中国工程院院士彭苏萍：消纳二氧化碳比制氢更急迫
区域问题、产业问题、标准问题，一定要跟市场和国际化交流，中国毕竟是后发优势，交流是非常重要的，氢能源和燃料电池产业，一定要向别人学习
文 | 彭苏萍
中国工程院院士，中国矿业大学教授、博士生导师彭苏萍，在中国（西部）氢能大会上发表了题为“中国氢能源与燃料电池发展战略研究”的演讲。
在演讲中彭苏萍表示，对中国来说，如何把二氧化碳消纳比制氢来的更急迫，因为二氧化碳会造成温室气体，所以无论是欧洲还是美国，包括中国，第一次在国家层面上把固体氧化物电解池纳入非常重要的方向。
此外，彭苏萍提出五个重要的应用场景：电氢融合，消纳可再生能源，提高可再生能源占比；燃料电池发电；氢能源耦合煤化工、石油化工；燃料电池重卡；氢燃料电池船舶应用。
最后彭苏萍表示，区域问题、产业问题、标准问题，一定要跟市场和国际化交流，中国毕竟是后发优势，交流是非常重要的，氢能源和燃料电池产业，一定要向别人学习。
以下为彭苏萍演讲实录
今天跟大家汇报的题目是“中国氢能源与燃料电池发展战略研究”，题目是中国工程院长期的，而且是国家能源委员会要求每半年跟国家能源委员会要报告的题目。
第一部分，氢能源与燃料电池发展的背景
大家知道氢能源的发展，从国家的战略发展来讲，最先不是中国，而是美国克林顿总统，在美国率先实施一系列的政策鼓励氢能源的发展，后来总统小布什又提出把氢能源向氢经济方面发展。美国当时氢热潮没有坚持下去的原因是制氢成本高，是贵重能源。
现在氢能源的发展，有两个引擎。
中国是一个引擎。陕西是煤炭大省，2003年之后中国的煤炭工业得到高速的发展，一大批煤炭企业家感觉煤炭的发展过程一定要走多元化的路子，所以煤化工是企业家做出来的，并不是国家督导出来的。做完之后煤化工的产能相对过剩，因此转到制氢，当时是现在的国资委主任张玉卓同志，当时他找到我，说“彭院士，中国煤制氢的生产成本是六毛九分钱，加上财务成本，九毛钱可以卖，工程院的能源学部能否帮我做一个策划，氢能产业能不能走下去”。当时我是学部副主任，领着团队给国资委做这方面工作，再后来就是大家所知道的氢能源发展。
第二个引擎是日本。日本福岛事件后是缺电的，日本北部地区以核电为主，南部地区以煤电为主，北部地区的输变电是60赫兹，南部地区是50赫兹，顶层设计之后，当出现福岛事件后，把核电关闭之后北部地区缺电，所以日本就提出两个政策，一是在公共场所包括宾馆，把温度从以前的22度提高到28度，包括接待可以不打领带，二是燃料电池进家庭，提出700瓦到2000瓦热电联供的燃料电池到家庭去，补充北部地区能源缺乏的常态。
人类的活动最近30年来关于能源的消费，我们提倡尽可能用可再生能源，少用化石能源，因为双碳温室气体的效应问题一直影响着能源发展模式。如何把传统的化石能源低碳化的利用，低碳化利用实际是加氢减碳的过程，在可再生能源发展上，氢是非常好的纽带。从人类用能的发展过程中可以看到，我们的祖先是用生物质能源，18世纪末期，瓦特发明了蒸汽机，我们的煤炭就得到广泛的利用，上世纪40年代发明了内燃机，现在我们的油气得到了广泛的利用。
氢能源是燃料电池的技术发展起来了，但是转化的发生有可能发生革命性的变化，也就是以前通过烧蒸汽，通过汽轮机的转动带动发电，从物理发电向现在加热的过程产生放电的过程，它就是从物理发电向化学发电演化的过程。
关于氢能源燃烧的过程不是我们提倡的，这是今天要明确的。如果转化方式不发生转变，提出烧氢是无论如何不划算的，所以氢能源其他国家都希望是蒸机能源，我们是改善能源的介质，后面会讲。
关于氢能源的发展，最近二三十年的推动，特别是最近十年，世界上将近80个国家纷纷做出自己的规划，以美国、德国、日本、中国，特别是“双碳”目标来了之后，中国感觉到有压力，实际上日本和一些发达的资本主义国家也有压力。
