為有力推進我國氫能產業高質量發展，中國石化於2020年7月24日邀請國內氫能領域頂級院士、專家舉行「結構氫產業，謀劃氫未來」氫能發展戰略研討會。
本次研討會對氫能發展現有問題把脈問診，為氫能未來發展獻言獻智，將為推進中國石化構建「一基兩翼三新」發展格局、打造世界領先潔淨能源化工公司和促進我國氫能產業科學發展、健康發展、高質量發展提供諮詢、把握方向。
中國工程院院士，中科院大連化物所研究員衣寶廉在會上（視頻連線）做了主題演講，內容如下：
各位院士和專家上午好，我的報告題目是「迎接電解水制氫儲能高潮」。
人類能源是一個逐漸的減碳過程，從木材、煤炭、石油、天然氣到氫，這是逐漸來減碳的。我們國家的能源特點：
貧油，2018年燃油消耗達到6億多噸，對外依存度達70%。
少氣，2018年我國天然氣進口超日本，對外依存度達到45.3%。
為保證國家能源安全，減少對國際油和天然氣的依賴，我國也要發展油、天然氣的替代燃料——氫。
世界氫能協會預測到2050年：全球20%的二氧化碳減排可以通過用氫能完成，氫能消費將佔全球能源的18%，氫能汽車將佔全球車輛的25%，氫能產業將創造3000萬個就業崗位，創造2.5萬億美元以上的市場價值。
選氫做能源載體的原因：
原因一，巴黎協定。
巴黎協定規定，在本世紀要小於2度。本世紀末要實現溫室氣體、二氧化碳零排放。2015年11月我國在巴黎氣候大會承諾：2030年左右，國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降60-65%，非化石能源佔一次能源消費比重達到20%左右。
氫作為能源載體它有物質性、可儲運，還可以作為貿易商品，潛在分布廣，可以淡化地緣政治，所以氫作為能源載體是很好的。
原因二，可再生能源高速發展。
可再生能源高速發展，但可再生能源時間上不均勻性，催生物理儲能和電化學儲能如抽水儲能，各種電池儲能的發展，但這些儲能只能解決短時間的可再生能源的不均勻性，不能解決長時間如季節性的不均，還存在大量的棄風，棄光與棄水現象，如新疆2018年棄風達到24.6%。
為解決可再生能源長時間不均，選摘氫能，採用電解水制氫解決可再生能源的儲存、再分配問題，提高可再生能源的利用率。據報導德國已制定氫能戰略，成立由內閣任命的國家氫能委員會，投資90億歐元促進氫能的生產與應用。德國在漢堡將建100MW的電解水廠，每小時可生產2噸即22000立方米的氫氣。
原因三，燃料電池技術的突破。
豐田在2014年12月15日正式宣布燃料電池車Mirai公開銷售。同時豐田也宣布5680件燃料電池的專利可以無償使用，到現在豐田已經銷售未來車1萬多輛，韓國現代也銷售了1萬多輛燃料電池出來。我們國家已經有6000多輛燃料電池的商用車在運行，主要是大巴和各種特種車。
歐盟的氫能戰略。
歐盟戰略的核心是將可再生能源生產的氫用於工業、交通、發電、建築等部門，具體計劃是2020-2024年安裝600萬千瓦的可再生能源生產氫的電解槽，生產100萬噸的氫。2025-2030年氫能成為能源系統的重要組成部分，電解槽容量提升到4000萬千瓦，生產氫1000萬噸。2031-2050年可再生制氫技術成熟，在所有難以去碳化領域大規模應用。歐盟委員會還成立了歐洲清潔氫能聯盟，該聯盟由企業家、官員、銀行家組成，宗旨是對清潔氫能的需求和促進投資。
能源轉型中氫能的作用。
第一，可以實現大規模、高效可再生能源的消納；
第二，在不同行業和地區間進行能量再分配；
第三，充當能源緩衝載體提高能源系統韌性；
第四，降低交通運輸過程中的碳排放；
第五，降低工業用能領域的碳排放；代替焦炭用於冶金工業降低碳排放，降低建築採暖的碳排放。
氫的製備技術路線
現在主要是要用綠氫，就是電解水制氫和副產氫。可再生能源電解水制氫可以解決可再生能源的波動性，特別是季節性的波動性，解決棄水、棄光、棄風的問題。可以替代石油用於汽車，可以替代天然氣用於燃氣輪機發電，也可以替代焦炭用於冶金工業。
我國工業副產氫大概有近千萬噸，每噸液氨弛放氣約為150-250標方，氫含量60%左右，每噸甲醇馳放氣量約780標方，氫氣含量70%左右，每噸氯鹼馳放氣副產氫200-300方。
