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2024年是我國氫能制儲運技術攻堅與規模化發展的一年。隨著燃料電池汽車規模化推廣及綠氫項目密集落地，產業鏈瓶頸進一步凸顯，反推技術迭代與基礎設施布局加速升級。

作為氫能發展的關鍵環節，我國氫制取設備與輸氫管道建設面臨哪些機遇與挑戰？如何破解制氫設備的技術難題、突破管道輸氫的安全性與經濟性瓶頸？圍繞上述問題，近日，記者專訪了中國科學院院士、材料表面科學與技術專家唐叔賢。

Q

在您看來，我國長距離輸氫管道當前處于何種發展階段？面臨哪些阻礙和挑戰？

唐叔賢：在輸送純氫或天然氣摻氫的管道研究方面，我國現有的長距離純氫管道較少，主要集中于化工企業廠區內部，在該領域的發展較美國和歐洲有一定差距，但近年來，我國追趕的腳步逐漸加快。一方面，我國于近期規劃核準了多條長距離輸氫管道建設項目。另一方面，我國也在積極推動長距離輸氫管道的施工、設計、焊接等環節的國家標準研究制定工作。

我國政府的政策支持是氫氣管道建設趕超其他發達國家的重要因素。2022年出臺的《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》明確提出，將氫氣儲運技術列為重點發展方向，推動長距離輸氫管道示范工程，支持在資源富集區域開展液氫、管道輸氫技術試點。2023年，我國首條“西氫東送”輸氫管道示范工程被納入《石油天然氣“全國一張網”建設實施方案》，標志著我國氫氣長距離輸送管道進入新的發展階段。同時，各級地方政府紛紛依據當地資源稟賦和區位條件，將氫氣管道建設納入地方規劃。

長距離輸氫管道面臨三個主要挑戰，一是上游制氫端能否提供足夠的氫源，這關系到輸氫管道利用率和輸氫成本的分攤問題。二是下游的用氫市場需求能否匹配管道的設計輸氫量。只有將氫氣制取、消納的上下游打通，管道輸氫的經濟性、便捷性才能得以體現。三是我國純氫管道建設尚存在技術方面的瓶頸，但我認為對于中國這個“基建大國”來講，技術瓶頸并非長期問題。

Q

在氫氣儲運過程中，哪些問題是業界、學界和社會關注的焦點？作為材料科學專家，請您談談未來哪些技術創新或材料突破能有助解決氫儲運的現存難題？

唐叔賢：氫儲運的安全性和經濟性是各界關注的焦點，也是其發展的現存瓶頸。

國內主流看法認為，管道運輸高比例氫氣危險系數較高。但與這種看法相反，在管道中運輸高比例氫氣的情況十分常見。例如，中國香港地區縱橫交錯的輸氣管道中含有49%的氫氣。通過管道運輸含氫混合氣體不僅安全可靠，在業界也已實現常態化。

公眾對氫氣安全性的擔憂主要源于對其爆炸風險的認知。需明確的是，氫氣的爆炸下限與天然氣相近，而公眾已普遍適應天然氣的安全使用模式。從物理特性分析，氫氣分子質量較小且擴散速率顯著高于天然氣。當發生泄漏時，氫氣將快速垂直向上擴散，在開放空間環境中難以形成局部聚集，相較于傳統燃氣更具擴散優勢。這一特性使得氫氣在通風良好的場景下具有更高的本質安全性。在工程技術層面，通過優化輸氫管道接口材料與結構設計，可有效抑制氫氣泄漏風險。

當前，應對管道輸氫安全性問題，需解決的主要問題是如何選用適配的管道材料，我國已在該領域開展了大量卓有成效的研究工作。例如，我的團隊正與包頭鋼鐵集團有限責任公司合作研發抗氫脆新型材料，重點的研究方向是探索在鋼材中添加稀土元素以抑制氫脆現象的技術路徑。

未來，我國應加大力度推動新材料的開發以改善氫氣儲運的安全性，減少管道的氫腐蝕。同時，通過優化管壁材料，避免氫氣在管道流動過程中將鐵銹帶出，影響氫氣純度。在經濟性方面，建議加大力度投入研發新型高分子材料的儲氫鋼瓶，增加儲氫瓶的儲氫量。但短期內，氫氣通過管道輸送仍是最經濟理想的運輸方式，與當前運輸氫氣的主流方式——長管拖車相比，成本大幅降低。

Q

與國際先進水平相比，我國氫氣制儲運技術的優勢和差距是什么？從基礎研究到產業化應用，您認為需要怎樣跨領域協作來加速技術落地？

唐叔賢：在綠氫制備環節，我國與國外相比并不落后，整體處于同一起跑線，且部分技術領域存在顯著優勢。然而，在質子交換膜（PEM）電解槽、陰離子交換膜（AEM）電解槽方面，仍需進一步提升自主研發能力，以實現關鍵技術的自主可控。

我國在氫氣儲運領域較國際起步略晚，例如德國早在一個世紀前便已建成純氫管道，因此我國在技術研發和基礎設施建設等層面缺乏經驗積累。但憑借完整的工業基礎與產業鏈優勢，我國仍具備后發優勢。

我國氫能科研領域的部分基礎研究的性能數值已經達到國際領先水平，但基礎研究與產業化需求存在差異。以制氫環節的關鍵技術設備——AEM電解槽為例，我國學術界聚焦于提升離子電導率等核心性能參數，不斷突破性能，發表了一篇頗具參考價值的學術論文。盡管學術界也關注膜的穩定性，但通常將設備測試小時數限制在1000~2000小時即止。而產業界則更關注材料機械強度、長期耐久性等指標。例如，使用5000小時后，性能是否急速下降、產生裂紋等。因此，亟須深化完善產學研合作機制，破除溝通壁壘，將產業需求精準傳導至基礎研究環節，共同攻克技術瓶頸。

我認為，我國的優勢在于一旦鎖定某一新興領域，便能夠在該領域生產出高質量、有價格競爭力的產品。例如，我國在全球清潔能源裝備制造領域占據主導地位，光伏組件與風機產量分別占全球78%和60%以上。而這一優勢源于強大的技術研發與持續擴大的人才儲備——我國高校與企業每年培養的工程師數量已超過美國現有工程師總量。此外，中小企業的技術創新活力不容忽視。此前，國內一家中小企業的研發負責人曾向我介紹其提升電解槽安全性的創新方案，這些實踐案例讓我更加堅信，在可預見的未來，我國將引領氫能產業的技術革新。

來源：中國電力報