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10月27日，由中国科学技术协会主办，以“氢能发展与多领域应用”为主题的2023企业创新大家谈新能源（氢能）专场在东方锅炉成都基地2号楼六楼报告厅举办。活动围绕地方产业园区重点产业，以龙头企业需求为向导，聚焦企业科技创新需求，通过举办项目对接交流和研讨等活动，推动技术需求有效解决和项目成果在产业园区转化落地。
活动上，中国科学院院士 南京大学物理学院教授邹志刚带来了题目为“国家双碳目标下的氢能源发展——机遇与挑战”的主旨报告。
以下为报告全文。
非常感谢组委会给这个机会，我本来以为是个科协的科普活动，我说我们那个科学院有任务，一定要参加一些科普，所以积极报名来参加。所以非常高兴见到了我的老师陶先生，我当院士陶老师是全力支持的，所以向陶先生致敬。刚才陶先生讲得非常好，无论内容到他的精神状态，我这跟陶先生有些重复，就快速把这个过掉。
由于准备不充足，所以大家多多原谅。
刚才陶先生其实也讲了，今天讲的话题就是氢能，之所以这么重要是因为它是新的财富之源和新的世界体系。大家知道我们国家自从在联合国大会，习主席庄严的提出了我们国家双碳目标之后采取了一系列的行动，对发展氢能做了个非常好的前提铺垫。
那么大家也关注到，最近习主席在一系列的讲话当中，特别是近期连续两次，一次在四川提到了氢能，在10月份在江西考察又提到了氢能，因此氢能已经成为一个高频的词汇。我们国家氢经济的时代已经正在向我们走来，是一个非常值得关注的产业。今天我们在这里谈这个产业的发展，我想具有里程碑式的意义。
为什么是氢能？为什么是氢能？氢能大家知道是二次能源，它就是好，好在什么地方呢？它绿色，它跟我们双碳的目标非常契合。双碳目标能不能达成，跟氢能的产业能不能发展起来有密切的关联。所以氢能绿色这是重要，它不产生排放，它排出的是水环保，另外燃值高，是非常重要的一点，因此发展氢能是我们不可或缺或者说这时代呼吁的。人类发展历史实际上就是能源发展的历史，把它分成几个时段，实际上这是追求能源发展的这样一个过程。终极就是追求能量密度的过程，大家知道时代的发展，追求能量的发展，能量的发展实际上追求能量密度的增加，这能量密度的增加使我们生活水平不断的提高。大家从这张图可以看到，我们从史前烧柴火到现在石油天然气，这都是能量密度的过程，随着社会的发展一定要走到能量密度更高的过程。所以新能源代表着新的财富。
那么新能源是什么呢？这是我个人观点，一定满足两个条件，一个首先它是新的，第二个它要环境友好，这个新比现有的能量密度一定要高，它才能代替我们传统的能源。那么氢能在这意义上说，是不可替代的。
同时，我们国家大家知道在可再生能源方面发展的速度非常快，这也是我们国家的能源需求和我们双碳目标驱动下的实际情况。这里特别是风电和光伏是现在全球发展最快，装机容量最大的两个能源。在这样的情况下对我们国家的能源体系提出了新的要求，我们过去国家电网大家知道叫做坚强电网（音），后来又提出叫智能电网，目前情况下智能电网已经不够了，叫新型的电力系统。新型电力系统重要的特征容纳和消纳不稳定的可再生能源，因此对我们储能提出了新的要求，这是我们新型电力系统的主要特征。它的主要特征，我们要调节，要把我们的可再生能源在电网当中进行调节，在这里面储能占了很大比例。刚才陶先生讲到，我们过去的最重要的还是蓄水储能，随着能源体系和不稳定可再生能源进入到能源体系当中去，那么我们对储能要求越来越高，也需求很大。国家有明确规定了，我们的三元锂电不能作为大规模的储能，这个份额将来怎么去替代？从这意义上说给氢能的发展提供了重要的空间。因此，氢能就是广义上的储能，它的储能应该刚才陶老师讲得很明确，它不受场景的限制，不受容量的限制，所以发展氢能的重要意义就是我们在新型的能源体系当中它作为一个能源的调节和平衡起了至关重要的作用。