今天我跟大家讲的新能源，因为我到这个地方讲是第二次，意义和范畴已经不大了。因为我们讲燃料方式转变之后，就知道去年以前我还主要针对于纯氢的问题。现在我跟大家讲是泛氢，世界的发展趋势以及以前的纯氢，现在氨、甲醇和氢三种都是我们今后都要考虑的，哪个能做好就发展哪个。特别是美国2016年和日本澳大利亚提出氢能2.0时代概念以来，世界各国都在反思。因为我们纯氢的储运目前成本的问题、安全性的问题，我们分析十年之内很难在市场上得到广泛的推广应用之后，绿氨（氢能2.0时代这个里）提出如何从澳大利亚，从以前制氢向制绿氨在阿拉斯加或东京示范之后，中国二十年以前我们的山西、吉林、河南、陕西也有一部分，我们当时搞甲醇。
我们甲醇是掺到汽油里面，但是中国把它暂停了，现在又起来了。因为这是一个过程，我们的老部长（何部长）几次跟我讲，绿色甲醇是要提倡的，不光是绿色甲醇的问题，中东的一批油气厂商现在纷纷加入到里面投资甲醇。
我们国家为什么要搞双碳，我跟大家讲一个我自己的切身体会。2009年，我当了院士之后，做了很多的出差，到哥本哈根，第一次感受到国际上对中国的排放问题的反对。我当时干工程院士不是很久，意识还没有这么强，给我冲击力最大的是温家宝总理在哥本哈根会议上，年龄大的都记得当时直播的形式，温家宝总理最后就讲一句话，我们二氧化碳的排放比较大，但是我们人口是最高的，我们平均到个人来讲，我们是低的。
但是，我们到2013年之后，大家知道我们人均的能源占有量在世界上已经超过了世界人均水平，这是第一个数字。
第二个二氧化碳新增的总量里面，70%是中国提供的，这两个指标一来，中国就没有退路了。因为2009年、2010年，欧洲就提出要收碳税的问题。当时是中国和美国联手按住了，现在这个趋势又在进一步加强。而且，提出这个碳税的问题，国际贸易如果不做这方面标定的时候，国际贸易我们中国就会受到很大影响。所以，双碳目标，习近平总书记说双碳是我们自己要干的事，我的理解是这个。贸易都要受到很大影响，对中国来讲一定要下决心。
跟大家讲一个例子，现在关于双碳的问题，中国已经跟美国不是一条战壕了。2010年，奥巴马当总统的时候公布了清洁电力生产法，在美国就提出了每生产1000瓦时的电力二氧化碳排放是637克。637克折合成标准煤210克。大家知道，我们中国的电厂“十三五”目标是310克，我们最好的电厂耗煤量是270克左右，有的人说280克，我们就算270克。中国这种电厂不到五家。你想想如果美国提出清洁电力生产法之后，美国到现在一直没有一个燃煤电厂，是燃气电厂。所以，中国关于双碳的工作是一定要做。
这一系列的工作，我们一定要好好去做这些方面的工作。国家有关的部委怎么推动新能源的发展，今年两个多月以前发改委还专门提出了清洁能源产业发展的鼓励名录，这都是一系列的活动。这个涉及到供应侧、需求侧，我们要好好统筹去考虑。以前前五年我们搞清洁能源的时候，为什么走不下去，也是当时我们只讲氢的问题，它确实有很多约束的方面，包括制氢现在在化工园区里面把它作为危险化学品，我们在储氢和运氢的过程中成本降不下来。
2020年中国科协在山东省开年会，当时万钢主席专门找到我，让我带着队伍到山东省调研一下，研究从制氢到运氢的过程中成本怎么控制，跟大家汇报一下结果，当时做完山东省制氢的成本是10元，因为工业副产氢比较多，之后不到200公里范围内的储运成本，到加注之前是30元，制造成本当时10元一公斤，到最后会降到7元制造的成本，但是储运到加注之间的钱，30元一直降不下来，所以这给氢能发展提出非常大的挑战。现在为什么提出氨和甲醇，这方面就解决储运过程中非常大的安全性和稳定性的问题。
我们严格算了一下，中国和世界上氢的发展都是稳定的，世界上产出量超过7500万吨/年，我还有一个指标是1.14亿吨，这部分氢主要用于精细化工（合成氨技术），真正应用能源里面的氢是0.1%。
2022年中国是氢气产量3353万吨，为什么讲这个数字？因为氢是两个属性特征：能源和资源，现在更多是作为一种资源，现在过多的在提绿氢，其实绿氢是电氢，目前来讲成本很高，所以从我们发展的角度，目前并不赞成把其他所谓的非氢压注掉。在欧洲和美国，90%以上的氢还是天然气制氢，而中国是煤化工制氢。
