2022年全球氫能產(chǎn)業(yè)目前整體處于示范應(yīng)用階段，多數(shù)氫能技術(shù)仍處于示范或原型階段。隨著國(guó)家氫能產(chǎn)業(yè)頂層設(shè)計(jì)出臺(tái)，針對(duì)國(guó)內(nèi)的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平、階段、技術(shù)難點(diǎn)和亟待解決的問題有哪些等產(chǎn)業(yè)關(guān)心的熱點(diǎn)問題，鄭津洋院士做了詳細(xì)解答，為產(chǎn)業(yè)指點(diǎn)迷津。

對(duì)于當(dāng)前全球氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展整體處于什么階段這個(gè)問題，鄭院士表示：全球氫能產(chǎn)業(yè)目前整體處于示范應(yīng)用階段，多數(shù)氫能技術(shù)仍處于示范或原型階段。比如，液態(tài)儲(chǔ)氫、固態(tài)儲(chǔ)氫、有機(jī)液體儲(chǔ)氫、天然氣管網(wǎng)摻氫、燃?xì)漭啓C(jī)、可應(yīng)用于重型道路車輛的氫燃料電池等技術(shù)均處于示范階段；而可應(yīng)用于船舶、火車、飛機(jī)等的氫燃料電池技術(shù)處于原型階段。

提高氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力是亟待解決的問題。美國(guó)能源部預(yù)期氫能2030年的發(fā)展目標(biāo)為：1kg氫的生產(chǎn)和輸運(yùn)成本均達(dá)到1美元；重型車輛用燃料電池的壽命為25000h，成本為80美元/kW；電解槽的壽命為8萬(wàn)h，成本為300美元/kW。如果能夠?qū)崿F(xiàn)制氫成本與輸運(yùn)成本均為1美元/kg，則與天然氣相比，氫氣就具有了競(jìng)爭(zhēng)力。

相較于國(guó)外，國(guó)內(nèi)的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平如何？對(duì)此鄭院士認(rèn)為，中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)總體處于全球第二方陣的前列，并在變壓吸附提純氫、大容量高壓儲(chǔ)氫、固態(tài)儲(chǔ)氫、供氫量噸級(jí)以上加氫站建設(shè)等方面走在國(guó)際前列；而且在北京2022年冬奧會(huì)上實(shí)現(xiàn)了氫燃料電池汽車應(yīng)用規(guī)模、應(yīng)用場(chǎng)景、保障服務(wù)及管理創(chuàng)新等多重突破；北京大興氫能科技園站的日加氫能力達(dá)到4.8t，為全球最大。總體來(lái)說，中國(guó)仍然是氫能技術(shù)設(shè)備進(jìn)口國(guó)，部分關(guān)鍵材料、核心零部件、關(guān)鍵裝備仍需要依賴進(jìn)口，如碳紙、加氫槍、氫流量計(jì)、氫、液氫容器等。

氫氣的儲(chǔ)運(yùn)是氫能技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，而安全問題至關(guān)重要，鄭院士在這方面進(jìn)行了大量研究。氫氣儲(chǔ)運(yùn)的難點(diǎn)有哪些？取得了哪些成果？目前研究或計(jì)劃研究的方向是什么？

鄭院士坦言，他不能忘記的是，早在2002年，正是蔣利軍等老師把他領(lǐng)進(jìn)了儲(chǔ)氫研究的大門，并持續(xù)深入研究了20余年，才取得了一些成就。氫能應(yīng)用的關(guān)鍵在于儲(chǔ)氫技術(shù)，即如何實(shí)現(xiàn)安全、高效、經(jīng)濟(jì)的氫氣儲(chǔ)存。當(dāng)前，儲(chǔ)氫方式主要有氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫這3種，相較而言，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、充裝和排放速度快、溫度適應(yīng)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，是世界各國(guó)優(yōu)先重點(diǎn)發(fā)展的儲(chǔ)氫技術(shù)。