我们国家除了消纳新能源，就可再生能源之外，同时要输出，因此在新的能源体系当中燃料电池起了不可或缺的作用。把我们的氢变成电，再回到电网里面去这就是讲的氢能源体系，作为储能同时又回到能源体系中去进行发电。
在这里能源体系中，氢能在调节能源体系当中，这大家一定形成共识，全球在能源的体系当中把氢能已经作为一个重要的能源载体给予了足够的重视，各个国家都有它的发展路线图，我就不跟大家一一解说了。那么它的重要原因就是美国也有这样的一个规划，叫做氢能储能的大挑战，就是氢电双向储能。它明确规定了要把氢能作为能源体系里面一个是储，一个是送，因此对我们国家来说也是一个非常重要的启示。大家知道我们国家在新的能源体系当中，可再生能源占的比例会越来越高，那么这些不稳定的可再生能源它要进到能源体系当中去，它的供求端平衡，它的需求端也需要平衡，所以在供需中氢能起到很好的能源载体的作用。那么在这里面重要的发展就是燃料电池在里面起了关键作用，无论是氢的输入端和氢的输出端都需要燃料电池进行平衡，因此发展大功率的和低成本的高效率氢燃料电池是发展氢能产业至关重要的关键环节。
随着我们国家进入高质量的发展，每年能量的消耗大概有2%的增长，氢能的发展应该说对我们高质量发展起着至关重要的支撑作用。可以预测，随着国家高质量经济的发展，我们一定会从碳循环逐步走向氢循环，这是我们国家随着双碳目标接下来能源供给的重要走向和发展趋势。这就是我们讲的它的机遇。
那么随着氢能的发展和推动，构建氢能社会，不仅是一个设想，它实际上向我们走来。氢将来在我们整个的能源体系当中就是支撑了整个社会的发展，这就是我们遇到了一个重大的机遇，这是发展氢能的重大机遇。那么在这个机遇下面国家给了一系列的优惠或者支持，特别是我们氢电技术在交通领域得到了有限的支持和应用，大家知道目前国家着力推动氢燃料电池在交通领域当中的应用，这对于我们双碳目标的实现，特别是氢的应用应该说起着产业上的推动作用。
那么跟大家一起分享，接下来是挑战。氢作为一个很长的产业链，它既有上游，又有中游还有下游，把它梳理了一下在上游主要是制氢，中游主要是储运，下游主要是应用，实际上氢的产业链作为化工产品已经非常成熟了，一直在很好的运转。大家知道我们从化学上制氢，就化工制氢这产业非常成熟，储运也很成熟，作为传统的氢的利用也还在作为产品在用。所以氢作为化学产品这条产业链是成熟的。那么它如果作为能源，这个产业链现在需要去补。所以我们说要补链，要去强链，特别要发展这个产业链，那么就发展氢作为能源这个产业链。氢如果作为能源必须满足几个条件，一要发现绿氢，氢的来源一定要绿色，否则跟双碳目标不契合。另外提供电力和供热，作为能源要提供些能量上的供应，因此这个产业链里面就是要发展氢燃料电池。所以氢能作为能源它要满足这个产业链，因此我今天跟大家分享在这个产业链当中遇到的挑战。
一个是制氢，大家知道在制氢传统上已经非常成熟，面临的工作是怎么制绿氢，可再生能源制备绿色的氢。现在已经形成了共识，把氢分成灰氢、蓝氢和绿氢，绿氢是实现二氧化碳减排的关键，因此接下来的挑战就是怎样高效的低成本制造绿氢。在绿氢制备当中目前面临的问题主要还是成本问题，和传统的方法它的成本还很高，因此发展低成本高效的制氢技术是面临非常高的挑战。随着规模化的生产和新技术上的突破，我们绿氢的制备成本会逐渐的下降，因此在这领域中大家还关注一些新的技术，比如说光催化制氢，还有一种路线直接利用太阳能分解水制氢，利用半导体材料，光直接造的半导体材料把水分产生氢和氧，它没有二次转换从理论上效率非常高，成本很低，因此光催化制氢的技术是个非常值得关注的一条路线。我们国家在这条路线上投了大量的财力，现在的研发计划还在持续支撑，我们做了十年，目前应该说做的效率已经很高，大概已经太阳能转换效率达到9%左右。这就是它的实际效果，光照下直接把水变成水和氧，不用再转换，这条路线值得大家去关注。
