加拿大工程院院士葉思宇：中國各地區(qū)氫能發(fā)展要避免大而不強、全而不良

燃料電池汽車示范應(yīng)用城市群的獲批以及氫能中長期規(guī)劃等契機(jī)的出現(xiàn)，為氫能產(chǎn)業(yè)的提速發(fā)展帶來了新的機(jī)遇。

在“雙碳”目標(biāo)背景下，氫能產(chǎn)業(yè)應(yīng)該怎么發(fā)展?燃料電池汽車示范應(yīng)用城市群建設(shè)將為地區(qū)發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)帶來怎樣的啟示?在中長期規(guī)劃明確將氫能作為未來能源體系中的重要組成部分之下，氫能應(yīng)如何實現(xiàn)自身更大的作用?

近日，筆者專訪了加拿大工程院院士、鴻基創(chuàng)能副董事長兼首席技術(shù)官、廣州大學(xué)教授葉思宇。葉思宇表示，氫能很好地起到了串聯(lián)從能源制取到能源使用兩端的作用，在“雙碳”目標(biāo)下的重要性不言而喻。而燃料電池汽車示范應(yīng)用城市群的建設(shè)，讓區(qū)域間的良性競爭和合作能夠得以實現(xiàn)，城市群內(nèi)的城市也能形成互補合作。

葉思宇認(rèn)為，中國氫能產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)要以區(qū)域間合作形成產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，而不是僅僅局限于地方的優(yōu)勢。各地區(qū)要立足于自身優(yōu)勢稟賦進(jìn)行發(fā)展，避免形成大而不強、全而不良的局面。

1構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展閉環(huán)

在“雙碳”目標(biāo)下，發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)具有怎樣的必要性和意義?

葉思宇：“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)，很大程度上需要以能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型來驅(qū)動。從發(fā)電端來看，需要充分利用風(fēng)能、太陽能等可再生能源進(jìn)行發(fā)電;從終端應(yīng)用來看，需要進(jìn)一步提升能源效率，同時對煉鋼、化工、農(nóng)業(yè)等使用傳統(tǒng)能源的產(chǎn)業(yè)進(jìn)行清潔燃料替代。

從發(fā)電端到用電端的能源結(jié)構(gòu)中可以注意到，目前盡管風(fēng)能和太陽能在中國乃至全世界的應(yīng)用越來越普及，但可產(chǎn)生的電力和實際上網(wǎng)的電力之間還存在較大差距，其主要原因在于可再生能源的波動性和間歇性，使其無法高質(zhì)量地完成并網(wǎng)發(fā)電，要解決這些問題，就需要用到儲能。

目前比較廣為人知的儲能方式是電池儲能，但是電池儲能在應(yīng)對跨季節(jié)、長時間的儲能需求上存在一定的局限性，而氫能在其中起到了非常重要的作用，即通過電解水制氫將可再生能源轉(zhuǎn)化為氫氣，應(yīng)用于燃料電池汽車交通領(lǐng)域，或是應(yīng)用在煉鋼、化工、制氨等行業(yè)。電解水制氫在應(yīng)對可再生能源波動性和間歇性上有其獨到之處，甚至很多我們認(rèn)為的“棄風(fēng)”“棄光”也能通過這一途徑實現(xiàn)充分的轉(zhuǎn)化利用。

所以，從能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和調(diào)整來說，只有加上氫能或者說更廣泛的儲能，可再生能源的充分利用才能得以實現(xiàn)，氫能很好地起到了串聯(lián)從能源制取到能源使用兩端的作用，在“雙碳”目標(biāo)下的重要性不言而喻。有部分人容易將氫能等同于燃料電池，將燃料電池等同于燃料電池汽車，然后去與電動汽車作比較，這樣的理解存在偏頗，也降低了整個氫能產(chǎn)業(yè)的重要性。

目前，氫能產(chǎn)業(yè)還面臨哪些技術(shù)上的瓶頸問題?

