【現(xiàn)場速記】
中國科學(xué)院院士,、佛山仙湖實(shí)驗(yàn)室理事長張清杰。
如前面嘉賓所言,，當(dāng)前氫能發(fā)展仍面臨氫氣成本高昂的問題,，特別是綠氫的成本。這一點(diǎn),，我們必須客觀認(rèn)識,。第二，氫能的實(shí)際應(yīng)用難度極大,。第三,，關(guān)于氫能燃料電池,，雖然過去三年成本已下降80%，但目前每千瓦的成本仍在2000-3000元,，與鋰電池相比,，我們是三倍。這嚴(yán)重制約了我們氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,，而材料問題在其中起了很大的制約作用,。
這是一個原因，第二個原因,，鄒志剛院士希望在這個大會上講述的內(nèi)容,，我和他都深有感觸?；叵?0年前,，2013年的時候，中國的鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r,，我們今天在座的都記憶猶新,。當(dāng)時有10個城市進(jìn)行了1000輛鋰電池的示范運(yùn)行，武漢在示范城市中排名第二,，有100輛,，南京則位列第五，也有100輛示范車,。為何如此,？因?yàn)楫?dāng)時的鋰電池成本極高，1千瓦的鋰電池價格在5000-8000元,。一輛車光電池成本就要50萬-100萬,，政府需補(bǔ)貼50萬，中央政府和地方政府各承擔(dān)一半,。當(dāng)時的情況就是這樣,。然而，十年間,，鋰電池的四種關(guān)鍵材料——正極,、負(fù)極,、隔膜,、電解液取得了飛速發(fā)展，去年鋰電池產(chǎn)量達(dá)到500萬輛,，今年更是預(yù)計達(dá)到1000萬輛,。鄒志剛院士曾與我探討，我們的材料是否有可能在未來的三年,、五年內(nèi)取得突破性進(jìn)展,，從而緩解氫能產(chǎn)業(yè)面臨的最大瓶頸問題,。
這是背景，非常遺憾的是,，他雖已準(zhǔn)備好一個極好的報告,，但因事無法親自前來，便委托我代為講述,。由于時間寶貴,，我將盡量簡潔地講述。
首先,，關(guān)于關(guān)鍵材料技術(shù)到底有哪些支撐作用,？氫能方面，大家已有所了解,，我就不再贅述,。很多人曾問過我，為何氫能如此重要,？我要講的是氨氫融合新能源,。那么，什么是氨氫融合新能源呢,？這一點(diǎn)非常重要,。因?yàn)榘焙蜌洌瑢?shí)際上都是一種零碳清潔燃料,，它們都可以通過可再生能源來大規(guī)模制造,。另外，它們可以相互轉(zhuǎn)換,，如果做得好,，轉(zhuǎn)換的成本會非常低，我可以稍后再詳述其裂解成本,。第三,，它們可以連通增效，互為補(bǔ)充,。此外,，氨已經(jīng)使用了100多年，其化學(xué)化工技術(shù)非常成熟,。但作為能源,，大家所了解的，包括謝在庫院士和從事能源研究的院士們,，對氨作為能源的了解都很少,。實(shí)際上，氨是一個高效的儲運(yùn)介質(zhì),，100公斤液氨就含有17公斤多的氫氣,。二是它是零碳燃料,，可以用于大規(guī)模的工業(yè)燃燒。剛才蒙娜麗莎已經(jīng)提到,，一條150萬平方米的產(chǎn)線可以直接使用全氨燃燒來生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)或高端的陶瓷,。
為什么要進(jìn)行氨氫融合呢？首先是因?yàn)闅淠壳暗膬\(yùn)困難極大,。剛才中石化的喻總提到,，茂名生產(chǎn)的氫才20元/公斤，但運(yùn)到佛山就漲到了45元/公斤,，失去了經(jīng)濟(jì)效益,。30元是一個經(jīng)濟(jì)成本線，為什么,？因?yàn)?公斤氫氣運(yùn)輸100公里的成本就要10元,，全世界都未能打破這個瓶頸。但如果使用液氨,，1000公里運(yùn)輸1公斤的成本只需0.8元,，而它里面含有17公斤的氫氣，所以運(yùn)輸成本極低,。如果采用氨氫融合的方法,，就可以解決長距離、大規(guī)模輸送氫氣的問題,。
