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氢能如何迎来大发展？
原文地址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/7/504696.shtm
为了实现“双碳”目标，许多人把目光瞄准到可再生能源上，但是由于可再生能源具有波动性的特点，因此需要进行大规模的储能。
氢能可以作为一个非常好的纽带，能把可再生能源转化为氢，后端再把氢转化成电或其他能源物质进行使用。基于此特性，氢能在全球范围内掀起了热潮。
“将来，氢能可能会在中国或者在世界能源体系中占非常大的比例，预测将在2050年前上涨到10%～12%左右。”近日，上海交通大学氢科学中心副主任邹建新在“中国能源安全高峰对话”中如是说。
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邹建新 中国能源安全高峰对话组委会供图
两大瓶颈：存储和运输
最近，氢能的发展势头猛烈，因为氢能将来的广阔应用前景引起了关注。
氢能用途广泛，从比较小的级别，比如千瓦级，能在家庭备用氢能电源、家用热电联供设备、氢燃料汽车等方面应用；到兆瓦级可以应用到储能电站、通信基站、氢动力轮船、飞机等；更大级别甚至还能在冶金化工、海上风电制氢运输方面发挥作用。
目前氢的制造方法主要还是依赖化石能源来制取，也就是用天然气、煤炭和石油来制取。“未来的发展方向是通过清洁能源制氢，即通过水电、光电和风电等可再生能源进行制取，这种氢可称之为绿氢。”邹建新表示。
但是，邹建新随即指出，绿氢一般是在比较偏远的地方，比如新疆、内蒙古、深远海等，因为这些地方风电光伏资源十分丰富。要把清洁的氢高效运输到需要的地方去，存储和运输是横在前面的巨大难题，也是解决氢安全供给的最大瓶颈问题。
据了解，现在的氢储运主要采用高压气体方式，比如采用20兆帕的长管拖车，这在未来大规模氢能利用过程中是无法和制氢及应用端相匹配的。因此，发展新型技术是当务之急。
邹建新提到，气态运输将来会往管道方向发展，但管道的铺设成本巨大，目前中石化已经准备建设四百公里长的输氢管道，投资要达到200亿元，若将来从西部、新疆、西藏实现西氢东输，投资成本则要几万亿元。
“固态储氢是非常好的路径，氢固化在材料当中，这种情况下安全性非常高，密度高可逆性也很好。后端氢的应用很广，氢作为储能手段将来也有大作为。”邹建新说。
新材料实现新装备
要发展氢产业涉及到很多非常关键的材料，这些材料是决定将来氢能走多远的“钥匙”。
在制氢方面，当前制氢路线主要有三种。第一种是碱性水电解制氢，效率可达到70%～80%，缺点是与可再生能源的匹配性不太好，优点是不受贵金属限制，得以大规模使用；第二种是和可再生能源匹配得非常好的质子交换膜水电解制氢，效率可以达到85%以上，缺点是一定要用到铱金属，而铱金属十分昂贵且主要被国外一些大企业掌握，因此发展十分受限。
邹建新推出了第三种选择，即固体氧化物电解水制氢，电解水蒸汽在高温下效率可达90%以上，这个时候的关键材料就是固体氧化物电解质。
为了降低对铱金属的依赖，此前，邹建新课题组的成员开发了一种无铱催化剂，非常适合我国制氢技术的发展。其中加了一些稀土元素，可以用来取代铱金属，实现在酸性环境中的电解水制氢，使得质子交换膜电解水制氢不再受铱金属的限制。
在氢储运环节也对材料有很高的要求。传统氢储运大多采用高压气氢的方式，但气体在和临氢材料相互作用时，存在氢脆、泄露等安全隐患，且像高压罐体、阀门、管道等关键材料还受制于国外。
近年来，上海交通大学丁文江院士领导的团队在镁基材料方面进行了很长时间研究。镁基材料是我国非常有特色的材料，资源丰富，全球90%的镁都在中国生产，价格非常便宜。
“另外，它的性能优势是常见材料里储能最高的，储氢密度最大可达每升110克，而且使用寿命很长，能达到3000次以上循环次数。在技术优势方面，它的反应过程比较简单，就是镁加氢变成氢化镁，氢化镁加热以后能把氢释放出来，可以释放非常高纯度的氢气。未来这个材料使用之后又可以回收，对环境十分友好。”邹建新介绍。
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