另外在绿氢的过程中怎么发展，因为氢是二次能源，我们现在有三种制氢的方法和技术，一是碱性电解槽，目前它是最成熟、最规模的方法；二是质子膜制氢，目前国家也在积极发展；三是提倡高温固体氧化物电解池制氢，国家实验室也已经把它作为研究发展方向，因为温度高耗能少，我们做过调研后，制氢的成本典型电解槽目前不会低于4.6度，而固体氧化物电解池制氢，我们认为今后可以控制在3.3度以下，实际有些实验已经做到3.1度，早期已经做到3.7度，并且它不但可以制氢，还可以消纳二氧化碳。
在中国来讲，如何把二氧化碳消纳比制氢来的更急迫，因为二氧化碳会造成温室气体，所以无论是欧洲还是美国，包括中国，第一次在国家层面上把固体氧化物电解池纳入非常重要的方向。
Topsoe是世界上最大的化工制氢公司，实际是做设计的，是世界先进化工的代表性公司。2023年5月，该公司世界首座工业化规模的SOEC电解槽制造工厂开工建设。
而加氢站的问题，世界上去年年底有727座，我们国家到现在为止超过世界的一半有358座，总的来讲运行上我国是世界第一有245座。运输上是氢气，有的人提出中国有液氢，液氢目前还只能用于航天，民用成本受不了，现在氢能源的发展过程，实际是一直跟经济做挑战。
可以跟大家讲，这几年氢能有比较大的发展，去年新冠肺炎停摆的产业都有一些消停的过程，氢能的用量增加50万吨，化工行业和传统的氢能，陕西也是化工基地，在陕西现在制氢、化工等都把CCS工程结合在一起，包括其他的不一一讲。
在交通方面，中国不仅做交通还做发电，发电占中国能源的60%左右，发电起不来，氢能源就达不到尽善尽美，所以发电也是我们要提倡的。燃料电池一是质子膜，一是固体氧化物，质子膜工作温度80几度，启动快，因此主要用于交通，所以很多人认为质子膜当燃料电池，实际还有固体氧化物燃料电池，我们做的结果，它的温度目前还是720～800度，温度比较高效率还可以（比质子膜高一些），但是启动慢，唯一一个做热电联供效果比较好。
跟大家汇报一下，自己带着团队刚完成兆瓦级热工500千瓦的发电示范基地之后，发电效果已达到52%，速度是非常快的，并且我们还把二氧化碳普及了，普及的浓度91%左右，对外公布是94%，实际做到97%，因为现在不敢公布太高，公布太高怕今后有压力，但实现91%后本身二氧化碳就会压缩，一压缩把水一浇，用途也都比较好，更主要是高温的二氧化碳，跟高温的水蒸气结合在一起，它会变成化工原料，今后电厂的发电碳可以不排放进行循环。
燃料电池车去年得到比较大的发展，中国燃料电池车占世界1/6还强一点，总的来说增长155%，这是我们的情况。
发电方面，刚才讲了国际上固体氧化物燃料电池发电是Bloom Energy，美国搞燃料电池、搞氢能方面，它不做燃料电池车，主要是提高电力的稳定性，最近二十年来，国际上两次大停电都在美国，一次是北美大停电，一次是2020年SaaS大停电，它是以整个电力的稳定性作用目标，因为燃料电池发电跟以前发电不一样，它的方式是并联式的，坏掉一个整个电力系统不受影响，只不过效率低一点，所以目前大的数据中心、医院、商场都用它的模式，像Bloom推广比较好，现在已经进入到亚洲到韩国了。
中国现在也在做，我们是做固体氧化物，“十二五”期间973是与矿业大学完成，因为矿业大学主要做煤，主要针对二氧化碳的问题，所以“十三五”期间，我们跟国家能源集团做了首个兆瓦级的技术示范基地，在去年通过科技部的验收，刚才的指标体系跟大家讲，发电效率52%，但是发电的过程中有二氧化碳的普及，超临界的人民电厂现在是40%，如果是40%加二氧化碳普及9%的能源只有30%左右，如果将50%再加9%，可以达到60%的发电效率，这方面从技术路线上可以走下去。
刚才讲了氢的问题，存储、液化的成本高、长距离的运输还有难度，现在国际上如何把氨和甲醇做到这方面，这块得到中国非常好的响应，从高层领导的推动，到企业家、地区（宁夏、福州，特别是中东）设备运作已经进来，所以这方面是比较强的优势不多讲。
掺氢的题目不是很大，我们也做过调研，上世纪80年代末90年代初，中国提出大中城市从事煤气化的过程中，人造煤气比氢的含量高，最高达到百分之三十几，当时不是氨基氰的问题，而是煤焦油把煤气灶混合的问题，我们也做过检验，当时铸铁的管子到现在还是非常好的，所以纯氢长距离的运输是我们要考虑的。储能的方式，昨天在吉林准备做第二个储能，这里不讲。
