中国工程院院士干勇：到2050年超过50%重卡搭载氢燃料电池
氢能是重要的二次能源，在多元能源体系当中处于核心的转换位置。在多国致力于推动低碳减排和大力发展可再生能源的时代背景下，氢能作为重要的清洁能源解决方案，在能源、交通、工业、航空等多领域得到了广泛的应用。6月28日，清华大学、中国电动汽车百人会、国际氢能委员会在清华大学联合举办“突破核心技术 打造产业生态”氢能产业创新发展论坛。主办方邀请到官产学研用各个相关领域的代表，共同讨论氢能目前的技术进展、推广应用、政策法规，从全生态的视角探索未来氢能的作为。其中，中国工程院院士干勇作了“突破氢能发展的管理瓶颈和关键技术”的精彩演讲。
以下为演讲内容实录：
中国工程院院士干勇
尊敬的徐冠华部长，尊敬的陈清泰理事长，刚才欧阳明高教授做了一个很好的报告。今天大会的主题叫做“突破核心技术 打造产业生态”，我们中国工程院也有一些想法，我就把突破氢能的管理瓶颈和关键技术跟大家交流一下。
工程院对整个工程科技的发展趋势做了八个方面的分析，这其中第一个是能源体系，凡是工业化国家首先碰到能源体系，以后全世界在发展中也需要能源体系的发展。化石燃料向绿色能源时代转变已经到来，有两个转变，一个是化石燃料向绿色能源转变，另一个是高碳能源向低碳能源转变。中国电力结构中燃煤机组占发电量的70%，全世界超过了30%。我们在可再生能源动力站上，这几年我们做到了全世界最前面。包括在这方面的投入和再生能源的容量都占了全世界第一，特别是可再生能源容量已经占到全球的44%。欧共体认为，每个小时中国有两个风电机组在安装，有七千个太阳能电池板在安装，到2020年增长速度达到272%，增长非常快。
最近国际氢能委员会正在做能源科技的发展规律和氢能的发展预测。刚才欧阳明高院士讲到这个趋势，万钢主席也谈到国内情况。到2050年他们估计氢能占能源比重约18%，有2.5万亿美元的产值等。另外从现在到2050年的预测，固态燃料逐渐下降，气态燃料到2050年将成为主体。另外，能源科技的发展规律还有，从不可持续到可持续，从集中到分布。
氢能的本质就是灵活的一种能源载体，这里面有四个方面的作用：第一，零排放的二次能源（无氮氧化物），氢作为能源，又是一种最好的还原剂。在12年前我们做了一个详细的氢冶金规划，许冠华部长在科技部的时候就立了项。第二，把电网、天然气和热力网连起来。第三作为储能，第四氢能交通。当然现在看，氢能交通很可能率先突破。我们在12年前以氢冶金看，人类社会20世纪是氧时代，21世纪是氢时代，氢冶金就是氢代替碳还原生成水，不但没有排放，而且反应速度极快。现在我们在高炉上要加焦炉煤气，也是减少二氧化碳，增加氢的还原能力，减少二氧化碳的排放。包括一氧化碳、煤碳和氢对矿石的还原，氢的还原速度最快。
氢是二次能源，但是成本非常高，所以很难商业化。当时提出的原子制氢，包括气冷堆，我们当时对气冷堆寄予厚望。但是我们现在感觉到，能源科技的发展规律和新能源的发展预测，交通领域的工程应用会率先突破，它是作为能源开始进入社会，尤其是在交通领域的应用，在管理和技术层面进行系统的规划和标准的制定，至关重要。
欧阳明高院士的PPT中有这个图，我的PPT里面也有一个类似的图，横坐标是交通工具的行驶里程，纵坐标是交通工具的重量。大家看行驶里程越大，重量越大，氢占的比例越大。到2050年超过50%重型卡车将氢燃料电池作为发动机。
构建氢的生态系统，现在是非常重要的。因为是打造产业生态，现在主要是用车的总成本，对用户而言他非常关心。供应商和投资家，包括企业家们跟用户的心态完全一样，怎么来打造这个生态环境。一个是燃料电池系统的购车成本，关键还有运行环境和运行成本，包括它的续驶里程、加氢时间、经济上的可行性，还包括与纯电动的竞争、客户体验等，作为我们当前用户体验的一个中心任务。
但是氢能产业较为复杂，纯靠市场机制，一个企业无法完成，要充分发挥体制优势。氢能的应用牵扯到一系列的综合技术，从材料开始，到运输、加氢，再到最后运行的全生命周期等等，有效地组织各利益相关者、清晰的操作路径非常重要,欧美已有案例供我们参考。我们做了一个投资估算，上面是氢能汽车的估算，按五十台、两千台、两万台到五十万台做一个预算，下面是加氢站和制氢工厂的投资估算。加氢站和制氢厂的单投资成本是逐渐降低的。到两万台以后，按照公交车大概50万/台，如果按照50台，公交车价格是200万元/台，成本是很高的。很多典型区域正在进行投资，出台了相关的政策。这里面我们也对他们的投资进行了一个估算，主要是氢能交通基础投资估算，这里不细谈了。
车辆现状和问题是什么呢？几乎所有的主流车企现在已经开始技术储备，热度上来了。但是现状是数种物流卡车和公交车开始根据订单生产，规模很少，积累的数据也少，目前还未遇到难以逾越的技术障碍，但还有不少工程技术问题需要通过大量工程实践来不断解决。已落实新能源汽车中关于燃料电池汽车的地补贴的省市很少，但有一个国家的补贴政策。瓶颈问题：订单少，车型不足，公告时间太长，运维服务团队尚未组建布局，车辆补贴周期太长。
