为了实现“双碳”目标，许多人把目光瞄准了可再生能源。但是，由于可再生能源具有波动性，因此需要大规模储能。氢能恰好可以作为一个纽带——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。
“将来，氢能可能会在中国或世界能源体系中占非常大的比例，预计在年前上涨到10%～12%。”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。
存储和运输是两大瓶颈
从家用的千瓦级到应用于储能电站、通信基站、氢动力轮船、飞机等的兆瓦级，氢能用途广泛；更大级别的氢能甚至在冶金化工、海上风电制氢运输方面发挥作用。
目前氢的制备主要依赖化石能源，也就是用天然气、煤炭和石油制取。“未来的发展方向是通过清洁能源制氢，即通过水电、光电、风电等可再生能源进行制取，这种氢可称之为绿氢。”邹建新说，但是绿氢一般在比较偏远的地方制备，比如我国的新疆、内蒙古，以及深远海地区，因为这些地方风电光伏资源十分丰富。把清洁的氢高效运输到需要的地方，存储问题和运输问题是氢安全供给的最大瓶颈。
据了解，现在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，但铺设管道成本巨大，目前中石化准备建设的公里长的输氢管道，要投入亿元，将来若要实现西氢东输，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，密度大，可逆性也很好。后端氢的应用很广，氢作为储能手段将来大有作为。”邹建新说。
新材料实现新装备
氢产业发展需要很多关键材料，这些材料是决定将来氢能可以走多远的“钥匙”。
在制氢方面，当前制氢路线主要有3种。第一种是碱性水电解制氢，效率可达70%～80%。该方法的优点是不受贵金属限制，可以大规模使用，缺点是与可再生能源的匹配性不太好；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，该方法效率可以达到85%以上，但缺点是一定要用到铱金属，这种金属十分昂贵且主要被国外一些大企业掌握，因此发展受限。而邹建新推出的第三种路线——固体氧化物电解水制氢，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限制。
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、泄漏等安全隐患，而且在高压罐体、阀门、管道等关键材料上我们仍然受制于国外。
近年来，中国工程院院士、上海交通大学教授丁文江领导的团队在镁基材料方面开展了很长时间的研究。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克，而且使用寿命很长，能达到次以上的循环次数。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，氢化镁加热后可以释放高纯度的氢气。而且材料使用之后可以回收利用，对环境十分友好。”邹建新介绍道。
无论是制氢、储氢，还是用氢，都涉及材料的研发。“一代材料，一代装备。氢能是新兴行业，发展速度非常快，需要新材料来开发新的氢能装备，只有这样，氢能才能实现更大规模的应用。”邹建新说。
信息来源：《中国科学报》(-08-23第3版领域)（记者：张晴丹），氢科学重点实验室
