位，加氢站的布局也十分合理，做出了示范。到2019年，美国已斥资约3100万美元实施整个计划，推动氢的规模化应用。当然觉得值得一提的是，在日本，丰田近年来并没有停止氢燃料电池的研发，他们为氢燃料电池在交通领域的工程应用做出了巨大贡献。当然，他们也申请了数万项专利。他们并不是说所有的专利都被屏蔽了，因为氢对全人类都有好处。日本政府首先将发展氢能作为国家战略，制定了“三步走”战略。到2025年，将扩大氢气使用范围。大概，整个氢能发电装置将达到140万台。家庭的分布式的发电要到560万台，相当于日本住户数的
我国氢能发展有哪些优势？
首先，国家高度重视氢能产业的发展，早在2006年，氢能和氢燃料电池就被列入国家中长期科学发展规划。随后在中国制造2025的国家节能与新能源汽车路线图中，也将氢能源和燃料电池汽车作为主要发展方向。
2016年，国家发改委和国家能源局联合发布了《能源技术革命创新行动计划（2016-2030）》，其中还包括氢能和燃料电池应用。我国2019年《政府工作报告》提出“推进充电和加氢设施建设”。目前，整个氢能和氢燃料电池汽车的应用已经掀起了高潮。现在看来，北京、上海、天津，包括湖北、重庆、浙江、广东都已经开始了汽车氢燃料电池的研究和商业化试验。事实上，中国制氢产业基础还是很雄厚的，制氢能力也位居世界第一，当氢气还没有作为重要的能源使用时，它已经被大量用作催化剂和还原剂，如合成氨精制和加氢。年产氢能力约2500万吨，产量超过2000万吨。这是在世界上都排第一。这里 97% 的氢来自化石能源。煤气化产氢1000万吨以上，天然气产氢300万吨以上，工业副产氢约800万吨，包括电解水页在100万吨左右。当然，我们的工业副产氢气现在可以达到 99.999% 纯度的氢气。我国未来氢能发展潜力巨大，市场巨大。我们的商用车、港口货车、物流车，只要是乘用车，加起来都是巨大的。
多地竞相发展氢能
我国氢能产业正在进行区域布局。目前20个省市正在制定氢能源发展规划和氢燃料汽车发展规划，形成了华东、华中、华南、华北、东北、西南6个区域，代表城市如上海、如皋、佛山、张家口、武汉等六大氢能源和氢燃料电池汽车产业集群。我们知道，在氢燃料电池汽车方面，上汽首先推出了乘用车、轻卡等，其110千瓦的氢燃料电池电堆技术相对成熟。
另外就是广东的佛山，有一个人物叫许国，是副市长，我们叫他氢能源市长，非常重视氢能源发展，把它作为未来的一个战略新兴产业发展。他在佛山云浮建立了一个氢能氢燃料汽车示范区，已经有四座加氢站在运行，而且2019年还有若干座要投产，包括三个基地在这儿建设，一个佛山的高明，包括佛山的云浮和广东新能源汽车的基地，也包括佛山南海。他建立了三个基地。张家口是国务院批准冬季奥运会上可再生能源的示范区，在19个县区全面布局加氢站，在冬奥会上全部都用氢燃料汽车。而且中国首条自动化氢燃料电池的发动机大批量地应用在这儿要正式投产。当然还有江苏的如皋，那是联合国作为一个氢能源发展的示范城市，如皋现在有两条30千瓦的电堆生产线。氢燃料电池要求到“十三五”期末到数十万辆的规模，产值要超过千亿元。
另一个是山东，提出建设“氢谷”的构想，是省委省政府综合号召，制定了总体规划，为什么？一是电解铝国内规模最大，副产氢气较多；二是焦炭4400万吨，每吨焦炉煤气400立方米，氢气纯度55%。此外，其氯碱工业发达工业的副产氢很好。他们有很强的从煤中制氢的能力。第三，其高速公路掌握在国有企业手中，高速公路上有120个服务站可以部署，在这里部署很方便，加氢站形成示范；另外，它是一个大的区域系统，离山西也很近，通过管网输送氢气的想法可能会实现，它拥有漫长的海岸线，海上风力发电机的发电能力可以用来制氢，最重要的是，谭旭光现为山东重工集团、中国重汽集团董事会主席，多年前，他就意识到未来柴油发动机可能会被氢发动机取代，他想开始氢发动机的研发，所以这几年他几乎在国外，悄悄收购了巴拉德的股份，后来他占巴拉德19.9%的股份，成为相对最大的股东，他利用巴拉德在加拿大的燃料电池技术，快速发展其氢能源和氢燃料电池发动机产业。它似乎是持续和确定的，他计划在这项研发上投资500亿元。目前，我国氢能产业发展前景广阔，但要实现快速健康发展，必须改变氢能生产主要依靠化石能源、清洁能源制氢、以氢为燃料的现状。