中国与国际上做的工作，到底差距和要求是什么？中国现在关于氢能再讲三个过程，2019年7月份，当时启动第二期研究的时候准备开座谈会，当时定了六七十个人，有企业、科学家，也有政府、主管部门的，结果第一次开座谈会来了873人，今天在座的人可能参加过，把所有的会议室占满了，当时来了18个部级干部针对氢能源做讨论。
到2019年10月份，中央在公共场合的第一句话，新能源是中国未来能源的重要组成。去年3月份发布《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，提出氢能源是中国未来能源的重要组成部分，到了重要组成部分就大胆干，把它干好这是过程。
特别是今年8月份，国家层面首个氢能全产业链标准体系建设指南全部提出来，3月份也跟大家议论，现在关于氢能源技术的研究，哪一个科学家不做，影响不了中国氢能源的发展，哪一个企业不做，也影响不了整个氢能源的发展，趋势是中国氢能源的发展，目前已经形成初步竞争的层面，从这几年产业经济发展的角度考虑，目前发力的时候还没有到，但是产业技术在突破，我们的膜电极、碳纸现在跟国际上差距不是很大。我们考虑目前膜在不久的将来，还有进一步突破的可能。
我们的固体氧化物燃料电池，前几年感觉没有希望，对固体氧化物燃料电池的热度，特别是SOEC热起来了，国家现在也投了一部分，但是企业投的积极性更高。
SOEC制氢找我们聊的东西越来越多，基本都是让我们先拿方案，这是以前没有感受到的，发明怎么做不一一讲，今天在座肯定比我更关注，地方上的驱动力很大，陕西省5月份到这里开过一次会，提出有各界地方政府首脑，作为氢能领导小组的领导人来集中发展，这块也不讲。
央企全面进来，上一期就是希望央企进来，因为靠民营企业、创新企业和高校资金跟不上，现在课题组以前自己做的时候，烧电流的钱一年就一百多万付不起。去年年底，国务院还专门让我给中央财经讲半个小时，因为今年的目标希望金融资本进入，我就告诉大家这一趋势。
刚才讲的国家能源局、工信部都在揭榜挂帅，而且这个过程希望有能源企业、创新企业、国有大型企业进来，这个过程里希望国有大型企业，特别是央企进来，进来之后可以把能源创新企业紧紧联在一起，他们的资金链比我们好。
现存的一些挑战，以前质子膜就认为是贵金属，现在贵金属用的好很多，我们还有其他的方式，但是有一点，今年考察完之后就提出整个氢能源质子膜，可能要把工作温度提高到130度，作为我们要关注的问题，因为现在四个九和五个九硬性成本太高（到130度叫一个九），要思考大幅度降低这方面的成本。
我们要把工业副产品的氢，以及其他方面氢的问题，把消纳作为主要目标，而且希望氢尽量不要烧，刚才讲了碱性电解槽、质子膜和SOEC，提出一些研究的工作也不再讲。
储运环节上我们还是有比较大的差距，这方面成本在这里，这方面如何提高，因为今天给我的时间不多，我不再讲。
加注，我们以前讲加注35兆帕为主，这次会议之前我们做了一下调研，今后的投资希望不要再往35兆帕走。70兆帕是比较符合我们能源发展和人的心理预期，这是我的一个小小建议。因为今年关于这块我走访了一圈。
掺氢，现在燃气轮机还希望做，这方面我们不反对。我们限制一直做IGFC的时候，通过人希望这个轨迹是燃气轮机，再把一次能源发电效率提高到7%～12%。我们如果是走向这个IGFC链条之后，希望一次发电效率达到75%。这样的话，我们中国用煤量可以大幅度降低，这是我们设想的方式。关于氢冶金的问题，建材这两个耗材大户，也分别在提出一些技术的方案。
总的来讲，我们国家氢能源的生态指标服务体系，现在已经在开始建立，这是我们感到高兴的。我为什么说竞争的环境在形成，但是目前标准或认证，我认为这个工作非常好。信息不对称的问题、单一指标的问题、如何系统化的问题，“十二五”向“十三五”的标准，我们并不是系统。日本提出是系统，我们提出是单一的指标，所以今后就是要靠系统。
