沙龙邀请到中国科学院理化技术研究所研究员董学强、石油化工研究院氢能研究所教授级高级工程师钟海军、高级工程师王月，沙龙由石油化工研究院氢能研究所工程师张学瑞主持。

以下为讨论环节的文字整理稿：

张学瑞：各位老师觉得2023年氢能领域最有显示度的突破性的技术是？

董学强：Science列出了2023年度十大科学突破，其中有一条是关于白氢。白氢相当于从地底下直接挖出来氢资源，类似于地底下挖出天然气、石油。包括在西班牙发现了这种百万吨级别的天然的氢气田。我觉得这个是比较典型的进展。

另外具体到氢液化领域，2023年航天101研究所已经做出来5吨每天级别的氢液化装置的冷箱。最核心的部件已经做出来了，因为冷箱里面包括了很多核心的东西，采用氢气膨胀的氢液化流程，研发了正仲氢连续转化换热器，都是非常好的一些突破。而且5吨每天的级别也已经是非常大了，他们做了很多扎实的工作，我觉得进展是非常好。

钟海军：2023年的进展对我来说印象比较深刻的有两个。第一个是东方电气联合深圳大学/四川大学谢和平院士团队利用海水无淡化直接电解水制氢的一个中试。它是海水经过他们开发的一种膜，利用蒸汽压的不同，从海水侧蒸发并以蒸汽形式通过薄膜扩散到电解质侧，通过电解质的吸收重新液化，为电解提供淡水。电解海水制氢技术国外也攻关了很多年，但一直就没有取得突破性的进展。谢和平院士团队在2022年11月份针对海水无淡化电解制氢还发了一篇Nature，没想到2023年5月这么快就开展了中试试验，在福建兴化湾利用海上风电建了一个漂浮式的电解水制氢平台，首次实现了海上风电无淡化海水直接电解制氢的海试成功。

第二个就是中石油管道局的24%掺氢的397公里管道取得成功也很有意义。因为现在大规模长距离低成本的输氢，国家提倡要把西北5省的风光绿电转化为氢气，利用氢储能，将氢气输送至我国东部地区和南部地区使用，有效解决能源分布与市场分布之间的错配。截止到2022年底，我国油气管道的总里程达到18.5万公里。以目前我国天然气消费量计算，当掺氢比达到20%时，可运输1000多万吨氢气，约合5600多亿度绿电。当然了我们国家也肯定需要发展纯氢管道的技术，2023年中国石油首个中长距离纯氢输氢管道全线贯通，当然还比较短，才几公里长。中石化启动了“西氢东送”输氢管道示范工程，提出从内蒙古建一条400公里长的管道到燕山石化。纯氢管道和掺氢管道的技术都在发展，我感觉为未来降低氢气使用的成本是很有意义的。

王月：董老师提到白氢，我记得去年参加学术会议也是关于氢能的学术会议，其中有一个院士就提到他所做的专业的就是做勘探的，在某些地区发现了氢气的资源，那次是颠覆了我对整个氢能的一个认识，因为我们原来觉得氢从水制氢来的，或者是天然气石油煤这样的能源里面来的，但是有一天能从地上挖出来氢了，这个东西真的是很震撼。

另外钟老师提到的无淡化海水制氢，我也印象非常深刻。因为谢院士是我本科学校四川大学的校长，所以一直也很关注谢校长的一些研究，也听了谢校长在央视的科学大讲堂上关于无淡化海水制氢的一个报道，其中有一点我印象非常深刻的是，它计算了无淡化海水制氢的成本，是相当于煤制氢的，这一点也是我印象非常的深刻。另外他们技术是海上风电，海上风电电解制氢是在海上平台上做的，而不是把电再传输到陆地上这样的一个路径，现在他们也在做关于不同的例如海上风浪的等各种恶劣的条件下的海水制氢的一个探索。

再有一个我觉得2023年比较重大的一个进展是光伏电解制氢。在新疆库车2万吨每年电解制氢的一个项目。以前从来没有出现过2万吨。原来国内的电解槽的应用量可能也就30多个，一下子整个项目需要50多个电解槽，所以对碱性电解槽的需求量一下子上来了，所以我觉得这也是一个很好的开端。电解水制氢将会逐渐的迎来一个规模越来越大的发展。