儲(chǔ)氫技術(shù)目前主要存在以下技術(shù)難點(diǎn)：高壓儲(chǔ)氫容器的壓力高達(dá)98MPa，高壓氫氣易引起材料氫脆，造成容器突然斷裂甚至爆炸，危害極大；此外，由于氫氣分子小，易泄漏，高壓密封難，侵入傳感材料的氫會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)信號(hào)漂移，高壓氫環(huán)境應(yīng)變檢測(cè)難度大。2002年之前，我國(guó)缺少材料高壓氫脆原位檢測(cè)能力，無(wú)法獲得容器研制時(shí)亟需的材料在高壓氫氣環(huán)境中的力學(xué)性能。高壓儲(chǔ)氫容器氫氣充放頻繁，氫脆影響因素多且機(jī)制復(fù)雜，抗氫脆設(shè)計(jì)及制造存在很大難度。在我國(guó)，壓力超35MPa的儲(chǔ)氫容器長(zhǎng)期處于空白，嚴(yán)重制約氫能發(fā)展。

通過國(guó)家縱向支持和企業(yè)橫向合作，鄭院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)取得了卓越的科技成果：針對(duì)高壓氫脆原位檢測(cè)難題，攻克高壓氫氣動(dòng)密封、高壓氫環(huán)境應(yīng)變傳感等關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)明140MPa材料高壓氫脆原位檢測(cè)裝置，使我國(guó)成為擁有140MPa材料高壓氫脆原位檢測(cè)技術(shù)的3個(gè)國(guó)家之一；牽頭起草了金屬高壓氫脆檢測(cè)評(píng)價(jià)方法的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并牽頭制定了首部高壓儲(chǔ)氫容器產(chǎn)品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；建立了首個(gè)國(guó)產(chǎn)材料高壓氫脆數(shù)據(jù)庫(kù)，為氫能高壓儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備研制提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。　　　

針對(duì)抗高壓氫脆設(shè)計(jì)制造難題，鄭院士團(tuán)隊(duì)提出以抗氫脆焊接薄內(nèi)筒為核心的全多層高壓儲(chǔ)氫容器設(shè)計(jì)技術(shù)，與高壓氫氣接觸的薄內(nèi)筒采用抗高壓氫脆性能優(yōu)良的材料，其余則采用普通高壓容器用鋼。該技術(shù)利用薄內(nèi)筒抗氫脆，內(nèi)筒厚度約占筒體總厚度的1/8，通過厚鋼帶層承載，鋼帶逐層交錯(cuò)螺旋纏繞在內(nèi)筒外，制造經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便；采用鋼帶纏繞引起的預(yù)壓縮應(yīng)力，提高容器疲勞壽命；通過全多層技術(shù)實(shí)現(xiàn)了容器中氫氣泄漏在線監(jiān)測(cè)的全覆蓋。

其團(tuán)隊(duì)還發(fā)明了小孔內(nèi)置式曲面耦合超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)，即在儲(chǔ)氫容器服役周期內(nèi)，通過特制的檢測(cè)設(shè)備，深入儲(chǔ)氫容器內(nèi)部對(duì)容器安全狀態(tài)進(jìn)行“體檢”，解決了全多層高壓儲(chǔ)氫容器氫致?lián)p傷無(wú)損檢測(cè)難題，打通了全多層高壓儲(chǔ)氫容器從設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)檢測(cè)的全技術(shù)鏈，同時(shí)解決了其經(jīng)濟(jì)性與安全性達(dá)到平衡的問題。其團(tuán)隊(duì)在車載輕質(zhì)高壓儲(chǔ)氫技術(shù)研發(fā)方面也獲得了一系列成果，開發(fā)了隨車運(yùn)動(dòng)的高壓氫氣瓶，需要考慮火災(zāi)、頻繁快充、碰撞等極端服役條件下的安全性，為此其團(tuán)隊(duì)發(fā)明了纖維全纏繞復(fù)合材料高壓氫氣瓶性能預(yù)測(cè)系列方法，實(shí)現(xiàn)了高壓氫氣瓶強(qiáng)度-壽命-耐火多維協(xié)同設(shè)計(jì)制造，并主導(dǎo)制定了高壓氫氣瓶產(chǎn)品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

