中国科学院院士周远：大规模高效低温压缩氢及储运关键技术
2018-11-02 16:37:04
摘要：中国科学院院士、中国科学院理化技术研究所研究员周远在“新能源汽车专业论坛”上作了主旨演讲。
能源新闻网讯2018年10月30-31日，由全国工商联新能源商会与大同市人民政府共同主办，以“多能互补”为主题的第十二届中国新能源国际高峰论坛（NEX2018）在北京国家会议中心隆重召开。中国科学院院士、中国科学院理化技术研究所研究员周远在“新能源汽车专业论坛”上作了主旨演讲。
以下为周远演讲文字实录：
很高兴参加这样一个论坛，因为我们在氢的工作，包括它的处理，在一化这方面做了多年的工作，所以今天跟大家见面，也许我有的地方讲的不对或者有问题的，大家也可以提一提。
其实，氢在我们国家有很多来源，还是有特色的，因为我们中国煤很多，煤里面氢就很多。好煤里面的氢含量400立方米，就占这么高，所以我们是煤的大国，但是怎么用煤也是很要紧的事情。我讲一下氢的优点。第一，比如说弃风弃光、光电风电不好处理，不好上网，我们可以用把它制成氢，制成氢之后就可以把它储存起来运走，它燃烧的时候，虽然是一个非常好的能源，它燃烧就是水。另外，它的热值很高，没单位质量产生的热量，比如说跟天然气相比，是天然气的2.5倍，如果跟汽油相比，是3倍。跟煤比，它的热值是4.4倍，所以它的热值是很高的。比如燃料电池何以做分布式能源，有的地方除了电，可以产生热，安全性比较好。所谓安全性好，它是跟天然气比、跟汽油比都比较好，因为他可以把氢放在露天。发展氢能对于解决我们国家能源，降低大气的污染，包括我们国家的能源供应都有很重要的意义。
还要讲一点，从它的前途来说，大家知道气候是非常要紧的事情，现在我们大家重视的是地面的，天上还有问题。飞机要用汽油或者是燃料，他也产生二氧化碳，所有的化石能源都用完了，你用什么？不能把原子能搬到天上去，所有氢从长远来说可以作为天上交通的，就是航空交通的一个能源，也许要到二百年以后，但是总有这么一天要到来。氢大量的应用都在石油化工公益，比如说甲醇、石油炼化。在冶金、电子工业产品等方面都是大有用处的。另外，作为最清洁的能源可以做到零排放，因为它就是水，不像天然气，天然气还有二氧化碳，它虽然少。未来大规模取代煤炭的还是燃油电池，这个需要大家共同的努力，包括世界共同的努力，我们发展的比较快，技术进步比较快，八年十年之后就可以见到效果了，这是我个人的看法。将来在绿色能源的储能，我刚才说了，氢产生了之后压缩起来，可以把它储存起来，储存起来可以运走，风能跟太阳能上网是一个很大的问题，所以要储成氢也能，液化请都可以保存起来，还可以运走，作为储能来说也是很有前途的。我刚才说了，石化、冶金、储能、燃料电池，这些都是非常显而易见的，不用说大家都知道的。
从液体氢来说，从世界来说，北美大规模生产氢的有15座生产能力，每天的产量大概是400吨，这是北美洲。欧洲每天的生产量是20吨，亚洲主要是日本比较多，有16个生产厂，生产量是每天50吨。中国现在最少，除了101站，就是航天部的，还有海南的，大概是每天3吨，所以差距很大。美国有三分之一的液体氢，有三分之一的氢变成液体了，液体有三分之一以上用在石化电子行业，还有不到20%的是用在航空航天领域，超过10%是用于燃料电池车辆。