张学瑞：氢能发动机和氢燃料电池是两个发展方向吗？然后安全问题是否好解决，成本造价是否很高？

钟海军：氢能发动机是燃烧的形式来作为一个动力，氢燃料电池是发生电化学反应不燃烧的。这两个技术其实是我们国家都在大力发展，像氢燃气轮机发展前景较好，现在包括西门子能源等已宣布在2030年实现其燃气轮机100%掺氢燃烧的目标。2023年12月，明阳氢燃动力科技有限公司自主研制推出的30MW级纯氢燃气轮机正式下线。我感觉燃气能机发电规模很大，动不动就是几十兆瓦或者几百兆瓦的规模。所以对于我们国家这种大电网的建设，现在用得很多的也是燃气轮机技术，只不过烧的大多是天然气，它还有碳排放，未来如果用纯氢或者是掺氢燃料，解决相关技术难题，肯定是对电力行业碳达峰碳中和是很有作用的。

而氢燃料电池技术在发电应用场景要做到几百兆瓦规模还是相对困难的。现在像质子交换膜等低温氢燃料电池技术可能的应用场景更多是几十千瓦到几十兆瓦，而像固体氧化物等高温燃料电池技术可能的应用场景更多是几千瓦到十兆瓦规模。

我感觉氢燃料电池技术目前还需要攻克不少技术难题，难度较大，在工业领域要达到很大量级的一个应用可能还有一段路要走。目前发展较快的主要是在氢动力这块，氢燃料电池汽车发展较快一点，主要采用几十千瓦到几百千瓦的发动机规模。

张学瑞：燃料电池技术是不是也有自己一些独特的优势？

钟海军： 在特定场景下，尤其是移动式的这种场景下，像包括一些就是无人机确实有很大的用途，就是氢燃料电池这一块。像我刚刚说的氢燃气轮机它更多是一个固定式的发电场景。

张学瑞 ：绿氨储氢是否是电解水工艺和传统合成氨工艺的简单串联，目前有哪些技术瓶颈需要突破？

王月：这个问题还蛮关键的，我刚在报告当中也有讲过，绿氨其实有两个思路，一个就是电解制氢加合成氨这样的一个串联，当然电得是可再生能源的清洁的，再有一个是直接电催化合成氨，用氮气加水直接的电催化合成氨，现在最有希望产业化的，而且即将产业化的就是电解制氢再加合成氨这样的一个串联的路线。

其实用串联这个词也可以用，但是它又不是简单的直接的串上去就可以了。因为如果用可再生能源的电的话，电是波动的。我们对比一下传统的合成氨，煤或者天然气都是可以比较好去控制量的，多少煤多少天然气。但是光伏发电、风力发电它都是随时间波动的，短时的波动也好，长时的波动也好，以及不同的地域之间，它的波动情况还不太不一样。所以在设计合成氨装置的时候，我们知道传统的化工都要保持相对的稳定性，所以电解制氢能不能适合电的波动性，合成氨能不能适应电的波动性，这个是一个很大的问题。所以现在有一个很重要的课题是什么？是电解制氢和合成氨的动态的匹配性、柔性。一个解决思路是储氢，电解制氢之后加储氢罐，使合成氨过程是稳定性的，但是问题是储氢成本也挺高。

另外一个解决思路，合成氨可以是柔性的，其实现在已经有这个技术了，国外已经有这项技术。电解制氢确实是两个过程的串联，或者可以说是三个过程的串联。把电的过程也加上去，三个过程的串联，但是它又不仅仅是简单的一个串联，它是柔性的动态的以及有一个优化的匹配策略的串联。现在它的一个瓶颈确实也是如何柔性，如何更优的匹配，来实现成本的最优，包括设备成本的最优，操作成本的最优的同时，兼顾整个过程的稳定性和安全性。

张学瑞：刚才董老师在低温高压储氢方面做了很详细的介绍，实际上今天就是两个领域，一个是物理属性领域，一个是化学属性领域。我关注到在具体的指标方面，比如说储氢密度，低温高压储氢和化学储氢，比如说氨储氢，它的具体的指标还是有明显差别的。一个是54千克氢每立方米，一个是107.7千克氢每立方米，他们具体的技术还是有所不同的。老师您是怎么看物理属性和化学属性这两种技术路线？

董学强：我觉得不同的路线适用于不同的应用场景。对有些场景下可能更需要这种物理类的一些储氢，你比如说很多情况下我真的就只需要氢气，比如一些氢燃料电池，你甭管是刚刚钟老师说的无人机对吧？或者一些汽车什么的，它可能就是要氢氧燃料电池，它需要氢气，这时候感觉还是直接用这种氢气的可能会更加合适一点，而且燃料电池还有一个压力的需求，这时候高压氢气会更合适。