我們會提到,，根據(jù)氫的經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑，目前就是200公里,，超過200公里就無法就地取氫,，這在實(shí)際產(chǎn)業(yè)發(fā)展中是非常困難的。20元錢,，運(yùn)200公里就變成40元,，所以我們需要把氫氣的經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑從200公里增加到4000、5000公里,，這是非常重要的原因,。
第二個原因，氨氫融合可以大規(guī)模擴(kuò)展氫的應(yīng)用場景,。一是三大工業(yè)領(lǐng)域,，我們可以直接用氫和氨進(jìn)行燃燒。廣東省做了一個規(guī)劃,，到2030年要實(shí)現(xiàn)20萬噸氫氣的產(chǎn)量,，供100萬輛汽車使用,，這就是20萬噸氫氣的規(guī)模,。而如果廣東省佛山市的工業(yè)窯爐,、金屬兩個工業(yè)領(lǐng)域加起來使用氫氣燃燒，將需要1000萬噸氫氣,，這就是3000億能源的產(chǎn)業(yè)規(guī)模,。如果改用氨氣燃燒，則需要4000萬噸氨氣,，大概對應(yīng)1200億的產(chǎn)業(yè)規(guī)模,。這兩項(xiàng)加起來就是5000億產(chǎn)值，所以可以極大地拓展氫能的應(yīng)用場景,。
另外一方面,，氨氫融合還可以在商業(yè)運(yùn)輸、交通裝備,、航空發(fā)動機(jī),、大型工業(yè)船舶等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。佛山市給予了極大的支持,，建立了仙湖實(shí)驗(yàn)室,。仙湖實(shí)驗(yàn)室與南京大學(xué)合作，聚焦做兩件事情,。一件事情是研究氫能和下一代燃料電池,。我們的燃料電池成本如果不能降低到每千瓦500元、800元,，就無法與鋰電池競爭,。那么有沒有可能做到呢？完全可以做到800,、500元每千瓦,。所以我們聚焦這條主線。第二個就是解決大規(guī)模儲運(yùn)問題,，我們用氨做燃燒,，用氨做儲運(yùn)。國家能源局非常重視這個事情,，在整個粵港澳大灣區(qū)唯一部署了一個關(guān)于氫能和氨氫融合的能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,，這是非常不容易的。
綠氫綠氨涉及三個關(guān)鍵環(huán)節(jié),，一個是制備,，一個是儲運(yùn)，一個是應(yīng)用,。這個應(yīng)用就包括氨燃料電池,、氫燃料電池、氨氫內(nèi)燃機(jī),。剛才印彪院士講到,，日本已經(jīng)做出了大規(guī)模的燃?xì)廨啓C(jī)純氨燃燒的示范,。因?yàn)樗荒茉俳ê穗娬荆园ǜ邷毓I(yè)燃燒,、氨氫的燃?xì)廨啓C(jī)等方面的應(yīng)用,，今后的場景會非常廣泛。
這三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)一共涉及到三大類,，17種關(guān)鍵材料,，細(xì)節(jié)就不多說了。我們對全中國和全世界的材料做了非常深刻的分析,，這要感謝鄒志剛院士花費(fèi)了極大的精力,。
