北京大学教授李星国：高密度低成本氢气储运方法探索

“氢能主要的问题我认为有四个，制氢、储氢的成本下降和效率的提高。第二，基础设施目前还比较薄弱，第三是关键设备的制备，第四是安全的问题。”北京大学教授李星国在可再生能源制绿氢技术、装备与案例大会上的发言。

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李星国：各位专家，各位领导，各位同仁大家上午好！非常高兴有机会参加这次交流会，非常感谢会务组给我这个机会。我今天分享的是高密度低成本氢气储运方法探索，我是北京大学李星国。

大家非常关心氢能，当然也有不少人也在质疑氢能，甚至也有人说氢能会不会是一个骗局。实际上，氢能目前虽然成本还很高，技术不够成熟，还有基础设施等驱动问题，但是有三个原因势必会推动氢能的发展。第一，化石原料的资源枯竭。第二，环境污染和气侯变化，以及现在提出的碳达峰、碳中和严峻的任务。第三，风电太阳电快速发展，大规模能源储存是问题。这三个潮流势必会推动氢能快速发展。

氢能主要的问题我认为有四个，制氢、储氢的成本下降和效率的提高。第二，基础设施目前还比较薄弱，第三是关键设备的制备，第四是安全的问题。

这里面首先是制氢和储运是第一个问题。氢的产业分为制氢、储运和应用三个领域。制氢发展很快，应用现在发展也很快，制氢如何送到用的地方是个瓶颈。制氢的时候大家有很好的共识，现在化石能源制氢为主，会逐渐地发展为绿氢、电解水制氢，逐渐的向PEM、BEM发展，储运氢气实际上是根据实际用氢的情况不同，它要选择它合适的储运方法。

现在有工业钢瓶、管拖车、气体管道、液态氢气、轮船、有机物以及固态储氢等各种发展，我们在用氢的时候要根据自己的实际情况来选择最合适的储氢方法。能源储存里面追求两个参数，一个是能量的质量储氢密度和能量的体积储氢密度，现在有多种能量储存方法，包括水密、包括电容器、压缩空气、铅电池、锂离子电池等等，在这里面氢气的储能不论在体积密度，还是在质量密度上都比其他方法要大，所以这就是为什么氢能能够受到很大关注其中一个重要原因。因为储能的特点，所以它也有很重要的应用。比如现在电动车往往跑的距离比较短，载物比较小的时候用的是电动车，在中等距离的时候用的是混合动力车，如果要大型长距离的话非氢能源不可。

氢气储存中最有代表性的是高压储氢罐，它用两个高压储氢罐，压力达到700大气压，能够储存5公斤氢气，充氢3~5分钟，避免锂离子电池长时间充电的要求。它的储氢容量达到了5%以上，这5%给能源储存提出了一个标准，要想在移动的车辆上用氢能的话，也要达到5%，不能用高压缸瓶，氢能储运的时候丰田车给我们提出了一个简单的标准，氢气的储存有高压氢气储存，还有液体的储氢，还有固态的，还有有机液体的。相比之下，高压气体储氢、液体储氢和有机储氢，容量比较高，高达到5%，这些方法都可以在移动的场合去使用。固体储氢质量容量密度比较低，所以在车载的时候比较困难，但是相比之下高压液体以及有机液体的时候，分别会存在安全的隐患，能源效率比较低、纯度比较低等问题，而固态储氢会有体积储氢密度高，而且安全，而且能够长久地保存，特殊情况下会有它的优势。储氢的容量其实还不够，还要开发更高容量的储氢的方式。在我们运氢的方面，刚才多位专家提到了，这里面主要分成常见的工业缸瓶，单个缸瓶150大气压，存0.5公斤氢气，大型实验的时候要用集装隔，9个、12个、20个、30个，这样可以储到10公斤的氢气，做一些大型的实验没问题。如果超过10公斤的话，一般会跑几次，这个时候如果超过50公斤以上的时候，这个时候更多的会用长管拖车，可以储到250公斤左右。如果要更大的，比如成吨的，就得要有管道或者液体的形式，运氢的时候除了量以外，跟距离也是有很大的关系。随着距离的增加，它的成本会显著地上升，而液体变化比较小。也就是说，根据不同的运氢的距离和量不同，选择不同的输氢的方式，比较小型的时候，0~10公斤一个缸瓶到集装隔这个范围，一个集装隔逐渐过渡到长管拖车，50公斤到吨的时候，长管拖车要逐渐地换成管道或者液体的形式来进行储氢。从距离角度来说，距离越长逐渐地管道和液体的，尤其是跨海洋的时候，几乎是液体的，这是大型的氢气储运。

最核心的是成本，一般认为制氢和储运占氢气的大头，尤其在车载的时候，制氢和储氢占的成本不到40%，更多是在加氢站上，到了加氢站成本会增加很多，而且加氢站跟使用的频度有密切的关系。如果使用得很高的时候，满负荷使用成本会很低。如果没有满负荷使用会成倍甚至几十倍地增长。加氢站的使用时间非常关键。一般出厂的氢气价格每公斤20块钱左右，到了加氢站一般都是60公斤左右，所以要到使用的时候要保证，在一个正常的加氢站使用的时候，每天不加几百公斤氢气，加氢站维持不下去。这就存在一个问题，先普及车，还是先普及加氢站，这是一个三。将来车是个人买的，加氢站是企业或者政府补贴的，将来只要是政府补贴加氢站，把基础设施做起来之后，车子才会逐渐增多，成本都会下降下来。

最后做一个简单的工作介绍，我们小组从事氢气的制备、氢气的储存，还有关键设备以及氢电系统方面的工作。简单介绍一下储存方面的工作，做到储氢的时候要达到5%以上，才可以跟高压缸瓶相匹配。我们做了镁的合金，可以达到7%的储氢容量，比高压缸瓶高。如果把它做成氢化镁进行水解，可以达到15%，比5%要高3倍，所以从这个角度来说，我们可以用新的方法在小电源和无人机方面，我们也做这方面的工作。

另外，我们在做有机液体的储氢，可以高到5~7%，很重要的问题就是催化剂。因为液体加氢，尤其是让它放氢很困难，催化剂是核心，一般都是用贵金属。我们是用了稀土的金属，使成本降低很多。我们参加了壳牌的比赛，很荣幸获得他们的二等奖。

总之，现在储氢的方式有气态、液态、固态等多种形式，要根据使用情况来选择。另外，根据清洁成本和多为书和距离相关，在大型的规模储氢的时候，管道和业态的成本更有优势，国内运氢非常少，管道几百公里，美国他们都几千公里了。另外，我们在等离子与制氢等等方面，做了很多储氢方面的工作，取得了良好的结果。感谢大家！

（发言为北极星氢能网根据速记整理，未经本人审核）