氢用一个性能，大家可能不太知道，要是把它变成液体氢的话是20K，20K相当于零下263度。如果你把它液化之后还有一个性能，因为氢的结构里面有自旋、左旋、右旋，旋转不一样，转换的时候要把氢热蒸发，液体的时候蒸发的比较快，时间久了压力会变高。液体气慢慢升高，比如说200个气压，20MPa的储运压力和易于获得的80K温度，储能密度可以达到40K-60g/L，氢只要变成液体的话，一个立方米是71公斤，如果是室温每个立方米是80K，密度比较小，它的缺点就是这样的。我们用液氮氢，就是液体氢，无相变，就是第一条它要生涯。低温液氢活的成本低，比液化氢要低很多。从80K-20K消耗的功能很多，所以我们不用液体氢，而是用低温高压氢，他它储存起来就省很多，所以我们提倡用200大气压的低温气，零下190度左右。制备储藏简单，也不要很多设备，只要通过液氮，大家都知道液氮零下190度的样子，钢铁工业里面生产出来的液体氮，顺便就用它来那个了，所以安全性很好，经济性也很好，所以我们提倡用80K的200大气压来储存。
我们做个对比。如果我们用36T卡车来运的话，这个图可以看出来，80K低温氢总的成本大概是这样，那边是200大气压，如果高于200大气压效果也没有太多的好处。从那条线可以看出来，如果是50大气压成本大概是7块钱，200大气压的时候还不到6块钱，氢的运输成本，底下一条红线是运输的成本，运输成本也是在200大气压的时候最少，中间那条线本身就是冷却成本，冷却花的钱，所以最终的压力选取200大气压比较合适，因为常温运送的时候，所以我们用200大气压是最好的情况。
举一些例子来说明。大巴车，燃料电池在美国也好，在日本也好，不是用在小车里面，而是用在大巴车，大巴车的储运压力和长途运输压力一般是一致的，这样就户简化。加的氢跟你那个氢压力是一样的，这样就比较好。从下面这张图表可以看出来，如果是100公里的氢，液体氢运输成本是17块钱，高压冷氢是9块多钱，压缩氢是日本人都在用的，是17块钱左右，如果是200公里，又有一个表，一个是17.72，一个是26.43。如果到1000公里，运送来说的话，22.8，高压氢是22.42，差不多。如果远距离输送和液体氢输送差不多，压缩氢是103块钱。
氢是未来能源的目标，但是从燃料电池来说还有一个过程，一是成本比较高，主要还是压缩效率，总体来说我们最终要用液体氢，但是从实际情况，从成本核算还可以考虑。随着技术的发展，如果液体氢量比较大，我们用液体氢比较合适。如果储氢，如果有风电或者是太阳能电不能上网，要储存起来，用压缩氢和液氢都很好，可能用液氢更好一点。如果是用燃料电池，而且想比较快的上，我的意思是说用低温压缩氢。当然国外也有好多种方法，不管是日本还是德国也好，里面是一个铝的胆，外边包了碳纤维，这个成本非常高，做一个这样的容器，光是化学容器就得10万，那就很厉害了了。我们考虑来考虑去，现在比较好的方法是80K的高压氢，这样问题比较小一点，当然我们也要努力了，高压氢也好，液氢也好，都有一个漏的问题。外面热进来的时候要相对升高，80K比较好，因为保温做起来比较容易。如果是80K，制液氮就行了，其他都不要了。再有一个压缩机，再有一个液氢的环境就可以了，当然最好的是，比较简单的，像日本这样的，压缩就行了，因为要做液体氢的话还要制冷，技术制冷到20K，那个比较复杂。总体来说，在不久的将来，如果快的话用八年到十年的时间燃料电池非常有前途，但是就看它的技术进步，大家努力程度怎么样。如果跟上了，我觉得这是一个非常有潜力的技术。因为现在总的来说，因为燃料电池本身做了很多努力，电池本身的铂的消耗比较多，现在在逐渐降低，成本在降低，燃料电池是一个很大的问题，我们尽快的想在这方面，国家能够支持这个项目，把氢的储存运输成本降下来，需要看行业的科技人员的努力程度。从根本来说，从长远来说，液氢不管是天上地下将来都是有发展空间的。我刚才说了，现在重视的是地面的二氧化碳排放，将来石化能源用完了，用什么来做？这是很大的问题，这是更远的了，但是我们要考虑到。现在科技发展的很快，一百年以后也许燃料电池五年以后就可能上市，这就是企业家、科技人员共同努力把它弄上去，那我们就走到前面了。相比来说，我们比美国落后，比日本落后，如果大家共同努力前景还是很好的。