张学瑞：AEM电解槽制氢技术发展前景如何，为何大家提的比较少？

钟海军：我知道的不多，但是我知道它是把碱性电解槽和PEM电解槽的一些优点结合到一起来，采用所谓的阴离子交换膜的电解技术，包括膜技术在内还有好多技术问题没有完全解决。原来的 ALK就是碱性电解槽的话，它技术比较成熟了。经济性现在就是一个1000标方的大概700万到1,000万元；PEM就是质子交换膜电解槽的话，现在1000标方的大概2000万到3000万元。现在成本方面AEM肯定是还做不到这个水平。ALK有它的优点，就是经济性比较好，但它不耐宽范围电力波动；PEM电解槽可以弥补这个缺点。我觉得现在短期内由于工业流程要求一个比较成熟安全、有技术经济性的技术，所以现在来看还是 ALK跟PEM组合起来使用是当前比较适合发展的一个技术。当然AEM电解技术确实未来也很有应用前景，前提是它在技术成熟度，包括技术经济性各方面要达到前面我提到的技术水平，才会在工业上得到一个逐步示范。可能需要5-10年发展到中试示范、初步商业化水平。

张学瑞：甲醇输氢与氨输氢路线未来是会共存还是博弈的关系？

王月：甲醇跟氨确实这些年受到的关注非常的多，我们从两个角度来讲，氢的储运问题非常大，所以大家想到了把氢要不往下再走一走，变成氨变成甲醇去储运，这是一个角度。

另外一个角度做消纳，因为可再生能源的电是不太好存的，它不是一个物质，变成氨变成甲醇作为消纳的途径。国外现在像沙特以及非洲，可再生能源很丰富，往外进行出口，可再生能源是以什么形式出口？是以氨的形式出口可再生能源的，所以氨跟甲醇受到的关注非常多，像甲醇这一块，南方科大的刘科院士经常讲甲醇的运输非常便宜，因为它是一个常温的情况下，跟汽油的状态很像，一升可能只要6分钱。

我们来对比一下氨跟甲醇。首先从储氢密度储氢密度氨是17.6%，甲醇是12.5%，这一点好像氨更更胜一筹。

我们再换个角度，从原料的来源来讲，氨是氮气和水为原料，原料都非常便宜非常多。绿色的甲醇是二氧化碳和氢，氢跟氨是一样的，但高浓度的二氧化碳不太好找，所以这个角度来看好像合成氨路线更好一点了。

我们再从储运看。氨零下33度可以液化，或者是常温加压到9个大气压到10个大气压，这个过程肯定有能耗。甲醇常温常压下就是液态。这一点甲醇又更胜一筹。

从它下游来讲的话，下游从作为燃料的燃烧性能来讲，氨燃烧没有二氧化碳的，但是它会排NO2这也是它的一个问题。甲醇的燃烧产物是二氧化碳和水，这又是问题。

所以从各个角度来去分析，氨和甲醇它都有各自的一个特点，我觉得短期来看以氨做载体，比甲醇更容易实现。

我们也能看到现在已经有非常多的绿氨的项目了，国内外都有。在2024年就要落地了，几十万吨上百万吨的氨项目。甲醇需要高浓度的二氧化碳，如果碳捕集的技术更突破了之后，有高浓度的二氧化碳，我觉得甲醇也是一个非常好的技术，所以它是分为短期和长期这么来看的。

线下网友：想请教一下，刚才您提的更多的是在合成氨这个环节，现在也是很多在研究柔性合成氨的工艺，我想问一下它柔性的话如果是利用以往的这种合成氨的技术，它的难点是在什么层面？刚才您提到氨它如果是后面再分解裂解制氢的话，因为现在可能我之前看了一下，它能耗也比较高，目前大概的按折算成氢气算的话，裂解成一吨一公斤氢气的话，大概能耗多少，然后未来有没有往下降的一个空间。

然后问董老师的一个问题，就是您刚刚提的低温高压的，包括加上吸附材料技术，您提了储氢的密度和功耗这块跟液氢比它要有优势，然后我想问一下，咱们把这个里面涉及到的像材料，然后储氢罐这些，硬件的投入这一部分就是固定资产这一部分的折旧给它算进去的话，从综合的成本上来说说跟液氢去比是什么样的一个量级上是低了还是高了？