基于上述創(chuàng)新性技術(shù)，成果轉(zhuǎn)化和落地也在有序推進(jìn)。鄭院士牽頭制定了高壓儲(chǔ)氫主要國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)9項(xiàng)，參與制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)27項(xiàng)、聯(lián)合國(guó)全球技術(shù)規(guī)范UNGTR13等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)，有力推動(dòng)了行業(yè)的科技進(jìn)步及產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

在豐田常熟加氫站，以及為北京冬奧會(huì)服務(wù)的中石化北京慶園街加氫站、王泉營(yíng)加氫站，鄭院士團(tuán)隊(duì)主持研制的98MPa高壓儲(chǔ)氫容器正在安全服役，不僅容積達(dá)到1m³，為世界最大，而且成本低，同時(shí)，在線檢漏功能也大幅提升了容器的安全性。該研究成果已應(yīng)用于氫能高壓儲(chǔ)運(yùn)全行業(yè)，該用戶包括中石化集團(tuán)、國(guó)家能源集團(tuán)、長(zhǎng)城汽車、日本巖谷公司等國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)，核心裝備在我國(guó)加氫站建設(shè)、氫燃料電池汽車發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的關(guān)鍵作用，該技術(shù)于2021年獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

鄭院士團(tuán)隊(duì)目前的主要研究工作有：承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目——加氫關(guān)鍵部件安全性能測(cè)試技術(shù)及裝備研究”；針對(duì)加氫站氫氣泄漏、自燃及加氫關(guān)鍵部件的斷裂等突出問題，聚焦加氫關(guān)鍵部件安全性能測(cè)試，自主研制測(cè)試裝備，制訂技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建檢測(cè)平臺(tái)，為保障加氫站安全提供關(guān)鍵技術(shù)和檢測(cè)設(shè)備支撐。

關(guān)于臨氫材料及其極端條件下的實(shí)驗(yàn)研究，蔣利軍老師與鄭院士進(jìn)行了較為深入而專業(yè)的討論。氫能裝備的安全性與材料的選擇密切相關(guān)，鄭院士表示，他計(jì)劃制定一個(gè)可進(jìn)行低壓、中壓、高壓、超高壓臨氫材料選擇的標(biāo)準(zhǔn)或指南，目前中國(guó)還沒有這樣的標(biāo)準(zhǔn)或指南。他正在參與修訂GB50177—2005《氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》，許多問題亟待解決，比如，需要弄明白什么條件下可以使用低合金鋼，什么條件下可以使用高合金鋼？雖然美國(guó)航空航天局(NASA)發(fā)布過臨氫材料的選用指南，但該指南對(duì)實(shí)際情況而言并不全面，因?yàn)槠渲皇嵌ㄐ越o出了材料氫相容性等級(jí)，并未給出設(shè)計(jì)計(jì)算必需的臨氫材料性能數(shù)據(jù)。如果我們自己制定了這樣的指南，將會(huì)對(duì)我國(guó)氫能行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。因?yàn)楝F(xiàn)在所有的制氫裝備、儲(chǔ)氫裝備都涉及到材料選用的問題，必須要科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為支撐，而且考慮到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，材料價(jià)格也是必須考慮的重要因素。

氫氣具有易燃、易爆、易滲漏的特性，要確保氫氣在超高壓、低溫等極端條件下安全應(yīng)用，相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究和標(biāo)準(zhǔn)必不可少，但一般的實(shí)驗(yàn)室不具備實(shí)驗(yàn)條件。蔣利軍老師認(rèn)為中國(guó)需要能支撐整個(gè)國(guó)家氫能工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)氫能安全國(guó)家平臺(tái)，而鄭院士具備相應(yīng)的能力和條件，建議鄭院士參與有關(guān)國(guó)家平臺(tái)的建設(shè)，通過廣泛深入研究獲取科學(xué)數(shù)據(jù)，為制定標(biāo)準(zhǔn)提供支撐。鄭院士坦言，他們現(xiàn)在德清實(shí)驗(yàn)室的工作人員正加班加點(diǎn)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工作，他愿意迎接新的挑戰(zhàn)，但也倍感壓力。