我們對工業副產氫要採用精準脫氯，比如氯鹼工業副產氫用於燃料電池車，就是把副產氫經過反應生成氯化氫就可以了。對合成氨工業釋放氣，要把碳脫淨，其他的都可以不用脫。對焦爐釋放氣，它含有甲烷和碳氧化物，要全利用，需重整反應把甲烷變成輕氫氣並淨化，這個工藝比較複雜，要用變壓器伏來進行淨化。
我們國家在2018年2月11日由國家能源集團牽頭數十家企業和科研機構共同發起的中國氫能源及燃料電池產業創新戰略聯盟（簡稱中國氫能聯盟）正式成立。我國氫能聯盟發布的白皮書預計：到2050年，氫能在中國能源體系中佔比約為10%，氫氣需求量接近6000萬噸，年經濟產值將達到12萬億元，全國的加氫站達到一萬座以上，交通運輸、工業領域將實現氫能的普及應用，燃料電池車達到520萬輛/年，固定式發電裝置每年2萬臺套，燃料電池系統產能550臺套/年。6000萬噸氫利用，可減排約7億噸二氧化碳。
電解水制氫技術
現在有三類電解水制氫技術，比較成功的是鹼水電解，還有就是質量交換膜的純水電解，這個正在進行兆瓦級的工業實驗，正在研發高溫蒸汽電解。
幾種水電解技術特點，固體氧化物電耗最低，PEM正在進行兆瓦級工業性實驗，可再生能源的功率變化適應性比較強，所以是現在各國未來的一個主力，目前的主力是電解水與鹼水電解，但是對可再生能源變化的適應性比較低。
鹼性水電解工業比較成熟，現在成套的電解槽可以出售，我這裡列的都是國外的電解槽，像Hydrogenics等等這些，我們國內有三家電解槽供應商，在武漢和蘇州還有天津，我們就內三個廠家可以供應鹼水電解。
固體氧化物水電解正在研發，主要的特點是效率比較高，把液能可以變成氫能，但是目前還處在起步階段。
質子交換膜電解水制氫，這是我們所和燃料電池所一起研究的主攻方向，它的電解反應和鹼水電解基本上一樣的，陽極水分解變成氧氣和氫，陰極產生氫氣，陽極產生氧氣，主反應是水變成氫和氧。這是電子槽的結構（PPT）。
PEM水電解特點：
1、隔膜比較薄，而且陽極和陰極和隔膜是結合在一起的，所以內阻比較小；
2、質子交換膜氫氣滲透率比較低，所以產生的氣體比較純，可以達到99.999%，除了把水蒸氣分離以後就是一個純氫；
3、可在較高電流密度小於每平方米兩個安培；
3、SPE對輸入功率變化響應比較快，適用於智能電網，可在更寬的部分負荷範圍工作，安全性比較高。
4、使用純水電解，腐蝕性比較低，性能比較穩定，現在已經有5萬小時的運行數據，壽命可以達 到8-10年。
國際上能夠提供PEM水電解槽的廠家，主要是美國的質子能公司、吉納公司和德國西門子公司，電流密度越高，能耗越高。
PEM還有一個要點成本比較高，主要原因第一個是雙極板，氫的一側可以用不鏽鋼，氧的一側一定要用鈦板，而且要改性。另外它的催化劑現在還是以貴金屬塗層為主，所以這兩部分的成本大概佔了整個成本的70%左右，所以要想降低PEM水電解的成本，一定在極板、和催化劑上要有突破，催化劑是我們的強項，極板改性也是燃料電池經常用的，所以我們用這個工作是和燃料電池並行進行的。
電解槽的水池主要是極化，分為三類，歐姆極化、能差極化和化學極化，化學極化主要催化劑決定的，歐姆極化主要膜的厚薄決定，現在一般採用薄膜，和燃料電池是一樣的，採用10微米左右的膜，能差極化主要在結構上要進行改進，這也是和燃料電池基本上並行的，所以我們做燃料電池的同時就做電解水。
做電解水第一個難題就是要開發高活性的析氧催化劑，我們有幾代研究生做了這方面的工作，所以我們現在催化活性還是比較高的。
第二塊是要有薄的質子交換膜，在這方面和燃料電池是完全一致的，要用增強的自由基淬滅交換膜，國際上最好的單位提供這個質子交換膜是美國的戈爾公司，所以燃料電池不管是豐田的還是韓國現代的都是用戈爾膜來做的，國內比較高性能的電堆也是用戈爾膜，我們已經在實驗室做出和戈爾膜完全一致的膜，但是現在還沒有產業化，只能是小批量的進行實驗。
另外做質子交換膜水電解還有一個比較難的技術問題，因為電解是析氣過程，在電解過程當中如果催化層和膜接觸不牢，會造成分層，達不到壽命要求。我們把催化層通過預噴塗過程能夠做到緊密的結合而不分層，這是專利技術，就是要做一個一體化的膜電極。這是實驗結果（PPT），膜和催化層，不採用這種技術電解就要分層，採用了這種技術就不分層。所以一定要和現在的燃料電池有所區別，要把膜和電極之間牢固結合，有一個過渡層。
對雙極板來說，現在是靠一個不鏽鋼板和鈦板，鈦板上鍍膜，雷射焊接在一起解決。我們正在通過不鏽鋼板表面改性解決這個問題，這樣用一塊板可以大幅度降低成本。