太阳能在转换的技术上，还可以把热转换上去，大家知道如果我们把热电光结合起来去进行水变成氢，那么它的效率就会更提高，因此这些值得关注。目前我们也做了些尝试，比如说把热和光耦合起来，那么这些可以效率提高到20%左右。那么这样的话，就可以往产业链上去大步前进，具有一定的竞争力。
另外值得关注，随着我们对氢的大幅度或者说大量的需求，另外也考虑到我们现在淡水资源的匮乏，大家知道我们国家从这张图看出是个淡水缺乏的国家，将来大规模从水中提氢就面临着水资源的问题，特别是西部地区它有丰富的可再生能源，但是水的资源是很匮乏，因此可以关注用海水制氢。大家知道海水应该说是地球上最丰富的自然资源，利用海水制氢这个技术也值得关注。在这方面我们前期做了些工作，这是国际上最早在海水制氢。如果用海水和太阳变成制氢就是最丰富的自然资源和最丰富的自再生能源产生最清洁的能源，这是人类最理想的一种途径。应该说在十几年前就做出了这样的演示装置，这是纯海水，在太阳能的照射下直接变成氢和氧，这个装置现在还在运行，实践证明只要一个好的材料可以把海水的氢提取出来。
近年来，随着对氢的热情，目前我们做了两套技术路线。一套就是太阳能变成电池，电池发电分解海水，这条路线现在我们国家很多单位在做。这样做的好处就现在的效率很高，我们可以跟一些新型的太阳能电池结合起来，目前这转换效率可以达到20%几，这是目前在这领域当中的进展，这产业现在也在关注这个领域。现在稳定性也做得很高，最主要得益于材料学的进步。海水产氢面临两个难题，一个是腐蚀问题，对材料要求很高，第二个是它对于材料的电级电位的要求，如果做不好就把氯氢产出来是个氯碱工业，能够抑制氯把氢分解出来是对材料的要求，材料学的进步目前使这个工作得以顺利进行。
还有太阳能直接分解天然海水，可以直接把它变成氢和氧，这个装置目前还在进行示范验证，只要一个好的材料可以直接把海水变成氢和氧。
当然我们给出了这样一些技术路线，包括利用可再生能源在海上将来怎么样去制氢这样的一些技术路线。
第二个挑战，来自于刚才陶老师也讲到了，主要是氢的储运问题。这里面其实两个问题，一个是储，一个是运。在储的问题上，目前实际上不是很大，高压储氢，随着材料的进步，大家知道碳纤维瓶技术已经趋于成熟，或者说比较成熟了。主要的问题在于运输，运输制约了我们这个氢利用的主要成本，所以氢的利用，随着氢运输半径的增加它成本呈指数的增加，因此怎么样去解决运输的问题，是氢能能不能规模化应用的重要环节。当然这里面还有些政策问题，怎么样把它从危化品中解放出来，这还有待于政策上的突破。运输问题不解决，氢的成本一直下不来。非常可喜的说现在管道输氢已经纳入到人们的视野中，所以我们看到管道输氢将来的推动或者说进步会使氢的应用成本大幅度降低，使氢真正成为能源才变成可能。其实我很早就跟有关部门讲过，氢的管道运输实际上很简单，我们很多化工厂常年管道运输，它已经技术上很成熟。另外在实际上的案例，就香港，大家知道香港它这个城市，我想有很多同志们在那边生活过，它的煤气很硬，不粘锅很容易烧坏，燃气里有将近50%是氢气，所以香港的燃气公司它一直不叫天然气，不叫煤气，它叫煤气公司。所以它里面的氢气含量很高，它成分很复杂，因此它们现在运行了40多年，证明了管道输氢是安全的。非常可喜我们国家西氢东输项目已经立项了，随着这个项目的实施我想我们国家将来管道输氢这条管线会走通，这样会使用氢的成本大幅度降低，今年4月10号西氢东输管道已经纳入到国家的建设方案当中去，第一期要建400多公里的管道，大概每年10万吨，还保留50万吨的规模，就是从内蒙的乌兰轧布到燕山石化这样的输氢管道，这个管道的实现可以使将来的管道输氢进入到规模化发展的过程。因此，我想储运这块面临的挑战已经有了很好的解决方案。
