液氢：能“上天”可“落地”

几天前，被亲切地称为“胖五”的长征五号电视三号运载火箭从中国文昌航天发射场发射升空，随后成功地将搭载的卫星Praxis-20送入预定轨道。

“胖五”是中国第一枚重型运载火箭，运载能力为14吨，进入地球同步转移轨道。那么，什么样的燃料能帮助这个“大家伙”飞上天空呢？“液态氢-液氧”就是其中之一。

与目前常规火箭使用的化学燃料不同，“肥五”的燃料大部分是-183℃的液氧和-253℃的液氢，因此也被称为“冰箭”。“胖子五号”的成功发射，不仅证明了液态氢在中国航天工业中的应用已经成熟，也为蓬勃发展的氢能产业带来了新的东风。

国家氢能标准化技术委员会高级顾问、中国电子工程设计研究院研究员陈在接受《中国科学报》采访时表示，液态氢具有明显的储运优势，在200公里以上的氢气运输中具有良好的应用前景。然而，液态氢目前在中国民用领域还是一个空白。

陈认为，要大规模开发液氢，必须解决液氢生产能力问题和设备技术难题。

液态氢的积极研发是大势所趋。

液氢和液氧推进剂在减轻负担和增加“肥五”的强度方面起着重要作用。液态氢可用于航空航天和军事领域。根据液氢的特点和液氢储存和运输的优势，在氢能发展备受关注的今天，液氢在民用领域，特别是氢能行业有着广阔的应用前景。

据记者了解，制约中国氢能产业发展的瓶颈之一是氢气的高密度储存和运输。然而，通过预冷和节流膨胀等过程将氢冷却到-253℃，液态氢变成液态。液态氢的密度可以达到气态氢的780倍，这使得氢能够被有效地储存和运输。

陈告诉记者，液态氢的体积能量密度大约是35兆帕高压气体氢的3倍，是70兆帕高压气体氢的1.8倍。虽然从气态氢到液态氢的液化需要在-253℃下实现，并且需要消耗大量的能源，但在200多公里的运输距离内，使用液态氢的运输成本和能耗之和低于高压气态氢，因此液态氢在氢能产业储运的大规模发展中具有明显的优势。

目前，运输氢气有三种主要方式。一个是高压气体输送，这是氢燃料汽车发展的主流技术。第二，管道运输；二是低温液氢输送。尽管高压气态氢仍是当今中国的主流，但陈霖的新提议应积极展示民用液态氢的生产和应用。

中国在液氢的制备、储存、运输和应用方面取得技术突破还需要一段时间，但液氢储存和运输的比例预计到2030年将大幅上升。陈表示，当前我国积极发展液氢生产技术和装备制造业是大势所趋，应采取国防和民用技术相结合的方式加快发展进程。

为此，陈介绍，从2017年开始，国家氢能标准委员会组织国内涉及液氢生产经营和液氢设备研发的科研、生产企业和高等院校，编制制定了《液氢生产系统技术规范》、《液氢储运安全技术要求》和《液氢作为氢燃料汽车》三个国家标准。经过调查研究、测试和经验总结，草案已于2019年10月完成审批，预计将于今年年中发布实施。

氢源绿色氢是绿色的

“肥五”的成功推出不仅推动了液态氢民用化的步伐，也给整个氢能行业带来了一股股东风。

关于中国氢能的发展，国家氢能标准委员会委员、国家能源集团北京低碳清洁能源研究所氢能技术开发部经理何广利向《中国科学日报》记者介绍了“大氢能”的概念，即重视氢能的大规模、多元化利用。

目前，欧洲、日本等国家都非常重视“大氢能”。例如，日本将氢用于家用热电联产装置，这种装置不仅可以满足供热需求，还可以发电，或者用氢驱动燃气轮机等。一些欧洲国家也在天然气管道中掺入了氢气，而另一些国家则直接用氢气制造钢铁。

回望中国，何广利表示，目前国内氢能产业主要集中在燃料电池汽车上，对其他领域关注较少。与欧洲、日本等国家相比，国内氢能应用仍需发展。

事实上，除了储氢之外，制氢也是中国氢能应用的另一个障碍。如何选择氢源是最重要的问题之一。“目前，对氢能的误解总是片面强调氢能的清洁度。然而，作为二次能源，氢能是否清洁取决于氢源的选择。陈对说:

何广利告诉记者，制氢主要来自几个主要来源，即化石燃料制氢、可再生能源制氢和副产品氢(在化学生产的某些方面作为副产品产生的氢)。面对中国的富煤、贫油、少气，有人认为中国的氢源主要是副产品氢。

"这句话不太准确。"陈说，“副产品氢本身不一定是绿色的，二氧化碳也会在生产过程中排放出来。那么氢是这样产生的蓝色氢还是灰色氢呢？以焦炉煤气为例，焦炭及其生产过程中产生的大量副产品存在碳分配问题。”然而，天然气转化为氢气不仅会排放二氧化碳，还会面临中国天然气短缺的问题。

“制氢、储氢和运输”仍需要技术挑战

陈认为，副产品氢可以在氢能开发的早期发挥作用，但氢能的长期发展仍应集中在利用可再生能源电解水制氢，或利用太阳能光解水制氢的研发等方面。

“由于光、风和水的废弃，中国每年浪费超过1000亿千瓦时的电力。如果用来生产氢气，它可以生产200多亿立方米的氢气。”陈对感到痛心疾首。他告诉记者，“碱性电解槽能应对20%~110%的波动，而质子交换膜电解槽能应对0%~150%，甚至200%。”

如果能在风能和太阳能资源丰富的西北地区和水资源丰富的西南地区建设电解水制氢和储氢设备，并通过氢气管道和液态氢输送，就能解决可再生能源的浪费问题，实现低成本、零碳/低碳制氢陈对说:

“但是，我国仍然严重缺乏大型风力发电、水力发电、光伏发电制氢以及相关的储氢和运输设备和工程示范。为了从可再生能源中获得接近零碳、低成本的氢源，我们应积极规划和建设制氢、储氢和运输示范项目，努力解决相关关键技术。”陈对说: