中国工程院院士彭苏萍：革命性、新风口与氢能可预见的未来

整理｜杨柳树

编辑｜马斯基

版式｜一道彩虹

ET前言

由新能源重构的新世界，还在搭建。可再生能源如同把守关卡的一株株绿植，在属于自己的时令里，为抵御气候危机散发巨大生命力。未知依旧扑面而来，但显然，氢能，已成为进入复杂新世界的一个确定性入口。

我们对于氢能的探索和思考，已经颇有时日， 认识到一个科学突破的革命性意义，理解时代精神，需要超越时间的眼光，而一场有价值的探讨和碰撞，就如高倍望远镜，既可以看得远，也可以深入到各种落地细节里。

2023年6月，氢能中国行——中国（河北）氢能产业应用生态大会在河北省唐山市召开。这是继3月5日，中国氢能产业应用生态峰会及主题沙龙在北京举办之后，全国制、储、运、加、用、燃料电池、关键部件、核心技术等全产业链生态参与者的又一次集聚。大会通过一场论坛和一场沙龙，在区域化的场景中，探讨技术与生态的协同发展。

此次大会，是由河北省科学技术厅、河北省发展和改革委员会、河北省工业和信息化厅、唐山市人民政府指导，河北省科技成果展示中心、河北省科技成果展示交易中心、河北省科技成果转化促进中心、北京科技成果转化服务中心、天津市科技创新发展中心、唐山市科学技术局主办，中关村会展与服务产业联盟、唐山市曹妃甸区人民政府承办，中国产业发展促进会氢能分会、中国节能协会氢能分会支持，北京顺亿达运力科技集团、能镜、一束碳中和研究院、中咨海外•跨区域产业协作中心、北京国鸿盛世教育科技有限责任公司协办。

中国工程院院士、国家能源专家咨询委员会专家委员彭苏萍，以《中国氢能源与燃料电池发展战略研究》为主题进行演讲， 作为中国固体氧化物电解池(SOEC)技术的领军科学家，彭苏萍从氢能利用的革命性切入，梳理出理解世界、理解氢能的逻辑，也对SOEC技术发展的意义，以及加快全世界范围内非化石能源替代进程的重要性予以阐述。

以下是彭苏萍院士的现场演讲，能镜略作整理和编辑，以飨读者。

A。 氢能利用是革命性的，但需要一个过程 ‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

最近20多年，包括中国在内，世界能源的发展趋势，都是希望尽可能利用可再生能源，减少化石能源的使用，科学界也有近70%的资源，在20年中，不断投向可再生能源的发掘与利用。

但截至去年，中国能源结构中，水资源以外的可再生能源所占比例仅为7%左右。中国工程院提出，能源向绿色低碳转型，中国要两条腿走路，一是资源开发利用方式，从矿藏资源消耗型，向天然资源再生型转变；另一条，是碳氢燃料的开发利用方式，从高碳燃料向低碳燃料转变，即加氢减碳过程。

人类利用能源的过程，其实一直在沿低碳方向发展。

我们的祖先最早烧薪柴，18世纪末期发明蒸汽机，煤炭得到大规模利用；上世纪40年代左右，内燃机被发明，后来又出现燃气轮机，油气资源得到广泛运用；现在，氢能源开始正式进入历史舞台。

与传统能源利用方式不同，氢能利用方式不是「烧」，而是通过电化学反应输出能量。所以，从能源技术层面看，使用氢能源是革命性的——从物理发电，向化学发电方式转变。

但能源转型需要时间。初步判断，至少在我有生之年，氢能还不可能完全替代其他能源，它的发展，需要时间和过程。

B 。氢能进入历史舞台的「三部曲」

中国发展氢能，是国情和现实的需要。

2010年，哥本哈根气候会议，各国领导人聚集一堂，讨论全球气候面临的巨大挑战，「能源和环境」成为全世界各国所面临的问题。

当时，中国能源总量已是世界第一，人均能源占有量也达到了世界平均水平，但环境问题日益严重。由于国内煤电占比大，全球二氧化碳增量的70%，都产生在中国。

那时候，国际上已有一种趋势，所有商品需要带有能源属性标志，非绿色低碳的，不能在国际上流通。

我们奋斗了20年，非水可再生能源在一次能源的比例仅有7%。二氧化碳的问题成为发展的紧箍咒，如何破解，需要好好去思考。

氢能进入视野，开始承担它的历史使命。

2019年7月23日，中国工程院召开全国关于氢能发展的座谈会，当时预计60人左右的规模，结果来了七百多人。这年10月，中央指出，氢能源是中国未来能源的重要补充，氢能首次写入《政府工作报告》。

2020年9月，中国正式提出「双碳」目标。这一年的《能源法》征求意见稿中，也首次将氢能纳入能源体系管理。

2022年3月23日，国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》，明确了氢能三大战略定位，指出氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体，是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。

氢能通过这「三部曲」，开始进入历史舞台。

C。 SOEC 优势渐露

截至去年年底，制定氢能规划或列入规划的国家已有83个，随着国际市场拓展和国内技术创新冲刺，中国新能源产业正逐渐成为全球工业格局中的重要一环。

显然，氢能发展早期阶段已经到来，不需要争论要不要发展，而是要深度考虑如何才能做得好。

中国氢能发展有两个目标：一是消纳可再生能源，二是参与到大宗石油化工、煤化工中，高碳能源低碳化，改善能源品质。

去年， 全球纯氢产量超过7500万吨，产能可以达到1.14亿吨，主要用于石油精炼、合成氨。

中国现在是世界上最大的制氢国，占世界产量的一半，以煤制氢为主，2022年占比56.2%，其次为天然气制氢和工业副产氢，合计占比74%。

相比较看，美国氢气主要通过无CCS技术的天然气制成；欧盟主要氢源来自天然气制氢和工业副产氢。

目前，欧美已经把高温固体氧化物电解制氢（SOEC）作为今后发展的主要技术路线。

利用固体氧化物电解池（SOEC，Solid oxide electrolysis cell)，在高温下电解水蒸气制氢，它不需要贵金属参与，可以利用高温余热，还可以实现水和二氧化碳共同电解。

美国将这一技术看作提升核电运行灵活性的重要手段，NASA还利用SOEC技术在火星上制氧，欧盟也将其视作Power to X的重要途径，以提升能源安全水平。该领域比较有代表性的全球公司有丹麦的托普索公司（Topsoe）等。

中国目前也正在研究，如何通过这条技术路线，解决加氢站的问题。

发展氢能成为中国国策后，中国的执行力超过了世界上任何一个国家，去年，全球有727座在营业加氢站，中国占到245座。今年，全球一半以上的加氢站建设都发生在中国。

从氢能利用过程来看，主要通过燃料电池来实现各个场景的使用，目前主流应用为质子膜燃料电池，它的工作温度在80至90度，启动快，温度低，但因为需要贵金属铂金做催化剂，需要原料纯度很高，成本居高不下。

固体氧化物燃料电池（SOFC）工作属于高温燃料电池，工作温度在600度到800度之间，能源转换效率高，也不需要需要铂金，粗氢、天然气、液化气、沼气作为原料都可以，这些优势，让它逐渐开始获得越来越多的关注。

D。 SOEC 在中国

中国矿业大学（北京）是最早参与中国固体氧化物燃料电池的研究单位之一，「十二五」期间，完成了第一个SOFC方向的国家「973计划」项目；同时，中科院大连化物所、宁波材料所、华中科技大学和中科院上硅所分别承担了国家「863计划」项目。

十三五期间，国家能源集团、国家电网、华能集团、潍柴动力、晋煤集团以及中广核等公司开始介入研发。

2017年，我们团队，依托国家能源集团，承担了国家重点研发计划——「CO₂近零排放的煤气化发电技术」，其核心是开发SOFC及SOEC关键技术及系统，在宁夏宁东煤化工基地，建成兆瓦级煤气化燃料电池系统示范基地。

2022年底，潮州三环和广东能源也合作开展了210千瓦高温燃料电池发电系统研发与应用示范项目，2023年1月，通过验收。

这两个系统对中国氢能发展，均有积极的促进意义。

下一阶段，我们要在怀柔实验室完成10兆瓦示范项目，将煤气化发电效率丛40%提高到53%，排放的二氧化碳的浓度超过94%，利于捕集和利用。

我们的目标是将发电效率提升到60%，从技术进步趋势看，前景光明。技术普及后，耦合可再生能源电力，还可以把二氧化碳转化为甲醇和甲烷，发展空间更大。

E。适用场景日渐清晰

伴随3+2示范城市群的启动，及各地方政府氢能规划的出台，氢能及燃料电池汽车已进入发展快车道，关于氢燃料电池在乘用车领域是否适用，依然充满争议。但在重卡领域，它的确定性正在变得清晰。