今年我們向國家提出了一個很重要的建議。鋰電池之所以在十年間從每千瓦5000-8000元降低到500-800元,，材料的進(jìn)步起到了決定性的作用,。就是因?yàn)樵谌袊⒘?0多個關(guān)于鋰電池四大材料的實(shí)驗(yàn)室，中央企業(yè),、中央高校,、中央研究所、寧德時代都建立了這樣的實(shí)驗(yàn)室,。但非常遺憾的是,，整個氫能領(lǐng)域都還沒有任何一個關(guān)于材料的實(shí)驗(yàn)室。今年我們專門向科技部,、中央政府建議,，應(yīng)該設(shè)立這樣一個氨氫融合關(guān)鍵材料的全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。國家很重視,，已經(jīng)拿出了指南,，但現(xiàn)在還在審批程序中，希望能夠成功,。
關(guān)于發(fā)展現(xiàn)狀,，我就不一一細(xì)說了。最后有一張表,，這張表很好地概括了我們在氫能和氨氫融合17種關(guān)鍵材料的情況,。我們能不能圍繞剛才講的重大問題有所突破呢？第一個是低成本制備綠氫的關(guān)鍵材料,。這邊是大家非常熟悉的高效光催化分解水制氫?，F(xiàn)在我們要把電解水與光伏發(fā)電結(jié)合，先用光伏發(fā)電,，再用55度電制1公斤氫氣,。而現(xiàn)在的前沿技術(shù)是直接用光催化材料光解水制氫，省去了中間環(huán)節(jié)。但這個材料的競爭很大,，效率現(xiàn)在只有5%,。如果我們能夠做到10%-15%，就能顛覆整個電解水制氫的過程,。但要實(shí)現(xiàn)這一路線，還需要付出非常大的努力,。
再來說說大規(guī)模鈣鈦礦電池,。我們現(xiàn)在在西部地區(qū)、東北地區(qū)用的太陽能制氫的光伏發(fā)電都是單晶硅電池?，F(xiàn)在都在開發(fā)一種全新的,、全印刷太陽能電池，這種電池不用再提純,，不用高溫處理,，不會造成污染。它的特點(diǎn)是在弱光下也能發(fā)電,，太陽能電池通常需要在400-700納米波段范圍內(nèi)才能發(fā)電,，但這種電池在300納米，即看不見的光,、紫外光,，到800-900納米范圍內(nèi)都能發(fā)電，下雨天也能發(fā)電,。而且全印刷的成本很低,，效率也做到了20%。佛山已經(jīng)在南海建立了100兆瓦的電池廠,，但它存在的問題是壽命只有10年,，而晶硅電池的壽命是20年。這樣一來,，我們就有問題了,。能不能把壽命提高到15、20年呢,？這是一個顛覆性的技術(shù)挑戰(zhàn),。
這個技術(shù)，如果我們在未來的三年,、五年中,，能夠把鈣鈦礦電池的壽命從現(xiàn)在的10年提高到15、20年的話,，我們現(xiàn)在就可以全部替代晶硅電池,。這樣一來，發(fā)電的成本完全有可能會降低到使電解水制氫的成本達(dá)到10元以下。現(xiàn)在我們在16元,，不管是在東北還是新疆,，我們還是需要55度電來制1公斤氫氣，成本在16-20元,。如果能夠?qū)崿F(xiàn)這個突破,，我們就可以把1公斤氫氣的成本降低到10元。
另外一個是氨氫儲運(yùn)非常困難,，這個儲運(yùn)難在什么地方,？比方說1公斤的液氨從新疆4000公里外運(yùn)到廣東，運(yùn)費(fèi)需要2.4元/公斤,，從那個地方運(yùn)氫氣過來運(yùn)價非常貴,。如果是運(yùn)氫氣，1公里要加10元,，400公里就要加400元,，這是天價。怎么把氨低成本液化成氫氣,，這是一個很大的挑戰(zhàn),。另外一個就是管道輸運(yùn)，管道輸運(yùn)也有管道輸運(yùn)的難題,。再一個是高壓氣態(tài)氫瓶,，我們現(xiàn)在內(nèi)端材料幾乎靠進(jìn)口，我們自己不能做,，所以成本很高,。還有固態(tài)儲氫材料，中國是處在世界領(lǐng)先,，但是它儲氫的效率是2%,，放氫的溫度又很高，溫度能不能再降低,，這些都是很大的制約,。
