化學元素周期表中排在第一位的元素是什麼？對了，氫！我們離不開氫原子與氧原子結合成的水，但對氫的其他應用卻知之甚少。而當前，氫的能源化利用趨勢愈加明顯。結合時下熱點，我們來說說，中美兩國在液氫方面的發展狀況。
不只是交通領域液氫在國民經濟中應用廣泛
液氫是通過預冷和膨脹節流等工藝，把氫氣降溫到-253℃從而變成液體，密度可達普通氫氣的780倍，使得氫可以高效地儲存和運輸。液氫液氧推進劑的比推力最高，相同比推力時運載火箭的重量可以下降50%，因此液氫是最先進的火箭推進劑燃料。同時，在-253℃低溫下，除了氦、氖稀有氣體之外的所有氣體雜質都會凝固分離，因此液氫汽化很容易獲得6N（99.9999%）及以上的超純氫。相比於鈀膜純化等氣態氫提純技術，液氫具有應用系統簡單、經濟、高效可控、不易汙染、品質穩定等特點。因此液氫還是全球公認的可以大規模獲得超純氫的先進技術。
超純氫在電子工業尤其是微電子、光電子產品生產中有極為廣泛的的應用市場，包括大規模集成電路晶片、平板顯示器、光伏電池等戰略性新興產業。電子工業是超純氫的最大用戶，超純氫作為還原氣體和保護氣，主要用於半導體器件、集成電路晶片以及液晶平板顯示器生產等領域，且氫氣的純度直接影響最終的產品質量。在冶金工業中，氫氣可作為還原劑將金屬氧化物還原成金屬，也可作為貴金屬高溫加工時的保護氣氛，需要5N的高純氫。同時在石油煉化加氫精制中採用高純氫可獲得高品質的汽油、潤滑油等產品。
國家標準定義氫氣純度大於或等於5N（99.999%）為高純氫，大於或等於6N（99.9999%）為超純氫。目前我國高純氫和超純氫的消耗量約20萬噸/年（據統計2016年全國純度≥99%的氫產量約700億Nm/年，其中95%以上用於煉油、化工生產、電子、冶金等，其餘2%~3%為5N以上超純氫）。其中6N及以上的超純氫極易被汙染、無法氣態運輸，國內外晶片和液晶顯示器生產均是在使用終端的用氣點設置純化器達標後使用，其解決方案往往來自於外資氣體公司，進口依賴度高、價格壟斷，使得大規模應用受限，影響中國製造業水平。
中美液氫產業差距——美國產能全球首位，中國民用一片空白
全球目前已經有數十座液氫工廠，總液氫產能470噸/天，其中北美佔了全球液氫產能總量的85%以上。美國本土已有15座以上的液氫工廠，液氫產能達326噸/天以上，居於全球首位，包括加拿大有80噸/天的液氫產能也為美國所用。歐洲4座液氫工廠液氫產能24噸/天。亞洲有16座液氫工廠，總產能38.3噸/天，其中日本佔了亞洲三分之二的產能。全球近500座加氫站中液氫儲氫型加氫站佔比三分之一，主要分布在美國、歐洲和日本，且其新建的加氫站以液氫儲氫型為主。2018年初，日本川崎重工引領的財團與澳大利亞政府達成一致，在維多利亞州建造煤制氫基地工廠和氫液化工廠，預計2022年達產，設計液化能力770噸/天，液化後-253℃的低溫液氫最終通過兩艘20萬m的液氫船運往日本。
從目前的市場應用來看，美國壟斷了全球85%的液氫生產和應用，其中美國AP和PRAX兩大集團壟斷了美國90%的液氫市場。根據美國氫能分析中心的統計，截至2016年，北美地區共有產能5噸/天以上的大型液氫工廠10座，其中18噸/天以上的有6座，最大產能達到64噸/天。美國的液氫民用佔據主流市場，其中33.5%用於石油化工行業，37.8%用於電子、冶金等其他行業， 10%左右用於燃料電池汽車加氫站。僅有18.6%的液氫用於航空航天和科研試驗。
為了滿足高端製造、冶金、能源、電子和航空航天等領域不斷增長的需求，近兩年來，美國又加大液氫工廠建設力度。PRAX公司2018年11月在德克薩斯州La Porte開工建設第五座液化氫工廠，計劃2021年投產，產能超過30噸/天。美國AP公司2019年初在美國西部建造一個日產百噸級的液氫工廠，致力於氫能源市場，向FEF位於加利福尼亞州的加氫站提供液氫。同時法國液空公司也將投資1.5億美元，2019年初在美國開工建設一座30噸/天液氫工廠。預計2021年美國本土的液氫產能將超過500噸/天。