那么接下来就是最重要的应用场景，燃料电池。大家知道燃料电池，因为它是一个电化学反应，没有循环的限制，因此它的转换效率很高，目前认为氢利用最有效的方法。那么燃料电池这里边的核心技术实际上就是膜电极，因此发展膜电极技术这是我们发展燃料电池最关键的核心技术。
非常可喜我们国家有这么几个示范工程，我们城市示范群。这几个城市示范群可以大力的推动氢燃料电池的发展，当然刚才听到东方电气在四川省做了很多的这样示范工程工作，觉得非常钦佩，随着这些工作的推动，我想氢燃料电池会有长足的进步。为什么要在交通领域率先应用呢？这里面有个大的国际背景，后燃油时代已经向我们走来，各国禁燃油车已经是不可逆转的趋势，下一代的车是谁？现在看来是电动车。但除了电动车之外，有没有其他的路径呢？实际上各国也在推动氢燃料电池的发展，实际上后燃油时代它一定是锂电、混电还有氢电混合多种路线的途径。那么氢在交通领域的优势，在座都是专家，就不跟大家更多的解释。因此发展交通领域它有重要的前景背景，因此交通领域先做一些示范工程，这是非常非常好的一个布局。
当然，氢燃料电池除了在交通领域应用，有个非常重要的应用场景，实际上是最好的应用场景就是分布式能源。它在分布式能源当中氢燃料电池它的应用场景应该说是最理想的。在这里面热电联供，在日本这个系统已经推广得非常好，非常成熟的技术，我在日本生活很多年，日本买房子可以看到，我们国家卖房子海景山景卖景色，日本卖房子要卖你家里房有没有可再生能源，有没有氢能，这就是他们推广氢能重要的一个手段。所以氢能在热电联供体系中有它很大的优势。无论是成本的优势，还是其他的优势。
氢燃料电池最重要是发展它的心脏，电堆。电堆里实际上就是膜电极，就是一致性问题，一致性问题的解决是提高大功率电池寿命最重要的瓶颈。那么在这里面就是膜电极，大家知道膜电极它有三个界面，在这三个界面进行三个反映，一个是催化剂的界面，一个质子交换膜界面还有一个气体扩散界面，无论是它的密度还是它的寿命，在这里面我们做了些工作，这些工作是和公司合作的。我们主要通过催化剂的改进，通过催化剂的改进来提高界面反应，通过质子交换改进，通过气体扩散使得界面增加，从而提高寿命和密度。这里面最核心是在材料上的进步，在材料里引进了一些新的设计理念。大家知道传统的材料设计是结构、组成和最后性能，如果我们改变了研究范式，通过根本上来设计材料或者改变材料，比如说通过一些机缘（音），通过一些纳米结构的组合变成一个功能机缘，通过这些机缘变成一个有序的排列，这样就可能会产生一些新的功能。我们就把它叫做功能机缘的序构。催化剂里做了一级的序构，通过这样一些序构和功能最后使得膜电极的寿命和功能大幅度提高。同时也做了些其他的改进，比如说做抗老化的改进，大家知道我们人体的老化就是自由基造成的，实际上燃料电池的老化最后也是由于自由基，大家自由氧化还原反应是最后产生了自由基，自由基使膜电极产生老化。利用维生素E，很多人吃维生素E，特别是女同志涂一些化妆品，把维生素E参到了膜电极里，可以产生很好的自由基的淬灭，提高了它的性能，目前寿命已经从2000小时提高到了1万小时左右。
