加拿大院士叶思宇：中国各地区氢能发展要避免大而不强、全而不良

 

在“双碳”目标背景下，氢能产业应该怎么发展？燃料电池汽车示范应用城市群建设将为地区发展氢能产业带来怎样的启示？在中长期规划明确将氢能作为未来能源体系中的重要组成部分之下，氢能应如何实现自身更大的作用？

 

 

近日，笔者专访了加拿大工程院院士、鸿基创能副董事长兼首席技术官、广州大学教授叶思宇。叶思宇表示，氢能很好地起到了串联从能源制取到能源使用两端的作用，在“双碳”目标下的重要性不言而喻。而燃料电池汽车示范应用城市群的建设，让区域间的良性竞争和合作能够得以实现，城市群内的城市也能形成互补合作。

 

叶思宇认为，中国氢能产业链建设要以区域间合作形成产业优势，而不是仅仅局限于地方的优势。各地区要立足于自身优势禀赋进行发展，避免形成大而不强、全而不良的局面。

 

 

叶思宇：“双碳”目标的实现，很大程度上需要以能源结构转型来驱动。从发电端来看，需要充分利用风能、太阳能等可再生能源进行发电；从终端应用来看，需要进一步提升能源效率，同时对炼钢、化工、农业等使用传统能源的产业进行清洁燃料替代。

 

从发电端到用电端的能源结构中可以注意到，目前尽管风能和太阳能在中国乃至全世界的应用越来越普及，但可产生的电力和实际上网的电力之间还存在较大差距，其主要原因在于可再生能源的波动性和间歇性，使其无法高质量地完成并网发电，要解决这些问题，就需要用到储能。

 

目前比较广为人知的储能方式是电池储能，但是电池储能在应对跨季节、长时间的储能需求上存在一定的局限性，而氢能在其中起到了非常重要的作用，即通过电解水制氢将可再生能源转化为氢气，应用于燃料电池汽车交通领域，或是应用在炼钢、化工、制氨等行业。电解水制氢在应对可再生能源波动性和间歇性上有其独到之处，甚至很多我们认为的“弃风”“弃光”也能通过这一途径实现充分的转化利用。

 

所以，从能源结构的转型和调整来说，只有加上氢能或者说更广泛的储能，可再生能源的充分利用才能得以实现，氢能很好地起到了串联从能源制取到能源使用两端的作用，在“双碳”目标下的重要性不言而喻。有部分人容易将氢能等同于燃料电池，将燃料电池等同于燃料电池汽车，然后去与电动汽车作比较，这样的理解存在偏颇，也降低了整个氢能产业的重要性。

 

 

叶思宇：在刚才的问题上，我将氢燃料电池与以锂电为代表的二次电池作了简单的比较，但从技术和应用等方面来看，氢燃料电池产业与锂电产业还存在一些差距。特别是中国近几年在锂电池技术上突飞猛进，产业化大幅度提升，锂电产业实际上已经到了大规模商业化的阶段，而燃料电池产业仍处于商业化的初期。从某种意义上来说，这与我们在燃料电池技术上还存在一些瓶颈问题有关，使其难以在现阶段进行大规模的商业化。

 

从整个氢能产业链来讲，不管是制氢端或是氢气的储运，再到燃料电池环节，都还存在一些比较关键的技术问题。其中最为核心的问题就是关键材料的研发和产业化，目前这一环节还处于技术转移到小试或是中试阶段，大规模的应用非常少，甚至这些应用还没有完成整个产业链的工程化验证。我认为，要解决技术上的瓶颈问题，需要在关键技术的创新研发、产业化和工程化验证这三个方面同时发力。

 

事实上，近年来，国内在电解水制氢、储氢以及燃料电池领域的一些关键技术的研发上已经取得了长足进步，但这些产品应如何变成工业品、商品还面临挑战。在这一方面就需要产业链上下游相互配合，尽快完成工程化验证，并把工程化验证中的数据及时提交给大学和研究所，进行新一代的燃料电池科学技术研发，也应尽快地对接到企业的研发部门。只有这一过程的闭环得以实现，氢能产业的问题才能得到解决。

