范钦柏：氢能源基础设施的关键技术路线

2020年8月13日-15日，“2020中国汽车论坛”在上海隆重召开。该论坛是由中国汽车工业协会（CAAM）主办，世界汽车组织（OICA）、世界经济论坛（WEF）唯一支持的行业顶级论坛。本届论坛以“新变局 新挑战 新思路——引领中国汽车新征程”为主题，紧扣时代脉搏,求索突破之道，紧密围绕“十四五”规划，把控宏观产业形势，解析全球汽车产业发展动态。其中，在8月14日下午举办的“氢能产业发展及燃料电池技术创新论坛”分论坛上，中国能源工程集团首席科学家范钦柏发表了主题演讲，以下为演讲实录：

中国能源工程集团首席科学家范钦柏

范钦柏：今天下午我给大家讲讲技术路线、产品方面的。有一个省的燃料电池方面的计划，他说他要设立一个标准策略，讲了很多燃料电池的方法。我说第一点，我到国内来才一年半，第一年是什么问题？这个测试台出来的测试标准有没有？测试台每一个星期都要进行日平衡、气平衡、水平衡、电平衡的校正。比如测试电堆，今天出的和每天出的结果不一样，出的水也不一样，所以我今天讲氢能源基础设施的关键技术路线，他们大部分从汽车行业看能源，我讲的是能源行业看汽车。

第一点，曾经有一个总结，中氢科技的CEO讲燃料电池产业链的问题，包括石墨板电堆、金属板电堆、产氢、储氢、运氢、加氢是一个产业链的问题。即使有最好的催化剂，有最好的板，有最好的隔膜，但做出来并不一定是最好的电堆，也不一定是最好的发动机。锂电池和燃料电池不一样的，但是用户来讲不管，这是能源系统。锂电池是一个能量储备系统，燃料系统是能量转换系统。锂电池是密闭体系，燃料电池是开放体系，所以开放体系对环境的影响非常大，这一点大家要搞清楚。

这个就是我要讲的内容，这一张纸是最近美国国会通过了一个报告，报告里面总共有174个字报告，总共有108个提到氢，都提到了绿氢和蓝氢的问题，我下面就讲一下能源结构。刚才大家讲到了美国的能源路线图，能源在各个国家来讲是面临到能源私有还是国有，美国的能源是私有企业，美国的天然气非常丰富，它的能源结构跟中国不一样，所以我个人认为燃料电池的发展要跟各个国家的国情相结合。谈到二氧化碳的问题，为什么美国要推出那么多的协议？一个人一天的二氧化碳的排放量差不多一公里，中国有14亿的人口，就是不开汽车，一天排放的二氧化碳量足够开汽车，他说我为什么受你的影响？

第二个问题，我们空气当中有二分之一氧气，也就是有很多的碳存在在地球上面。如果你搞核能的话，你就可能开20年车子，当时想为什么我们还要氢能？不是说氢能不好，只是讲了我们的能源安全永远大于气候变暖，这是一个概念。当我们国家强调气候变暖，只是一个概念问题，实际上我们国家的能源安全是最主要的。

下面讲一下能源的结构。我们讲氢能是基于什么？是基于氢，所有的东西可以转化成氢，但是转化成氢以后，前面卢总讲了氢的密度，我们从柴油、木炭一直到氢能，它的清洁能力最高。氢气在我们市场上最大的应用，就是铁的采矿，我们能源用得比较少。

下面是科学院士一直在提，我们的能量密度比较高。氢能有两个能量密度，一个是重量能量密度是相当高，因为它比较轻，它的摩尔只有两克，但是它的体积能量密度是非常低的，它只有汽油的0.1%，我们的运氢是一个很大的问题。

