日前，被大家親切地稱為“胖五”的長征五號遙三運載火箭在中國文昌航天發(fā)射場點火升空，成功將搭載的實踐二十號衛(wèi)星送入預定軌道。

“胖五”是我國首款重型運載火箭，具備將14噸載荷送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道的運載能力。那么，何種燃料才能助推這一“大家伙”一飛沖天?“液氫—液氧”就是其中之一。

不同于目前常規(guī)火箭使用的化學燃料，“胖五”的燃料大部分是-183℃的液氧和-253℃的液氫，因此又被稱為“冰箭”。而此次“胖五”的成功發(fā)射，不僅證明液氫在我國航天領域的應用已經(jīng)成熟，也為如火如荼的氫能產(chǎn)業(yè)吹來了一股新的東風。

全國氫能標準化技術委員會(氫能標委會)高級顧問、中國電子工程設計院研究員陳霖新告訴《中國科學報》，由于液氫儲運具有明顯優(yōu)勢，對于200公里以上的氫運輸有很好的應用前景。他認為，液氫要想規(guī)?；l(fā)展，一定要解決液氫制取的產(chǎn)能問題和裝備技術的“卡脖子”問題。

積極研發(fā)液氫是大勢所趨

為“胖五”減負增力，液氫—液氧推進劑功不可沒。液氫能夠用于航天、軍事領域，依據(jù)液氫的特性和液氫儲運的優(yōu)越性，在氫能發(fā)展備受關注的當下，液氫在民用領域，尤其是氫能產(chǎn)業(yè)的應用場景十分廣闊。

據(jù)記者了解，一直以來，制約我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸之一就是氫的高密度儲運。而液態(tài)氫是通過預冷和節(jié)流膨脹等工藝，把氫氣降溫到-253℃從而變成液體，液態(tài)氫的密度是氣氫的780倍，使得氫可以高效地儲存和運輸。

陳霖新對記者表示，液氫的體積能量密度大約是35MPa高壓氣氫的三倍，是70MPa高壓氣氫的1.8倍。雖然從氣態(tài)氫液化為液態(tài)氫需在-253℃實現(xiàn)，能耗較多，但是對于超過200千米的運輸距離，采用液氫時的運輸費和能耗費之和均低于高壓氣氫，所以液氫在規(guī)?；l(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的儲存、運輸方面具有明顯的優(yōu)勢。

當前，氫的輸送主要有三種方式：一是高壓氣態(tài)運輸，這是目前氫能汽車發(fā)展的主流技術;二是管道輸送;三是低溫液氫輸送。雖然我國當今尚以高壓氣態(tài)氫為主流，但陳霖新建議還應積極進行民用液氫的生產(chǎn)及應用示范。

我國在液氫的制備、儲運及應用裝備技術上要想取得突破，尚需時日，但預計2030年液氫儲運所占比例將會明顯增大。陳霖新表示，目前在我國積極開發(fā)液氫生產(chǎn)技術及其裝備制造是大勢所趨，應采取軍民融合方式加快發(fā)展進程。

為此，陳霖新介紹，從2017年開始，全國氫能標委會組織國內(nèi)涉及液氫生產(chǎn)運營和液氫裝備研究、制造企業(yè)，高等院校編寫制定了《液氫生產(chǎn)系統(tǒng)技術規(guī)范》《液氫貯存和運輸安全技術要求》《氫能汽車用燃料液氫》三項國家標準，在調(diào)查研究、試驗檢測和總結經(jīng)驗的基礎上完成了送審稿，已在2019年10月審查通過，可望在今年年中發(fā)布實施。

氫源綠色 氫能才綠色

“胖五”的成功發(fā)射，不僅推動液氫民用的步伐，也為整個氫能產(chǎn)業(yè)吹來一股東風。

對于我國氫能的發(fā)展，全國氫能標委會委員、國家能源集團北京低碳清潔能源研究院氫能技術開發(fā)部經(jīng)理何廣利向《中國科學報》介紹了 “大氫能”的概念，即規(guī)?；⒍嘣乩脷淠?。

目前，歐洲、日本等國都給予了“大氫能”極大的重視，例如，日本將氫氣用于家庭電聯(lián)產(chǎn)裝置，既滿足供熱需求也能發(fā)電，或用氫氣驅(qū)動燃氣輪機等;歐洲一些國家也在天然氣管網(wǎng)中摻入氫氣，另有一些工廠直接用氫煉鋼、煉鐵。

反觀我國，何廣利表示，目前國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)主要集中于燃料電池汽車，而對別的領域關注較少。相比歐洲、日本等國，國內(nèi)的氫能應用仍有待開發(fā)。