中國在用的液氫工廠僅有海南文昌、北京101所和西昌基地，均服務航天火箭發射，總產能僅有4噸/天，最大的海南文昌液氫工廠產能也僅2噸/天。中國民用液氫市場一片空白。也正是因為如此，中國液氫生產成本高達500元/kg，是美國的20倍以上（2.5美元/kg），限制了液氫在高端製造、冶金、電子和能源產業等領域的應用，產品質量和製造水平與美國存在較大差距。
美對我國液氫產業的圍堵——嚴格禁運、嚴禁交流等
美國商務部工業和安全局（Bureau of Industry and Security）所列出的商業管制清單（Commerce Control List）列出了10大類行業，每個行業進一步細分5類，多年來對中國採取嚴格禁運措施。液氫的主要用途不僅僅是火箭推進劑，同時還為大規模集成電路的研製與生產、高端製造、冶金等提供6N以上的超純氫，因此液氫的生產和應用直接涉及到10大類行業中的三大類：2類「材料加工」、3類「電子」和9類「航空航天與推進」。
與大規模液氫生產和儲運相關系統裝備和組件、測試檢測與生產裝備（如氫液化裝置、氫膨脹機、正仲氫轉化器、液氫泵、DN50以上液氫閥門等）、材料（超低溫用碳纖維增強複合材料）、工藝技術（10噸/天及以上氫液化裝置與工藝）等，均在美國對中國的禁運之列。同時，美國政府還禁止NASA（美國航空航天管理局）和美國企業與中國航天系統開展液氫技術領域內任何形式的技術交流與合作。
美國在對中國技術禁運的同時，也限制其盟國向中國出售設備和技術。法國液空和德國林德公司，在上個世界末中國自主開發了小型氦膨脹機和氫液化裝置後，開始向中國出售2噸/天及以下的氫液化裝置，其規模僅夠科研試驗用途，而並不向中國開放10噸/天及以上領域的大型氫液化技術與成套裝置，同時也禁售DN50及以上的液氫閥門、氫膨脹機和氫潛液泵等關鍵設備和零部件。
中國在2015年實現了火箭發射場用300m大型液氫罐的自主設計和小批量生產，打破了發達國家在液氫儲存領域的壟斷之後，美國企業對中國液氫儲運容器的管制開始有所放鬆。美國Gardner Cryogenics（全球最大的液氫液氦裝備供應商）等企業開始謀劃特種設備使用進口，將其從未面向中國市場的ISO液氫罐箱，通過國家市場管理局及行業評審機構進入中國使用，其目的是為了支持美國氣體公司利用液氫罐箱向中國高價出口和傾銷美國的液氫，到中國民用超純氫市場謀取暴利（中國6N以上超純氫的製取成本超過150元/kg，是美國本土液氫售價的8倍左右）。此時正值中國企業計劃將航天技術軍民融合、開展民用液氫儲運裝備的標準制訂和技術應用之際，美國和法國企業在推廣自己的裝備和推銷液氫同時，詆毀中國氫液化技術不成熟、不具有經濟性、液氫儲運裝備安全性不達標等，並質疑中國民用氫液化、儲運技術和標準，嚴重幹預和阻礙中國企業液氫儲運、製取裝備的開發進程。
政策建議——應大規模發展民用液氫生產和儲運技術
鑑於液氫在國民生產經濟中的重要用途，以及美國對中國在該領域的禁運與圍堵，中國企業和科研院所更應自強自立、自主開發，並在全球範圍內尋找可以利用和團結的資源。對此我們有如下建議：
1、把規模液氫生產和儲運技術列入國家戰略和科技部重點專項，鼓勵國內高校科研院所和企業開展相關領域的技術開發與產業化，鼓勵俄羅斯等友好國家與中國在液氫技術領域的合作交流；
2、積極支持規模液氫工廠示範項目建設，大力支持規模液氫生產、儲運技術的軍民融合與成果轉化應用；
3、鼓勵企業先行先試，推動民用液氫生產、儲運裝備企業標準的制訂、實施並逐步上升到國家標準，增強民用液氫市場發展
4、對進入中國市場的美國或其它國家的液氫設備企業，作為監管部門的國家市場管理總局，應組織行業專家對其進行深入考察、技術審查和監管，以學習借鑑其先進技術經驗，提升我國液氫設備技術水平。
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責編 | 閆志強