關(guān)于氫氣或摻氫天然氣管道輸運(yùn)到戶，作為生活、生產(chǎn)的清潔能源是否可行？還存在哪些問題？

針對(duì)上述疑問，鄭院士說，目前已有小規(guī)模示范應(yīng)用。迄今為止，荷蘭、德國(guó)、法國(guó)、中國(guó)等國(guó)家先后開展了多個(gè)摻氫天然氣管道輸送系統(tǒng)應(yīng)用示范項(xiàng)目。2004年，在歐洲委員會(huì)的支持下，國(guó)際上首次開展了“NATURALHY”項(xiàng)目，將氫氣注入高壓天然氣輸送管線，并通過配送管網(wǎng)輸送至最終用戶。該項(xiàng)目較為系統(tǒng)地研究了天然氣管道摻氫對(duì)包括天然氣輸送、配送及用戶終端在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的影響，為后續(xù)的摻氫天然氣管道輸送系統(tǒng)示范應(yīng)用項(xiàng)目創(chuàng)造了良好的開端。2017年，英國(guó)開展了“HyDeploy”項(xiàng)目，向基爾大學(xué)專用天然氣網(wǎng)絡(luò)和英國(guó)北部天然氣網(wǎng)絡(luò)注入氫氣，為住宅、教學(xué)樓、企業(yè)等供氣，探索在不影響終端用戶安全或改裝設(shè)備的情況下將氫氣混合到全國(guó)天然氣網(wǎng)絡(luò)中的可行性。2020年，澳大利亞開展了“WSGG”項(xiàng)目，利用風(fēng)/光電來(lái)電解水制氫，并將部分氫氣注入Jemena公司的新南威爾士州天然氣網(wǎng)絡(luò)，為當(dāng)?shù)鼐用窆┡?/span>

國(guó)內(nèi)摻氫天然氣管道輸送系統(tǒng)的示范應(yīng)用較少。2019年，國(guó)家電力投資集團(tuán)公司與浙江大學(xué)合作，在遼寧省朝陽(yáng)市開展了摻氫天然氣管道安全關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證示范項(xiàng)目，進(jìn)行電解水制氫-天然氣摻氫-工業(yè)級(jí)民用用戶供能示范，為未來(lái)氫氣通過管網(wǎng)運(yùn)輸提供經(jīng)驗(yàn)。

目前氫氣或摻氫天然氣管道輸運(yùn)到戶存在的主要問題有：管材及其焊接接頭與純氫/摻氫天然氣相容性，純氫/摻氫天然氣管道抗氫脆設(shè)計(jì)制造技術(shù)，純氫/摻氫天然氣管道運(yùn)維安全保障技術(shù)（如安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)檢測(cè)和評(píng)價(jià)技術(shù)、完整性管理技術(shù)等），缺少純氫/摻氫天然氣管道技術(shù)實(shí)證平臺(tái)。

當(dāng)前有人認(rèn)為天然氣摻氫不超過10%輸運(yùn)就是安全的，鄭院士認(rèn)為這樣的說法是不科學(xué)的。天然氣摻氫面臨的主要安全問題是氫脆，材料長(zhǎng)期處于臨氫環(huán)境中易發(fā)生塑性降低、疲勞裂紋速率加快、斷裂韌性降低等性能劣化現(xiàn)象，更有甚者會(huì)引發(fā)管道過早失效，危及管網(wǎng)運(yùn)行安全。摻氫天然氣在實(shí)際輸運(yùn)過程中工況較為復(fù)雜，且混氫環(huán)境下，材料氫脆影響因素較多，與摻氫比、摻氫天然氣成分、應(yīng)力狀態(tài)、管網(wǎng)原始狀態(tài)等均相關(guān)，不能簡(jiǎn)單地通過摻氫比這個(gè)參數(shù)來(lái)判斷是否可以安全摻氫輸運(yùn)。