5、我国氢能产业如何取得突破？
推动氢能全产业链发展，布局氢能产业示范区
现在国内氢燃料电池上
建立氢能国家重大专项，开创氢能重卡时代
我们建议设立国家重大专项来解决产业链中的重大技术装备和工程问题，像液态储罐70兆帕储罐的氢气管网和大规模制氢的技术，包括区域内制氢，这些三大技术体系的一些重要的技术问题，还有一些材料装备。重型柴油车密集的港口在中国有很多，从张家港、黄骅港、连云港到青岛港都是重化工聚集地区。唐山港一亿多吨钢，黄骅港、邯郸地区也是五六千万吨钢，到山东的临沂这是最大的物流基地，柴油车密集。我们提出来一个中国在发展氢能和氢燃料电池汽车的技术路线，我们认为应该开创氢能的重卡时代，提出这么一个口号来带动氢能和氢燃料电池汽车的发展，优先发展氢能的商用物流车。现在国际上，丰田、尼古拉和现代在重卡汽车上已经开始突破。国内山东潍柴也把目标集中在重卡和大功率的氢燃料电池上，它准备搞200千瓦的氢燃料电池，而且在海南咱们都见证了它和神华集团签订了350吨的重型矿车的氢燃料电池的战略性框架协议。咱们看看我们的主要港口，从唐山港、天津港、大连港、青岛港、上海港等，2019年1月份，就一个月，它的货物运输量巨大，由5000万吨到9000多万吨。如果按照60%的公路运输比例来看，那么整个重量估算是2.36亿吨，集装箱800万标准箱。如果是每车运输30吨的重卡，运距1000公里，单车消耗柴油250公斤，那么这样一看，要达到1600万次，要把这些货物运完消耗柴油要到400万吨。400万吨这个排放可是不得了，折算氢气每个月240万吨，所以按照100公里15公斤的重卡消耗的氢，消耗的氢气量3000万吨，很不得了。3000万吨的氢上来以后，我们要减排近4亿吨左右的二氧化碳。所以在物流密集的港口地区我们一定要首先启动氢系统的建立和重卡氢燃料车的试运行。
充分利用废电，降低制氢成本
我国在可再生能源方面确实做了很大的努力。风电、光伏电池、水电、生物质能、核电都发展迅速。尤其是风电和光伏电池，仅其中的两个，现在就已经建成了全球近一半的装机容量。中国每小时有两千块太阳能电池板正在建造和安装，每小时有两台风力发电机正在建造，而且速度非常快，但弃风弃光现象十分严重，为什么？可再生能源风电和光伏不稳定，所以很多地方都建设了风电和光伏，但并不是所有的都用上了。另外，很难上国家电网，每年约有1000亿千瓦时的电力被丢弃，这部分用作制氢的动力源，非常有利，成本低。这个电是多余的，我们捡起来了，它还可以产生大量氢气，每年可使用约224亿立方米，国家在制定氢能发展国家战略时，要利用好目前弃光、弃风、弃水的1000亿千瓦时电力，包括优先使用工业副产氢，工业副产氢有多少？1000万吨，一定要用好这两个“1000”。例如，在吉林白城，需要建设3000万千瓦风电、风能和光伏发电。我们可以制定一些以氢能为载体的新能源发展的技术路线。制氢技术使用碱性电解水。最终，氢气的成本约为每公斤18-20元（含税）。如果加氢站供应给加氢站，可能会有一定的利润，可以商业化运营。并且还有进一步降低成本的空间。因此，在密集的港区，从物流或重卡出发，以构建氢能系统为基础，解决当前雾霾或环境紧迫问题，我认为是目前较好的发展路线。当然，我们也支持氢燃料电池的研发，但是你要有相当的竞争力，并且有持续的研发能力，赶上国外氢燃料电池的水平，提高功率，提高操作的质量。中国是一个工业化进程非常快的国家。建立高效合理的氢能体系，推广使用可再生能源，改善人类生存环境，提高生活质量，对我们尤为重要。
使用氢系统后，我们的电网将更智能、更高效、更合理、更节能，以推进氢能重卡时代为代表，是推进我们氢能和氢燃料电池业务和产业的较好途径。为支持我们建设制造强国，21世纪人类必将进入氢社会和氢时代，我有信心完成历史赋予我们这一代人的任务，把氢能的开发和氢能的利用放在这一历史任务圆满完成！