王月：第一个问题柔性合成氨它的主要问题在哪些方面？其实您提到的这几个方面都有所涉及，比如说催化剂这个角度，其实柔性合成氨这个部分，它的催化剂，因为我们传统都是用的铁基的，铁基催化剂也非常便宜，铁基的特点是400-500度的温度，10-20兆帕的压力的情况下，温度和压力其实跟电解制氢的温度压力差别是很大的，因为我们电解制氢温度很低，压力也比较低，这个柔性其实也可以做，用铁基的跟前面的温度压力更低的电解水制氢也能做，只是难度更大。所以为了能够让合成氨跟电解制氢更匹配，现在在开发一种更加低温低压的催化剂。这个是催化剂层面的。

再有工程层面的合成氨反应器的开发，恒温的新型的反应器，从热力学的角度更加有利。

再有系统层面的非常的关键，热集成，热利用。合成氨是一个严重的放热反应，所以无论是在设计反应器的过程中，还是在设计整个工艺系统的过程中，都要考虑热如何及时的取走，以及取走的热如何充分利用。

然后您第二个问题，分解制氢的成本折合成每公斤氢是8块钱，所以这个成本还是挺高的，煤制氢的才12块钱到15块钱，如果分解又加上8块钱非常不划算。所以目前氢变成氨之后就直接利用了更划算。

董学强：关于您这个问题，我觉得应该是关心最终的成本的问题，对吧？刚刚我PPT里面有一个比较，已经考虑了设备折旧，考虑了操作人员的工资费用，还有考虑了运输车，包括加油加尿素之类，很多因素都考虑进去了，最终来说我们计算结果显示只要是1000公里之内的，从制液氢或者是制低温高压氢到运液氢或者运低温高压氢这一块，低温高压储氢的成本是明显要低于液氢的，但是超过1000公里，你比如说1500公里以上或2000公里的运输，显然综合成本来说液氢是比较好的，这是我们计算出来的一个结果。

张学瑞 ：镁基固态储氢技术的前景如何？

钟海军 ：有色金属研究总院蒋利军老师团队他们做的镁基固态储氢很好。镁基储氢材料体积储氢密度比较高，能达到100体积密度是吧？比液氢的还要高，液氢是70，所以首先从储氢密度的角度来说确实是有优势，同时它很适合一些分布式供能的领域，我理解比方说配套燃料电池做一些示范，配套使用固态储氢技术就特别好，它不占地。

固态储氢也是这种移动的分布式的供能都有它的优势，它占地特别小，其实上车它也是有优势的，因为高压气态储氢你要弄好多气瓶；未来如果能解决技术的话，弄到车上去比现在的高压气瓶可能更省地方。

线下网友：未来光伏制氢的大规模应用对现有技术和相关产业有哪些需求？

钟海军： 我感觉光伏本身前面发电应该是很成熟了，要不然成本也不会降到这么低。问题还是制氢及之后的过程。首先制氢过程，刚刚说的像碱性电解槽本身很便宜，很有经济性优势，但它抗波动性不行，因为电有不确定性有波动性，所以这一块需要发展质子交换膜电解槽来互补，这块是有技术需求的。怎么研究这种宽波动范围的电解水制氢组合工艺技术，充分利用不同技术的优势。
然后第二个制氢方向还得继续提高技术水平，现在比方说不管碱性还是PEM可能一年只用2000小时，未来目标可能是一年要用4000小时用8000小时，只有这样子才能把它的折旧成本给降下来。

要不然现在制氢这块的成本主要是电价和设备费，电价占到75%左右，设备费用可能占到17-18%左右。其实原料成本其他人工维护都很低，主要是这两块。所以必须要把电价未来要是降到两毛或者1毛钱左右，然后设备费用要降到每千瓦1000块钱以内，这是制氢方面。

然后刚刚提到的光伏要大规模推广应用，必须解决西气东输、北氢南下等等这些类似的这些储运问题。储运问题就刚刚提到的就是管道、液氢这些技术都有需求。这就不再重复了，还是刚刚说的那个问题。现在中石化在弄一个从内蒙古到燕山石化的400公里的一个纯氢管道，如果成功的话，示范意义很大，对突破一些关键技术，建立一些标准，对全国的输氢管道建设，我相信会有一个很好的促进作用。