 

 

去年，全国五个城市群获批建设燃料电池汽车示范应用城市群，这能为各地发展氢能产业带来怎样的影响？城市以及城市群之间应该如何互补发展，形成中国氢能产业区域间的发展合力？

 

叶思宇：在燃料电池产业仍处于商业化应用初期阶段的背景下，要避免区域间形成恶性竞争的局面。在中国现有的良好体制下，可以通过中央及各级政府的相互配合，把一些氢能产业发展基础较好、技术研发能力较强、配套设施较健全的地区先行发展起来。

 

目前获批的五个城市群具有这样的优势，从产业发展上来说，五个城市群在实现自身氢能产业的快速发展时也能连接成“氢能走廊”，这样对未来氢能产业的发展具有很大帮助。因为如果不能鼓励技术力量较强的地区率先发展起来，使得恶性竞争所造成的浪费得以抑制，可能氢能和燃料电池产业的发展步伐会更慢。

 

燃料电池汽车示范应用城市群的建设让区域间的良性竞争和合作能够得以实现，同时城市群内的城市也能形成互补合作。以广东城市群为例，除了省内城市外，广东城市群还有安徽六安、福建福州、内蒙古包头等城市的参与，能够提供氢源或是更多的应用场景，也能保证城市群建设为整个氢能产业的发展带来很好的启示作用。我们也希望借助城市群建设，燃料电池关键材料的自主化和产业化得以实现，在燃料电池示范应用城市群完成阶段性目标时，中国的燃料电池关键技术问题能够基本得到解决，在2025-2030年之间实现产业的大规模商业化。

 

在城市间如何互补发展、区域间如何形成发展合力的问题上，我认为系统的氢能全产业链建设非常重要，但全产业链的系统发展并不等同于每个城市，甚至是每个城市群都需要建立起一个完整的产业链。各地区应该综合考虑自身的优势在哪一领域，互相之间形成配合，从而实现互补发展。

 

氢能产业链要以区域间合作形成中国氢能产业的优势，而不是仅仅局限于地方的优势。当然，部分地区如长三角、珠三角本身产业链已经比较完整，但总体上各地区要立足于自身优势进行发展，避免形成大而不强、全而不良的局面。

 

广东建设燃料电池汽车示范应用城市群的优势禀赋体现在哪些方面？目前，广东氢能产业链的建设情况如何？

 

叶思宇：广东燃料电池产业，特别是燃料电池汽车产业的早期研发和初步产业化建立的时间很早，在全国具有一定的领先地位，并且目前已经率先形成了量的示范。同时，要形成一条新的产业链，需要有与其相适应的配套体系，就像任何一个汽车城的发展都会带动整个城市其他配套企业的发展，燃料电池产业也是同样的道理。

 

广东作为中国的经济强省，各个产业的配套能力毋庸置疑，这一优势非常明显。再加上广东近几年对于氢能产业的科研投入很大，广东的高校、科研院所以及企业的研发能力较强，这几个方面的优势造就了广东发展氢能产业的巨大潜力。目前，广东示范城市群建设正在省政府的指导下稳步推进，各个企业、高校和研究所也密切配合，我认为实现示范城市群阶段性目标的可能性是很大的，甚至可能会超过既定目标。

 

在氢能产业链建设上，广东虽然产业十分发达，但并非资源大省，在氢源问题上还存在薄弱环节。作为沿海省份，广东具有丰富的海洋资源，未来可以通过海水电解水制氢的方式制备绿氢，但目前这一技术仍处于研发和产业化初期，经济可行性还有待考量。

 