接下来怎么做，正在引领、正在推动，这个不要怀疑，发改委、国家能源局、工信部都在引领。技术为本，自主可控，我们国家提出解决“卡脖子”的问题，科技人员和企业都在做这方面的努力。区域协同，试点先行，刚才讲了四个燃料电池的补贴计划，这是一个引导的标志。但是，我们最后还要注意人员的属性特征，人员属性是稳定可靠、低成本，氢能源的发展不可能像动力电池那样补贴，氢能不可能做到这样。所以，我们在研发过程中，时时刻刻要紧咬着成本的问题。
怎么去做，刚才讲了可再生能源，新的那些指标不再讲。后面我讲几个要做的工作，数量多、产能小，最近三五年之内是一个竞争的时期，也是一个痛苦的时期。如果大家不努力，我们算了一下中国最近两年20%的企业要自生自灭。因为按照目前的支撑力度，这是我们做了调研的。大家知道，如何协同发展是保存生命力是一个非常好的手段。
应用场景，我要讲五个应用场景。因为这是氢能源最重要的问题，你不把应用场景做到，很难发展。
1）电氢融合，消纳可再生能源，提高可再生能源占比。
关于对氢能源的发电，2013年西部地区可再生能源公布的数字39%，我们调研的情况超过39%，最高的比例我不说了。
后来工程院给中央一个回答，我们提出来第一次明确把氢能源作为储能的属性，氢能源是两个属性（能源属性、储能属性），消纳可再生能源，把可再生能源比例做大，氢能源是要连在一起的，目前是最好的方法。
特别在我们榆林、鄂尔多斯、新疆、宁夏和乌海市，把氢就地消化，这是我们要做的工作。不要老是讲上网、上网，就地消化掉。
2）燃料电池发电。
要解决中国能源这是必须要走的路子，我们现在走的超临界、超超临界，到最后还没有消化掉。煤消纳燃料电池，可以把二氧化碳消纳的，而且发电效率高的，这个工作刚才讲了，我们做了一个工作，已经讲到看到了技术路线，需要再进一步去提高的工作。
3）氢能源耦合煤化工、石油化工。
这方面也是讲耦合于两个，一个通过可再生能源制氢，煤化工大量的二氧化碳转化掉，转化掉甲烷或者是甲醇，这是我们的路子。通过SOEC可以做到，国际上目前这个路子也走通了。中国要走的时候，我相信今后也会走的很好。
4）燃料电池重卡的问题。
在燃料电池车里，没有争议。因为燃料电池乘用车的问题，跟新能源动力电池车还有一个争论。但是重卡没有任何争论，我们算了一下，超过几千亿。我们陕西、山西、蒙西、山东等基地，都在布局做这个工作。
5）氢燃料电池船舶应用。
船舶也是今后要关注的，油轮现在都是用柴油机，噪音大，用氢气是一个改造。还有大型万吨级以上的运输，军事方面的应用，不再讲了。
我们认为以上场景是我们燃料电池和氢能源要关注的方向。
氢能源产业发展的总体规划不讲了，目前制定的模式是比较符合中国的发展状况的，而且我们认为到2050年中国氢能源的体系能比较完整建立起来，而且为中国的“双碳”目标作出自己的贡献来。
降成本方面我们规划了2025、2035、2050年的发展目标，2050年我们希望质子膜燃料电池工作的寿命要到4万个小时。制造的成本要小于300元。但是，300元大家有争议。现在我告诉大家，不要争议，因为两个多月以前，丰田的技术总监告诉我，他们已经做到300元，而且他提出来要送一辆车给我们，让我们展示。
工作温度去年在燃料电池会议上还讲，质子膜的燃料电池一定要把工作温度，从80多度提高到130多度，如果不提到130度，用氢的成本太贵，那是不利于发展的。
固体氧化物燃料电池工作寿命希望提高到10万小时，它要超过现在燃煤发电寿命设计的2万小时，制造的成本要降到1000元左右，因为现在燃煤发电的制造成本是1700元，我们通过效率的提高、成本的下降，认为今后转型发展才有希望。
我认为下降的空间是有的，其中镀膜的技术从现在200元已经降到15元。我跟固体氧化物这个组的人讲，不降价是不会让你活的，所以现在带着队伍一步步以降价为目标，不降价做不成，现在做连接、膜、电池成本也很高，也是希望降低5倍以下，现在不降20%是不行的。
区域问题、产业问题、标准问题大家也都关注，我提一点，一定要跟市场和国际化交流，中国毕竟是后发优势，交流是非常重要的，氢能源和燃料电池产业，一定要向别人学习。
来源 | 华夏能源网