當(dāng)前我國(guó)從中央到地方紛紛出臺(tái)多種支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，似有些“一哄而上”之嫌。政策扶持應(yīng)該注意哪些問題？產(chǎn)業(yè)配套標(biāo)準(zhǔn)是否能夠跟上技術(shù)的發(fā)展？如何做好氫能產(chǎn)學(xué)研融合發(fā)展？

鄭院士認(rèn)為，國(guó)家支持氫能發(fā)展是國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的需要，各級(jí)政府出臺(tái)一些扶持政策是值得肯定的，但以下3個(gè)方面的問題值得重視：

1)同質(zhì)化突出。政府帶動(dòng)市場(chǎng)發(fā)展下，絕大多數(shù)氫能發(fā)展規(guī)劃聚焦氫燃料電池汽車全產(chǎn)業(yè)鏈：氫源、加氫站、核心零部件企業(yè)、整車廠。事實(shí)上，無(wú)整車龍頭企業(yè)和距離氫源比較遠(yuǎn)的地區(qū)均不適合全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展氫燃料電池汽車；無(wú)雄厚經(jīng)濟(jì)實(shí)力和扎實(shí)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的地區(qū)，也不適合全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展氫能。氫燃料電池汽車只是氫能的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)從大系統(tǒng)、多元應(yīng)用角度對(duì)氫能進(jìn)行布局。

2)重電池輕供氫。燃料電池、供氫系統(tǒng)是氫燃料電池汽車的2個(gè)核心部件。財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部等5部委發(fā)布了《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》，僅對(duì)電堆、膜電極、雙極板、質(zhì)子交換膜、催化劑、碳紙、空氣壓縮機(jī)等基礎(chǔ)材料和關(guān)鍵零部件在推廣過程中進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，優(yōu)異者可享受額外補(bǔ)貼。也就是說，受益企業(yè)為燃料電池關(guān)鍵零部件企業(yè)，而不包括供氫系統(tǒng)基礎(chǔ)材料和關(guān)鍵零部件企業(yè)，比如，生產(chǎn)高壓氫氣瓶、高壓氫閥、高壓儲(chǔ)氫容器、抗氫脆/氫滲透材料等的企業(yè)，這不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

3)自主制定的標(biāo)準(zhǔn)少。標(biāo)準(zhǔn)是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)穩(wěn)健發(fā)展的基本條件，鄭院士非常重視標(biāo)準(zhǔn)制定，他認(rèn)為形成標(biāo)準(zhǔn)是技術(shù)成熟的一個(gè)重要標(biāo)志。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)大致可分為3類：第1類是以自主技術(shù)為核心的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；第2類是非等同采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；第3類是等同采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)的實(shí)際情況是第1類標(biāo)準(zhǔn)少，第2、3類標(biāo)準(zhǔn)多。標(biāo)準(zhǔn)制定面臨的最大問題是缺乏數(shù)據(jù)和工程實(shí)踐案例作為支撐。

截至2021年12月，全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)已組織制定氫能國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)40項(xiàng)，其中，32項(xiàng)已正式發(fā)布，8項(xiàng)立項(xiàng)在研。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)基本涵蓋了基礎(chǔ)通用、氫質(zhì)量、氫安全、氫制備、氫儲(chǔ)運(yùn)、氫加注和氫能應(yīng)用等方面，為支撐氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)范發(fā)展提供了重要支撐。鄭院士認(rèn)為，現(xiàn)有的氫能標(biāo)準(zhǔn)體系是基于氫能交通應(yīng)用建立的，難以滿足氫能規(guī)模化、多領(lǐng)域應(yīng)用的需要，亟待開展臨氫材料、可再生能源制氫、氫能安全可靠高效儲(chǔ)運(yùn)、電氫能源系統(tǒng)等方面標(biāo)準(zhǔn)的研制工作。