加氢站尤其重要。我们不能做锂电池的老路，先搞电池后搞充电。氢是一种新的能源进入人类社会，首先对氢的自身体系进行研发，进行布局。像我们现在看了一下有一个文件，截止2018年3月，我国已建成正式运营的固定加氢站只有7座，刚才说有十来座，可能这几个月又建了几座。其中六座加氢站每天才两百公斤的示范，还存在很多问题，没法按照所谓国际要求，做不到三到五分钟的快速加氢。也没法控制加氢速率，达不到商业化的运营目标。关键装备，包括加氢机无法满足长期连续可靠运行要求。还有加氢站的规划设计、设计施工及验收标准、关键设备选型等方面存在的问题制约了氢能汽车的商业化运行进程，限制了我国氢能产业的快速发展。
在制氢加氢的突出问题上，国家顶层设计尚未系统化，还没有落地。部委层面，氢能作为能源使用，还没有作为能源，谁来管理？不知道哪个部门管理。合法加氢站无法盈利，投资回报遥遥无期，加氢站的补贴不太清楚。是属于化工还是属于交通，还是属于住房建设？
我们有两点建议。建议一：突破管理瓶颈。参考国际有效的氢能项目管理机制，做好顶层设计，进行规范的顶层设计，从部委层面在加氢站、制氢工厂等审批上要予以指导。顶层设计中应包括以业主总成本和用户体验为核心要素的发展路线，并应有车辆和氢能基础上设施的协同发展的机制，包括从用户和整车企业来推动它，不只是搞电堆的做一些单体技术，要靠整车及用户来一起推动。包括制氢加氢站合建站方面要付诸行动。
建议二，关键氢能技术的开发。目前在氢能基础设施方面已经快速突破。但现在仍谈氢色变，很多地方搞不太明白。现在构建煤制氢，第一个问题就是推广应用，中船重工在这方面很有经验，他们应该起到重要的推动作用。第二，把氢气长管拖车的压力由现在的20Mpa提升到45Mpa 和70Mpa以上，提高运输效率，降低运输成本。中材、中集等应多做一些研发工作。包括国际合作，我们要完善整个商用液氢供应链的标准，我们和法液空、林德集团加强合作。中材科技在燃料电池车载供氢及氢气储运领域的已有技术。我们的35个兆帕以下的氢气瓶，包括无人机用的氢气瓶，全世界市场占有率70%，但是还是中低压。车用 70MPa塑料内胆气瓶提升密度已经纳入计划，这是很重要的。
咱们要综合起来发挥各自的优势，神华集团的制氢技术、制氢能力和容量，这是非常巨大的。我们认为，较快的氢基础设施推广模式是液氢加氢站。这是液氢加氢站的全流程，包括液氢罐车，最后它经过液化，可以控制在82个兆帕，加氢加到汽车里面，70个兆帕的氢气瓶一点问题没有，来得很快。这个图左边是负251度的液压气，液体的氢能，后面就是低温的氢能，到右边黄色的地带已经进入了常温，基本是在15度，如果35MPa，氢气密度为24g/L，到70MPa可提高到40g/L。一个液氢车可装载4吨液氢，约等于12个长管拖车的运气量，液氢运输还是一个非常方便的措施。
建议二里面包括突破大功率电堆技术。现在我觉得已经开始，科技部的重点专项的目标是到2020年达到120kW，功率密度达到3.1kW/L。另外铂载量，每千瓦0.25克，已经开始进行，进展非常好。包括高比功率燃料电池发动机关键技术研究与平台开发。还有就是关键材料及产品的突破，包括气体扩散层、金属双极板、膜电极等关键材料等，膜电极在国际上阻力并不是太大，进展很快，当然东岳集团的膜电极技术发展很快。
最后讲两个例子，选一个区域，集中使用重载汽车的区域，比如说唐山，现在每天唐山过境的重卡达到26万辆，全是柴油车。因为唐山钢铁产能达到了1.3亿吨，柴油车的运输比火车来得方便，但是这种排放量我们看，一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、颗粒物对雾霾的产生起到了很大的贡献率。唐山市的钢厂很多，有一个工程叫“公改路”，把公路改成铁路，但铁路也有运输不到位的问题，就是超短途运输。另外为什么不把集中的近万辆重卡变成新能源汽车？现在山东潍柴认为200到250千瓦电堆完全可行，而且不用去买氢，每个钢厂都有供氢能力，唐山能够产生3600万吨的氢气。有多少氧气？是79.2亿立方米，又便宜又好，稍加变压吸附进行生冷纯化，完全可以达到要求燃料电池车辆用氢需求。每个钢厂建一个加氢站，完全可以代替现在公路上柴油车的污染情况，而且投资也比铁路要低得多，这要作为一个重点，对北京的环境威胁将会大幅度降低。
第二个是山东。山东搞一个“中国氢谷”，全省统一行动，打造氢能全产业链。东岳的质子膜，所有的化工富产氢巨大，仅煤制氢大概87万吨左右，资源优势可谓非常好。包括市场优势，氢能高速公路的建设将会比别的省来得更快。为什么呢？它六千多公里的高速公路掌握在山东一两家的国有企业手里，120个高速公路的服务站稍加改造，建一个加氢站，只要一声令下，马上可以启动。2030年全省高速公路规划图已出台，新能源加氢站的大规划也已经出来。打造“中国氢谷”，山东设立了一个五百亿的中国氢谷新能源发展基金。打造新能源运营示范区是我们下一步的工作重点，而不仅是分点研究，不只是在大学、研究机构和企业某个技术中心。氢能源必须要吸取锂动力电池的教训，先搞电池后搞充电桩辅助系统是不行的。中国市场巨大，氢能源技术前景广阔，我们预计在2050年中国要率先进入氢能源时代。
我的发言到此结束。谢谢大家！