葉思宇：在剛才的問題上，我將氫燃料電池與以鋰電為代表的二次電池作了簡單的比較，但從技術(shù)和應(yīng)用等方面來看，氫燃料電池產(chǎn)業(yè)與鋰電產(chǎn)業(yè)還存在一些差距。特別是中國近幾年在鋰電池技術(shù)上突飛猛進(jìn)，產(chǎn)業(yè)化大幅度提升，鋰電產(chǎn)業(yè)實際上已經(jīng)到了大規(guī)模商業(yè)化的階段，而燃料電池產(chǎn)業(yè)仍處于商業(yè)化的初期。從某種意義上來說，這與我們在燃料電池技術(shù)上還存在一些瓶頸問題有關(guān)，使其難以在現(xiàn)階段進(jìn)行大規(guī)模的商業(yè)化。

從整個氫能產(chǎn)業(yè)鏈來講，不管是制氫端或是氫氣的儲運，再到燃料電池環(huán)節(jié)，都還存在一些比較關(guān)鍵的技術(shù)問題。其中最為核心的問題就是關(guān)鍵材料的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，目前這一環(huán)節(jié)還處于技術(shù)轉(zhuǎn)移到小試或是中試階段，大規(guī)模的應(yīng)用非常少，甚至這些應(yīng)用還沒有完成整個產(chǎn)業(yè)鏈的工程化驗證。我認(rèn)為，要解決技術(shù)上的瓶頸問題，需要在關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化和工程化驗證這三個方面同時發(fā)力。

事實上，近年來，國內(nèi)在電解水制氫、儲氫以及燃料電池領(lǐng)域的一些關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)上已經(jīng)取得了長足進(jìn)步，但這些產(chǎn)品應(yīng)如何變成工業(yè)品、商品還面臨挑戰(zhàn)。在這一方面就需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游相互配合，盡快完成工程化驗證，并把工程化驗證中的數(shù)據(jù)及時提交給大學(xué)和研究所，進(jìn)行新一代的燃料電池科學(xué)技術(shù)研發(fā)，也應(yīng)盡快地對接到企業(yè)的研發(fā)部門。只有這一過程的閉環(huán)得以實現(xiàn)，氫能產(chǎn)業(yè)的問題才能得到解決。

2要在區(qū)域間形成發(fā)展合力

去年，全國五個城市群獲批建設(shè)燃料電池汽車示范應(yīng)用城市群，這能為各地發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)帶來怎樣的影響?城市以及城市群之間應(yīng)該如何互補發(fā)展，形成中國氫能產(chǎn)業(yè)區(qū)域間的發(fā)展合力?

葉思宇：在燃料電池產(chǎn)業(yè)仍處于商業(yè)化應(yīng)用初期階段的背景下，要避免區(qū)域間形成惡性競爭的局面。在中國現(xiàn)有的良好體制下，可以通過中央及各級政府的相互配合，把一些氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)較好、技術(shù)研發(fā)能力較強、配套設(shè)施較健全的地區(qū)先行發(fā)展起來。

目前獲批的五個城市群具有這樣的優(yōu)勢，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展上來說，五個城市群在實現(xiàn)自身氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展時也能連接成“氫能走廊”，這樣對未來氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有很大幫助。因為如果不能鼓勵技術(shù)力量較強的地區(qū)率先發(fā)展起來，使得惡性競爭所造成的浪費得以抑制，可能氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐會更慢。

燃料電池汽車示范應(yīng)用城市群的建設(shè)讓區(qū)域間的良性競爭和合作能夠得以實現(xiàn)，同時城市群內(nèi)的城市也能形成互補合作。以廣東城市群為例，除了省內(nèi)城市外，廣東城市群還有安徽六安、福建福州、內(nèi)蒙古包頭等城市的參與，能夠提供氫源或是更多的應(yīng)用場景，也能保證城市群建設(shè)為整個氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來很好的啟示作用。我們也希望借助城市群建設(shè)，燃料電池關(guān)鍵材料的自主化和產(chǎn)業(yè)化得以實現(xiàn)，在燃料電池示范應(yīng)用城市群完成階段性目標(biāo)時，中國的燃料電池關(guān)鍵技術(shù)問題能夠基本得到解決，在2025-2030年之間實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模商業(yè)化。

在城市間如何互補發(fā)展、區(qū)域間如何形成發(fā)展合力的問題上，我認(rèn)為系統(tǒng)的氫能全產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)非常重要，但全產(chǎn)業(yè)鏈的系統(tǒng)發(fā)展并不等同于每個城市，甚至是每個城市群都需要建立起一個完整的產(chǎn)業(yè)鏈。各地區(qū)應(yīng)該綜合考慮自身的優(yōu)勢在哪一領(lǐng)域，互相之間形成配合，從而實現(xiàn)互補發(fā)展。