下面我讲一下氢气的生产问题。有个很大的问题是什么？氢气从什么地方来，到什么地方去，我当时在家里面想的时候，有点像看《西游记》的时候。比如说水电发电厂可以电解，电解分为好几种，高温电解、常温电解、酸性电解等。第二个重整器，天然气重整器、柴油器等，这些重整器没有一种技术-FlexFuel重整器，什么东西拿过来都可以用，但是我们中国没有开发这个重整器。下面一个是氢气纯化，PSA和钯膜或其他隔膜。还有金属与水反应，比如镁粉、铝粉等。还有STCH，这一点大家要知道，我们怎么回答这个问题？最后一个是工业副产氢，实际上我们没有工业副产氢。

他的产氢是20块钱一公斤，到专家手上是80块钱一公斤，路费是60块钱一公斤，所以这里面有些问题。工业副产氢最大的问题就是纯化问题。

我讲讲电解的问题，一般情况下酸性、高温的效率不一样，所以我跳过去不多讲。这个地方有的是用镁制氢，一个是镁跟氢直接反应，还有镁形成氢化物。比如说中铝做储能，也可以的，铝和水反应，这个铝再回炉把铝制作出来，这个要考虑多少容量。大家知道一公里的氢是用电解的办法，大概五度电，五十度电是一公斤，假如用镁，可以看看一公斤镁用多少能量，我讲的是能量平衡问题。

下面是热化学制氢，美国研究了很多。当时给到我一千万美元建立一个太阳塔，搞过去的时候，温度是1600度。这种情况下，你制作的氢气要分离，所以过去搞过123种氢气的制备方法、日检方法。

下面就讲氢气的储运问题，我后面加了一点，就是中国的氢能联盟，我们氢能远洋运输，第一个是液氢，第二个是氨，第三个是液态有机，比如氢油，氢油。但是这有一个大量的问题，三个不能同时存在，液态氢是一个原料，可以开车子，液氨不行的。

下面讲的就是氢气的加注。我在美国做加氢战略的时候，它有一个最大的问题，我们要把它冷到零下4度的时候，里面才会发热。通常要求一分钟加三公斤，国内加1.5公斤，它最主要的是没冷到零下40度。下面就讲冷的问题，要冷到40度的能量消耗。

无知者无畏，必须用比天然气更严格的标准来氢气，比如爆炸的事件就不报道，因为会影响到氢能的发展。现场制氢加注和远程运输，这里面包括了重整器、电解器、热化学，这三个需要的是耐心。

做氢能源，我是1958年做的，做了六十几年，美国一开始说五年后燃料电池商业化，后来讲了20年没有商业化，他们不提五年了，后来说干脆提哪一年商业化。这个里面我们有很多的应用，1972年第一次金融危机，后面还有甲醇经济、乙醇经济，甲醇经济是根据煤碳的清洁利用。

我讲一下DOE燃料成本的目标，我的两个同事是美国专家，他们建立这些标准的时候，我们不讨论。这个里面讲了他以什么东西为标准，他是以汽油汽车的引进进行倒推。

这个是选择规则，我们国内经常报道，比如某某公司做了一百多千瓦，旁边是做兆瓦级的燃料电池，在美国兆瓦级的已经没有问题，关键是寿命问题。前面王芳老师讲了做燃料电池的时候，最好做一个图把问题找出来。

这个是我主要讲的，我们要引进燃料电池，2015年的时候投了2000万美元作为燃料电池的综合生产线。我上面讲了小作坊很难成就大气侯，做锂电池的话，不可能什么都做，所以我们现在要做综合生产线，有的是喷涂、有的是刷。还有双极板是冲压成型，总共是六个步骤。我们讲了许多燃料电池，我们都没有讲到回收，锂电池总要回收的，燃料电池怎么回收？国家没有考虑到这个问题，所以我希望现在也要考虑到燃料电池的回收。

这个地方讲到了水平衡、能量平衡、气平衡、热平衡、化学腐蚀等问题，我们做学问也做得仔细一点。下面是产业链的问题，我讲一个最后的问题，就是燃料电池问题的承受度。售后服务是企业失败的主要问题，当时在美国的时候，也有十几家燃料电池，所以这是一个问题。

最后我谢谢你们的关注，所以说我每次讲的时候，就让大家问问自己“你氢醒了吗？”谢谢大家！