實際上，除了儲氫，制氫也是我國氫能應用的一大障礙。如何選擇氫源就是一個很重要的問題。“現(xiàn)在對于氫能的一個誤區(qū)是總是片面地強調(diào)氫能的清潔性。然而，作為一種二次能源，氫能是否清潔取決于氫源的選擇。”陳霖新說。

何廣利告訴記者，制氫主要有幾大來源，即化石燃料制氫、可再生能源制氫和副產(chǎn)氫(化工生產(chǎn)的某些環(huán)節(jié)作為副產(chǎn)物產(chǎn)出的氫)。面對中國富煤、貧油、少氣的狀況，有人提出中國氫源主要就是副產(chǎn)氫。

“這句話不十分準確。”陳霖新說，“副產(chǎn)氫本身并不一定是綠色的，生產(chǎn)過程中也會排放出二氧化碳，那么這樣產(chǎn)出的氫算藍氫還是灰氫?以焦爐煤氣為例，其生產(chǎn)過程產(chǎn)出的焦炭和大量副產(chǎn)品，存在碳的分攤問題。”而天然氣轉(zhuǎn)化制氫不僅同樣存在二氧化碳排放，而且還面臨中國天然氣缺乏的問題。

“制氫、氫儲運”仍需技術攻堅

陳霖新認為，副產(chǎn)氫在氫能發(fā)展初期可以發(fā)揮作用，但是氫能的長遠發(fā)展還是應該以可再生能源電力水電解制氫為主，或者研究開發(fā)太陽能光解水制氫等。

“中國每年因棄光、棄風、棄水棄掉1000多億度電，如果用來制氫可以制造200多億立方米氫。”陳霖新痛心疾首。他告訴記者，“堿性電解槽可以應付20%~110%的波動，而PEM(質(zhì)子交換膜水電解制氫)電解槽可以應付0%~150%甚至200%的波動。”

“如果能在風能、太陽能資源豐富的西北地區(qū)以及水資源豐富的西南地區(qū)建設水電解制氫和氫儲能設備，并以氫管道、液氫運出，既可以解決可再生能源浪費的問題，還可以實現(xiàn)低成本、零碳/低碳制氫。”陳霖新說。

但是，陳霖新強調(diào)，目前我國的規(guī)?；L電、水電、光伏電力制氫及其相關的氫儲運裝備和工程示范，尚存在嚴重短缺，為實現(xiàn)可再生能源制氫獲得近零碳低成本的氫源，還應積極規(guī)劃建設從制氫、氫儲存到輸送的示范工程，并著力解決其中的關鍵技術。

延伸閱讀

氫能“熱”還需“冷”思考

1月8日，中國國際經(jīng)濟交流中心氫能課題組發(fā)布《中國氫能產(chǎn)業(yè)政策研究》一書。書中提出，當前我國氫能發(fā)展已經(jīng)具備產(chǎn)業(yè)化條件，但也存在關鍵材料核心技術自主性不強、多元化應用不足、商業(yè)化推廣模式尚未建立、產(chǎn)業(yè)過熱苗頭顯現(xiàn)等問題。

發(fā)布會上，中國國際經(jīng)濟交流中心常務副理事長張曉強表示，當前氫能“熱”中應進行客觀理性的“冷”思考，應立足我國國情和國家能源發(fā)展戰(zhàn)略科學謀劃氫能定位，把握好終端應用節(jié)奏，防范發(fā)展過程中的無序競爭和產(chǎn)能過剩風險。

中國科學技術協(xié)會主席萬鋼指出，脫碳加氫和清潔高效是能源科技進步的大趨勢，氫能和燃料電池技術正成為全球能源技術革命的一個重要方向和各國未來能源戰(zhàn)略的重要組成部分，應積極探索中國特色氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展道路，堅持戰(zhàn)略引領，堅持創(chuàng)新驅(qū)動，加快產(chǎn)業(yè)布局，堅持市場導向，堅持標準先行，擴大國際合作，推進氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

中國工業(yè)經(jīng)濟聯(lián)合會會長李毅中表示，業(yè)界在致力燃料電池攻關的同時，也要關注氫氣的來源，只有落實了氫源，氫能產(chǎn)業(yè)鏈才是有源之水、有本之木。制氫路徑的選擇要把握環(huán)保性、經(jīng)濟性、安全性、能效性。燃料電池車的研發(fā)研制進展明顯，在特定的應用場景更顯其優(yōu)勢，有良好的發(fā)展前景，需全盤考慮、縝密規(guī)劃、攻堅克難、有序發(fā)展。

書中也提出，要以氫能應用促進可再生能源發(fā)展，發(fā)揮體制優(yōu)勢促進關鍵核心技術攻關，盡快建立健全行業(yè)監(jiān)管體系和標準體系，通過試點示范探索氫能多元化應用路徑。