氫能產(chǎn)業(yè)鏈要以區(qū)域間合作形成中國氫能產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢，而不是僅僅局限于地方的優(yōu)勢。當(dāng)然，部分地區(qū)如長三角、珠三角本身產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)比較完整，但總體上各地區(qū)要立足于自身優(yōu)勢進(jìn)行發(fā)展，避免形成大而不強、全而不良的局面。

廣東建設(shè)燃料電池汽車示范應(yīng)用城市群的優(yōu)勢稟賦體現(xiàn)在哪些方面?目前，廣東氫能產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)情況如何?

葉思宇：廣東燃料電池產(chǎn)業(yè)，特別是燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的早期研發(fā)和初步產(chǎn)業(yè)化建立的時間很早，在全國具有一定的領(lǐng)先地位，并且目前已經(jīng)率先形成了量的示范。同時，要形成一條新的產(chǎn)業(yè)鏈，需要有與其相適應(yīng)的配套體系，就像任何一個汽車城的發(fā)展都會帶動整個城市其他配套企業(yè)的發(fā)展，燃料電池產(chǎn)業(yè)也是同樣的道理。

廣東作為中國的經(jīng)濟(jì)強省，各個產(chǎn)業(yè)的配套能力毋庸置疑，這一優(yōu)勢非常明顯。再加上廣東近幾年對于氫能產(chǎn)業(yè)的科研投入很大，廣東的高校、科研院所以及企業(yè)的研發(fā)能力較強，這幾個方面的優(yōu)勢造就了廣東發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的巨大潛力。目前，廣東示范城市群建設(shè)正在省政府的指導(dǎo)下穩(wěn)步推進(jìn)，各個企業(yè)、高校和研究所也密切配合，我認(rèn)為實現(xiàn)示范城市群階段性目標(biāo)的可能性是很大的，甚至可能會超過既定目標(biāo)。

在氫能產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)上，廣東雖然產(chǎn)業(yè)十分發(fā)達(dá)，但并非資源大省，在氫源問題上還存在薄弱環(huán)節(jié)。作為沿海省份，廣東具有豐富的海洋資源，未來可以通過海水電解水制氫的方式制備綠氫，但目前這一技術(shù)仍處于研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化初期，經(jīng)濟(jì)可行性還有待考量。

現(xiàn)階段，廣東仍需依靠工業(yè)副產(chǎn)氫來保障氫源供應(yīng)，而東莞、陽江、茂名等工業(yè)副產(chǎn)氫資源較多的地區(qū)到廣州、佛山、深圳等用氫場景較多的地區(qū)存在一定距離，并且當(dāng)?shù)氐牟糠止I(yè)副產(chǎn)氫需要用于化工領(lǐng)域，未來如何在這一過程中做好配合，使得氫氣的制取和運輸不再成為廣東氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展最大的瓶頸，是目前亟待突破的環(huán)節(jié)。

非常幸運的是中石化等企業(yè)，正在通過增加氫氣產(chǎn)能和加氫站建設(shè)等舉措，積極幫助廣東破解氫源難題。在“雙碳”目標(biāo)背景下，綠氫才是終極目標(biāo)，但經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性必須雙管齊下，將化石能源制氫作為過渡是有必要性的。對于目前的薄弱環(huán)節(jié)，中石化等生產(chǎn)工業(yè)副產(chǎn)氫企業(yè)的大力支持非常重要。

3氫能要在能源體系中發(fā)揮更大作用

目前，氫能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用主要在交通端，而今年發(fā)布的氫能產(chǎn)業(yè)中長期規(guī)劃中明確了未來氫能將作為我國能源體系中的重要組成部分。未來應(yīng)如何拓展氫能的應(yīng)用領(lǐng)域，實現(xiàn)氫能在能源體系中更大的作用?