张学瑞 ：各位老师觉得在氢能领域，中央企业和科研院所，他们都应该承担怎样的角色？那么对于从事氢能领域的青年学子而言，大家有什么建议和意见都能实现的。

董学强：我们在研究所做工作申请项目主要是开发一些技术，但是让我们单独去做示范不太可能。所以我们如果要做示范，肯定也是拿技术跟钟老师跟王老师他们合作，然后由央企他们牵头来做。所以我觉得两方结合是最好的。高校研究所我就开发技术，然后我们这些央企来把这个技术实现出来，让这个技术能够更好的服务于国家。

然后关于对学生的建议，我觉得氢的这个事现在挺热的，有各种各样的技术，因为它包含了制、储、用等几个方面，对人才的需求很多。我觉得甭管哪个方面，最主要的还是把基础这一块给打好，然后要形成一种逻辑思维的能力。当然这是主要针对研究生说的。要能发现问题，并且自己能够去想办法解决问题，我觉得这方面能力挺重要的。

钟海军： 对产学研合作方面我觉得感触颇深，原来我主要是做炼油催化剂的开发，那个领域相对比较成熟，可能有时候我们依托自己的一些内部企业的研究院，基本上很多技术问题就能够解决，但是现在我发现转到氢能来做研究之后，发现氢能它是一个交叉学科，对各个专业就是物理、化学、力学等，包括储能技术也是涉及很多方向，需要很多人才综合到一起才能把这个技术真正的做好。

所以我觉得产学研基础研究很重要，因为像日本、美国它都是国家层面在主导尤其是燃料电池领域，他们在主导一些研发，每年都投入，每年甚至投入上百亿美元，就是说对交叉学科要求很高的这种，一定要重视基础学科的建设。

可能基础研究方面主要还是高校科研院所牵头，然后中央企业做一些示范，然后发现一些问题，然后他们做到一个相互的信任，就是把数据一些分享，然后来来指导基础研究，相互有一个促进的关系，其实要做到相互信任很难，必须有那种非常有能力的牵头人，能把学校、企业联合起来组织起来实现深入的一个产学研合作，这个很重要。

至于对学生方面，我觉得不管是氢能还是储能各个方向，我觉得对综合能力的运用特别重要。我觉得尤其是像我们搞化工的，你得至少得会几个软件才行。像Aspen、ansys、comsol、Fluent等类似的这些软件，你掌握那么一两个软件把它学精学透一点,以后找工作我相信会比较好找。很多你发现我们这些企业招学生很看重这些，你会不会一些模拟的软件或者这方面的能力？当然材料研究也很重要，你如果在材料研究的基础上再掌握一些工具，掌握一些软件，这就更吃香了。

王月：提到这个问题，我回想起21年去上海参加车用燃料电池的大会，了解到了 PEM燃料电池这个领域，追根溯源的发现，几乎所有的初创的燃料电池的企业，无论是做电堆的，还是做双极板的，做系统的，几乎都可以追溯到一些科研院所，我感触非常的深，追溯到哪些科研院所，上海交通大学、同济大学、大连化物所。所以我感触非常的深，就是一些前端的前沿的技术的根源，在高校在科研院所，所以我也特别向董老师致敬，我们科研院所的老师们踏踏实实地做了很多工作，推进了我们技术的进展。

对企业特别是央企，央企的特点是资金很丰富，也有容错率。氢能这个产业是很花钱的一个产业，现在各级政府推氢能也是拿补贴拿奖金来推的，所以央企的介入，资金的介入以及人员的介入，以及央企有一些应用场景，能够把基础的研究往示范以及往产业化推动。

刚董老师也提到学校以及科研院所做的基础研究很多，我觉得有两个思路，一个是企业界跟学术界更多的一个交流，从已经研究的基础研究当中来筛选一些能够走向示范和产业化的技术。另外一个思路，企业从产业化、工程化的过程中，提炼出一些科学问题反馈给科研院所，从市场来驱动基础研究。

另外对学生有什么建议？我有一个深刻的体会，氢能是一个很大的产业，因为它是能源体系重要组成部分，我们拿石油举例子，如果我们把自己放到50年代，看石油是什么样子，也就是你现在看未来的氢和可再生能源是什么样子。石油支撑了我们国家的经济命脉。氢能，包括可再生能源，未来也是要起到这样的作用。所以如果你们学了这个专业或者相关的专业，建议像董老师跟钟教授说的修炼内功，扎扎实实的把技术学到位，将来一定是大有可为。