正因为这样，催化剂和膜电极还得到了一些国际上的奖项。比如说我们的膜电极和催化剂在日内瓦发明博览会上得到了金奖。同时，膜电极我们跟企业合作，他们已经成为目前国际上Plug Power膜电极供应商，他们给了很好的评价。当然为了膜电极性能不断的迭代，也往下游去做，做电堆和系统。这样使我们反过来设立更高性能的膜电极。我们把系统和电堆做到了最后固定电站和一些系统应用场景当中去，最后产生了这样一些效果。所以我们实现了材料上的100%的国产化，这是我们现在团队的主要进展。
那么在终端产品也做了些示范应用。在我们南京大学110周年的时候，我们做了些低速的燃料电池场馆用车，在120周年通过十年的努力，我们又做到了大巴上去，这是120周年校庆时氢能客车的下线，拿到了工信部的公告。目前又把它往高海拔地区去做，大家知道保护我们的山山水水是我们的责任，玉龙雪山是个典型的代表，在那个地方需要保护它，保护它重要的一个就是减少排放。把燃料电池车往玉龙雪山线路上做，面临的高海拔，大家知道它的高寒低气压，氧含量低，同时湿度也低，高海拔上去面临些挑战，同时反过来对膜电极特别是抗反极提了很多要求，做了很多工作。因此在这样苛刻条件下进行示范，对我们技术上的进步给了很好的一些应用场景。
当然我们也在一些军方上做了些应用，比如说在无人侦察机长续航里程方面，还做了些叫所谓的隐身坦克它的辅助系统，这些主要是为了安静，同时做些热电联供，实际上就是军人现在随着社会的进步，对生活品质也有更高的要求，在军人现在也要求洗热水澡，所以燃料电池汽车它不仅可以提供电能，同时可以提供热水。同时做些风光互补氢能的系统，这些都做了些示范工程，这些工程得到了很好的社会效应。最重要还有些涉密，就不讲太多，在高海拔地区主要是做些多能互补，所以氢能它的应用场景非常广泛，可以起到很好的作用。
最后一个挑战是氢能的标准化。大家知道一个产业的发展一定要靠高标准来提高，高标准带来产业的高质量发展。因此，氢能的标准化至关重要。在这方面应该说南京大学做了大量的工作，首先做了国内首台大功率电堆全面检测技术及平台，填补了我们国家在氢燃料电池检测的空白，这些实际上对于燃料电池的发展，特别是技术上的迭代起了很好的作用。当然，我们也参与了一些标准，这些不跟大家汇报了。
总而言之，燃料电池的大家，特别是氢能作为能源它要突破“卡脖子”技术才能实现规模化的应用。在这里面我特别希望强调一下，在氢能规模化应用当中，最重要要发展的是氢燃料电池，把应用场景做起来。这个应用场景做强做大之后，会带动整个氢能的发展。在燃料电池的体系当中，我们电堆膜、电极、双极板、质子膜等等这些只有国产化，只有自主可控才能使氢能的产业高质量的发展。由于我们做的一些得到了国际上的一些认可，《Nature》杂志对我们团队做了这样一个报道，追梦的团队，介绍了我们的工作，也值得欣慰，整个团队几十年努力的结果。
最后我们提出氢能的发展要靠科技和经济这样的一个双循环，它要国家政策的驱动，现在国家已经出台了许多强有力的政策，同时还要有科技创新队伍去参与。特别是需要我们的优秀专业团队，所以今天非常欣慰有这样一个机会，希望我们优秀的专业团队参与到氢能整个产业链发展中去，这样整个上下游资本，才能整个高质量发展我们氢能的产业。
所以我想最后用这张图来结束我的报告，就是：假如我们追不上太阳，就将太阳栓在马背上，石油一天天在减少，但太阳每天都在升起。所以我想新能源，特别是氢能就是新的财富之源和我们新的世界秩序，发展氢能正当时，希望各位共同努力，我们把我们国家的氢能做强做大，高质量的推动双碳目标的发展。
再一次感谢大家的聆听，谢谢大家！
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