我舉一個例子，這個例子非常重要,。如果我們能夠把剛剛研發(fā)出來的技術(shù)（展廳里面有仙湖實(shí)驗(yàn)室的展示）,，——現(xiàn)在傳統(tǒng)氨液解存化的溫度是要800度，我們做到450度以下的裂解,，我們的目標(biāo)是改制效率達(dá)到70%,，有效制氫的能力就可以達(dá)到12%（雖然現(xiàn)在還沒有達(dá)到量產(chǎn)的水平）。這樣就可以支撐大規(guī)模氫氣的儲運(yùn),，把它運(yùn)到佛山,。液解的溫度太高,、成本太高，仍然無法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性,。我們最終的結(jié)果,，6公斤液氨可以液解1公斤氫氣，液解綜合成本是5元,，這個在我們的展廳可以看到?，F(xiàn)在是實(shí)驗(yàn)室做出來的成果，如果能夠規(guī)?；?，現(xiàn)在我們在佛山這個地方，白市長非常清楚,，1公斤液氨是3元,，不管任何運(yùn)輸方式運(yùn)到我們這里都是3元,，6公斤液氨可以液解1公斤氫氣,，成本是18元，再加上5元,，就是23元,，終端用氫就是23元的氫可以供汽車使用，這樣就有經(jīng)濟(jì)性,。所以我們要加快實(shí)驗(yàn)室顛覆性技術(shù)的工程化進(jìn)程?，F(xiàn)在我們做出了樣品，要加快工程化,。
這個是關(guān)于燃料電池,。燃料電池我們是1千瓦3000元，現(xiàn)在沒有這么高了,。今天葉思宇院士和東風(fēng)汽車公司做到的水平,，真正裝車水平都做到了1500元/千瓦。到了360千瓦,、400千瓦,，一定可以做到1000-1500元/千瓦，而不是3000元/千瓦,。但是1000-1500元/千瓦還是比鋰電池貴兩倍,，它沒有經(jīng)濟(jì)性。為什么沒有經(jīng)濟(jì)性,？核心原因在哪里,？現(xiàn)在整個儲能效率不到40%，它從電解水制氫,，再到燃料電池發(fā)電,，氫電轉(zhuǎn)換效率不到40%。我們?nèi)虻哪繕?biāo)都是提高到65%，如果能夠做到65%,，我們完全可以和鋰電池競爭,。能不能做到65%？有沒有技術(shù)途徑,？有兩個很重要的材料上的進(jìn)步,，我們現(xiàn)在的材料工作溫度是80度，所以在里面排水很多,，能不能提高到105度,？我們現(xiàn)在已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室做到95度，現(xiàn)在再努力做到105度,，這個就是膜的革命,。
第六個是我們現(xiàn)在的工作電壓，現(xiàn)在是0.65伏,，能不能提高到0.75伏,？如果這兩個方面能夠取得大幅度的進(jìn)展，我們的燃料電池就可以做到和鋰電池完全一樣。需要多長時間？應(yīng)該需要三年時間,，需要集合全中國最強(qiáng)的力量來攻關(guān),。這就是材料很大的支撐作用。
最后講講，有沒有可能在未來三五年左右的時間，我們國家能夠在三個大的材料領(lǐng)域真正突破卡脖子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)引領(lǐng),，解決氫能運(yùn)輸難、制造成本高,、燃料電池成本居高不下的難題,。材料起到支柱性作用，今年我們想整合全中國的力量來做這件事情,，如果我們能夠做成功,，有可能五年時間可以取得一個突破性的發(fā)展，為氫能產(chǎn)業(yè)注入更強(qiáng)大的動力,。謝謝大家,！
備注：對內(nèi)容有所刪減，未經(jīng)本人審核,，僅供參考,。
編輯|中國氫能大會編輯小組