现阶段，广东仍需依靠工业副产氢来保障氢源供应，而东莞、阳江、茂名等工业副产氢资源较多的地区到广州、佛山、深圳等用氢场景较多的地区存在一定距离，并且当地的部分工业副产氢需要用于化工领域，未来如何在这一过程中做好配合，使得氢气的制取和运输不再成为广东氢能产业发展最大的瓶颈，是目前亟待突破的环节。

 

非常幸运的是中石化等企业，正在通过增加氢气产能和加氢站建设等举措，积极帮助广东破解氢源难题。在“双碳”目标背景下，绿氢才是终极目标，但经济性和环保性必须双管齐下，将化石能源制氢作为过渡是有必要性的。对于目前的薄弱环节，中石化等生产工业副产氢企业的大力支持非常重要。

 

目前，氢能产业的应用主要在交通端，而今年发布的氢能产业中长期规划中明确了未来氢能将作为我国能源体系中的重要组成部分。未来应如何拓展氢能的应用领域，实现氢能在能源体系中更大的作用？

 

叶思宇：整个氢能产业链包括从制取、储运、加注到燃料电池，再到终端应用的各个环节。而燃料电池是氢能产业非常好的应用场景，也起到了很好的示范效应，普通群众也可以在燃料电池汽车的应用场景中，感受到它的环保性、舒适性以及便利性等各方面优势。将燃料电池汽车这一交通端应用作为示范窗口，其重要性是不言而喻的。但燃料电池并不等同于氢能产业，氢能产业除了在交通领域外，在工业、农业、发电等领域都有其独到的用处。

 

要实现氢能在能源体系中更大的作用，首先氢能需要通过电解水制氢等途径与可再生能源形成配合，这可能是氢能在能源领域最重要的作用。同时，在应用端，目前欧洲很多国家已经在尝试利用氢气炼钢，能够极大降低钢铁行业的碳排放量。农业领域可以利用绿氢制绿氨，化工领域可以利用绿氢制甲醇，建筑领域可以通过燃料电池实现热电联供，这些应用场景都能实现氢能在能源体系中更大的作用。

 

当然，这一切都取决于氢能整个产业链的健康发展，包括解决如何进一步降低氢气制备和运输成本的问题。除了实现规模化外，这很大程度上依赖于技术的进步，例如提升膜电极效率和寿命降低全生命周期成本、利用新型的氢气储运技术提高经济性等，这样终端应用的成本能够极大降低，氢能在能源体系中的作用才能被充分释放。

 

 

以产学研为例，中国过去长期认为基础科学研究是最重要的研究，负责解决0到1的问题，而应用研究解决的是1到N的问题。其实，真正的产业研发并不一定遵循这一规律，以产业化为导向的应用研究也可能反过来凝练成新的科学问题，从而指导科学技术的发展。世界上不乏科学研究的课题是在产业发展过程中实现或提炼出来的，有些甚至已经找到了解决方案，但是科学研究还未能研究透彻。所以，不要拘泥于从高校、研究所的研究结果到产业研发，再到工程化，最后实现应用这一“串联模式”。很多时候这一过程是串联和并联叠加在一起的，而且应用端所积累的经验很多就是高校和企业研发的新课题，不仅会为高校和企业的研发提供新的思路，也能为其提出新的研究方法和手段提供建议和指导方向。

 

在“用”的方面，近几年随着人工智能和大数据等技术手段的结合，所产生的结果实际上能够将过去利用一个实验室产生的一组或者几组数据所得到的分析结果通过系统的方式进行分解，对于新的研发能够产生非常好的指导作用。

 

“政”的重要性也不言而喻。任何一个新兴产业的商业化初期，都需要一个重要的推动力。这一方面，单靠某家企业或是几家企业是非常难做到的，如果政府能够通过政策、法规，以及政策引导下的产学研用的集成能力，或是通过对产业协会的引导和指导发挥作用，能够加速新兴产业的商业化进程，同时也能够进一步推动整个产业的健康发展。