如果說我們電解出來的氫氣要直接的送到天然氣管網當中，通過壓力電解槽的工作壓力要提高，所以對密封設計要有特殊的考慮，產生的氫氣要達到60個大氣壓左右，我們現在已經做到了40個大氣壓，如果再提高一點我們就可以直接把電解產生的氫氣不通過壓縮送到天然氣管道當中。
評價電解槽的指標還有一個就是一致性問題，因為一個電解槽是由幾十個到上百個電解池構成的，所以各個電解池一致性要一致，要解決流體分配問題，要解決析氣問題，把這些問題解決了電解槽的一致性就解決了。
我們已經完成了三代制氫機的研發，能耗達到國際先進水平，美國Hydrogenics在這部分每千瓦小時氫能耗是4.9，美國的Proton Onsite是4.6，我們現在密度稍低一點4.2，所以我們能耗還是比較好的。另外我們得了大連市一等獎，我們牽頭制定了國際標準，已經發布了。
這是電解槽對功率變化的響應，可再生能源直接接到電解槽上功率是變化的，所以質子交換膜水電解膜對這個功能的變化響應很快，你要用鹼水電解有做不到，要很長時間採用達到穩態。所以質子交換膜用可再生電解時候中間不需要穩壓氣。
我們已經中標了國網安徽六安兆瓦級氫能科技示範工程，另外和陽光電源和大連化物所成立了電解水制氫技術聯合實驗室，我們把我們的專利許可陽光電源做，另外陽光電源和我們成立了電解水制氫技術的聯合實驗室，主要是兩方面，一個提高性能，一個是降低成本。
下面我講一下氫的儲運。
氫的能量密度比較高，但是氫的體積能量密度是最低的，因為氫氣很輕，所以氫能源作為能源載體最難點就在氫的儲運。從國際上來看，氫的儲存有液氫，把氫液化，但是氫一液化能量消耗比較高。還有高壓氫瓶，現在電動汽車主要用高壓儲氫，原來可以用夜氫，特別發展重卡以後大概用液氫。另外還有儲氫材料，最近國際國內都在搞的有機化合物儲氫，比如說日本現在就從澳大利亞做成氫氣，氫氣和甲苯加氫之後運到日本，再脫氫變成甲苯和氫氣，氫氣就可以利用了，國內也在搞有機化合物儲氫，這種儲氫主要儲氫量比較低，重量比能達到2%左右就好了。
高壓氣瓶儲氫有三型瓶和四型瓶，三型瓶我們已經國產化了，瀋陽斯林達可以提供。四型瓶我們正在研究，現在在攻關瓶的組合閥，如果能成功我們就可以採用70兆瓦的加氫系統。
氫的儲運短期來講可以用魚雷車，200公裡以內，每天運輸10噸氫，每公司氫大概兩三塊錢，還是比較廉價的。要是採用儲氫材料這個費用就比較高，因為儲存量比較高。另外採用有機化合物儲氫可以達到5-6%，它有一個好處，可以用原油的運輸設備，到時候一個加氫、一個脫氫把氫進行運輸，這也是國際研究的一個方向。
我們提出一個解決氫長距離輸送方法的建議。因為我們國家東北、西北和西南可再生能源比較豐富，東北和西北風能、太陽能比較豐富，西南水能非常豐富，所以我們就想利用西南、西北、東北豐富的水電與風電、太陽能來電解水制氫，把氫輸送天然氣管網，利用天然氣管網把氫和天然氣一起運到全國各地。國外現在正在做的是天然氣當中氫的含量可以做到5-20%，輸出去的管道要重新布設，用原先天然氣管道比較費勁，內部還要加一個塗層。歐盟的計劃就是在原先天然氣管道的那塊再並一個運輸純氫的管道，所以我們現在國內建議把氫送到天然氣觀望。在用氫的地方我們再把天然氣裡邊當然可能有一點氫，用天然氣重整來做氫，把氫進行淨化以後再用，這樣做長距離的運氫問題基本解決，電解水廠長距離做出來的氫儲存不用考慮，直接通過天然氣管網運輸業不用考慮，在用戶這裡就是用天然氣做氫，好處是二氧化碳不用分類、儲存和掩埋，因為我是用氫氣換天然氣，這樣做出來每公斤氫成本，包括加氫這一部分，送到加氫站裡面進行加氫，每公斤我預計要小於40塊錢，完全可以和燃油進行競爭。
所以這是我們國家解決長期輸送氫氣的一個有效方法，但是這之前要進行一個實驗，輸天然氣的管道加入氫以後會產生哪些變化。因為氫加到天然氣裡邊，對天然氣的應用特性有改進作用，比如用含氫的天然氣用於燃氣輪機發電，二氧化碳氮氧物的排放大幅度下降，所以有好處。如果這種天然氣用於家庭，也不用往裡加發味劑，直接可以在房間裡面加上氫的傳感器，就知道家庭用天然氣漏沒用漏，因為天然氣漏出來氫早就漏出來了，因為氫是非常容易檢測的氣體，因此我們建議國家儘快攻克用天然氣管網輸送氫氣的問題，用戶這部分進行天然氣重整制氫，這個部分是比較成熟的，大小我們國家都有，不用開發，只要設計、建造就可以了。
謝謝大家。