葉思宇：整個氫能產(chǎn)業(yè)鏈包括從制取、儲運、加注到燃料電池，再到終端應(yīng)用的各個環(huán)節(jié)。而燃料電池是氫能產(chǎn)業(yè)非常好的應(yīng)用場景，也起到了很好的示范效應(yīng)，普通群眾也可以在燃料電池汽車的應(yīng)用場景中，感受到它的環(huán)保性、舒適性以及便利性等各方面優(yōu)勢。將燃料電池汽車這一交通端應(yīng)用作為示范窗口，其重要性是不言而喻的。但燃料電池并不等同于氫能產(chǎn)業(yè)，氫能產(chǎn)業(yè)除了在交通領(lǐng)域外，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、發(fā)電等領(lǐng)域都有其獨到的用處。

要實現(xiàn)氫能在能源體系中更大的作用，首先氫能需要通過電解水制氫等途徑與可再生能源形成配合，這可能是氫能在能源領(lǐng)域最重要的作用。同時，在應(yīng)用端，目前歐洲很多國家已經(jīng)在嘗試?yán)脷錃鉄掍?，能夠極大降低鋼鐵行業(yè)的碳排放量。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可以利用綠氫制綠氨，化工領(lǐng)域可以利用綠氫制甲醇，建筑領(lǐng)域可以通過燃料電池實現(xiàn)熱電聯(lián)供，這些應(yīng)用場景都能實現(xiàn)氫能在能源體系中更大的作用。

當(dāng)然，這一切都取決于氫能整個產(chǎn)業(yè)鏈的健康發(fā)展，包括解決如何進(jìn)一步降低氫氣制備和運輸成本的問題。除了實現(xiàn)規(guī)?；?，這很大程度上依賴于技術(shù)的進(jìn)步，例如提升膜電極效率和壽命降低全生命周期成本、利用新型的氫氣儲運技術(shù)提高經(jīng)濟(jì)性等，這樣終端應(yīng)用的成本能夠極大降低，氫能在能源體系中的作用才能被充分釋放。

氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展應(yīng)如何實現(xiàn)政、產(chǎn)、學(xué)、研、用的緊密結(jié)合?其中有哪些重要抓手?

葉思宇：政、產(chǎn)、學(xué)、研、用要真正做到結(jié)合其實存在一定困難，需要各個層面都抱有一種開放學(xué)習(xí)的態(tài)度。

以產(chǎn)學(xué)研為例，中國過去長期認(rèn)為基礎(chǔ)科學(xué)研究是最重要的研究，負(fù)責(zé)解決0到1的問題，而應(yīng)用研究解決的是1到N的問題。其實，真正的產(chǎn)業(yè)研發(fā)并不一定遵循這一規(guī)律，以產(chǎn)業(yè)化為導(dǎo)向的應(yīng)用研究也可能反過來凝練成新的科學(xué)問題，從而指導(dǎo)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。世界上不乏科學(xué)研究的課題是在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中實現(xiàn)或提煉出來的，有些甚至已經(jīng)找到了解決方案，但是科學(xué)研究還未能研究透徹。所以，不要拘泥于從高校、研究所的研究結(jié)果到產(chǎn)業(yè)研發(fā)，再到工程化，最后實現(xiàn)應(yīng)用這一“串聯(lián)模式”。很多時候這一過程是串聯(lián)和并聯(lián)疊加在一起的，而且應(yīng)用端所積累的經(jīng)驗很多就是高校和企業(yè)研發(fā)的新課題，不僅會為高校和企業(yè)的研發(fā)提供新的思路，也能為其提出新的研究方法和手段提供建議和指導(dǎo)方向。

在“用”的方面，近幾年隨著人工智能和大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段的結(jié)合，所產(chǎn)生的結(jié)果實際上能夠?qū)⑦^去利用一個實驗室產(chǎn)生的一組或者幾組數(shù)據(jù)所得到的分析結(jié)果通過系統(tǒng)的方式進(jìn)行分解，對于新的研發(fā)能夠產(chǎn)生非常好的指導(dǎo)作用。

“政”的重要性也不言而喻。任何一個新興產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化初期，都需要一個重要的推動力。這一方面，單靠某家企業(yè)或是幾家企業(yè)是非常難做到的，如果政府能夠通過政策、法規(guī)，以及政策引導(dǎo)下的產(chǎn)學(xué)研用的集成能力，或是通過對產(chǎn)業(yè)協(xié)會的引導(dǎo)和指導(dǎo)發(fā)揮作用，能夠加速新興產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化進(jìn)程，同時也能夠進(jìn)一步推動整個產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。