现在，包括中国重汽、江铃、上汽、陕汽、潍柴、飞驰、东风、解放、徐工、南京金龙、东风柳州、东风汽车、郑州宇通、成都大运、一汽、三一重工等在内，越来越多传统商用车品牌陆续推出燃料电池重卡车型。

2022年，氢燃料电池重卡实销2465辆，同比增长216%，占商用车的51.55%，成为这一市场发展的最大推动力。

预测到2030年，中国氢能重卡保有量会达到大十万台级，形成1000亿的市场规模。

氢能船舶可能会成为氢燃料电池推广的下一个风口。万吨级以上的大型船舶减排，燃料电池是比较好的解决方案。

我国交通部也在加大推广燃料电池动力船舶，推进氢能等在这个领域的应用。2022年，中创量云在浙江舟山签订国内最大单批次20艘新材料氢能休闲船舶项目订单。

11月，由江龙船艇建造的国内首艘入级中国船级社（CCS）500kw氢燃料电池动力船艇「氢舟1号」完成合拢；12月，大连化物所与大连云海创新科技合作研制的氢燃料电池无人船试航成功。

氢储能方面，中国起步较晚，2019年之前多处于实验室研发阶段。

2019年8月，中国首个MW级氢储能项目——安徽六安市1MW分布式氢能综合利用站电网调峰示范项目签约，去年7月开始营运。

目前中国在建和示范运行的氢储能设施共有7座。其中，位于张家口在建的「张家口200MW/800MWh氢储能发电项目」是目前全球最大的氢储能项目。

在氢冶金方面，河钢、宝武等大型钢企也都在持续探索中。

F。问题解决仍在路上

中国发展氢能源，基础较好。

我们有丰富的氢源基础，制氢技术自主可控，尤其对煤制氢技术有深入研究，而且中国是目前世界第一制氢大国、最大汽车市场，汽车保有量已经超过4.5亿辆，在应用场景上有很多可探索的空间。但氢能在中国依然面临诸多掣肘。比如相关技术、关键零部件尚未实现100%国产化。去年7月，我到苏州一家碱性电解槽制造企业参加1400标方下线仪式剪彩。仔细分析了它的生产系统成本构成后，发现关键零部件依然靠进口。

另外，煤制氢最大问题，是二氧化碳排放如何控制。关于CCS配套工程，国家已提前布局，比如陕西榆林市百万吨CCS工程有7个，但还需要继续加强深化，不把二氧化碳排放问题解决，GDP就上不去。

储运方面，要逐渐增加70兆帕加注技术的使用，减少35兆帕储氢瓶的应用，北京冬奥会的测试也说明，只有70兆帕才能满足运行需求。

质子交换膜燃料电池方面，关键材料还未完全实现国产化，当然也有好消息，膜电极和碳纸等已突破卡脖子技术，和国外对比，质量已相差无几。

另外，SOFC虽然优势逐渐显现，但在中国还未形成气候。

解决这些问题，涉及到政策层面的引导和科技的创新进步。

我们看到，中央已经把氢能列入大的发展战略，氢燃料电池汽车、天然气掺氢、绿色合成氨等技术都在推进，而且步伐比以前更大。

国家能源局局长章建华在多个场合提到氢能源的发展规划，工信部推动区域协同，以京津冀、长三角、大湾区和武汉为中心的中部经济带，4个燃料电池补贴计划和山东省「氢进万家」等，都是推进氢能产业发展的重要举措。

质子膜燃料电池方面自主研发和产业化水平在大幅度提高；固体氧化物燃料电池动作在加快，而且通过大规模集中式发展，会比国外发展得更快；另外，燃料电池成本也在不断下降，力争到2050年降到300元/Kw。

氢能作为完成2050年国家双碳目标的主要推手，我们充满信心，同时也有几点建议——

首先要有顶层设计。由国家能源局、国家发改委，设计和统筹全国燃料电池和氢能的发展；第二，希望国家应急管理部，将氢能从危险化学品划入能源管理，制定一套标准体系；第三，目前金融资本进入的还不够，希望能有更多的资本进入；第四，需要国有资本坚强有力的支持。

未来10-20年，是中国氢能源与燃料电池产业发展的重要机遇期，希望战略、政策、技术、资金以及国际合作等多方面协同助力，真正实现中国氢能源与燃料电池的高质量发展。 ✪