中國儲能網訊：目前，我國長距離輸氫管道面臨三個主要挑戰(zhàn)，一是上游制氫端能否提供足夠的氫源，二是下游的用氫市場需求能否匹配管道的設計輸氫量，三是我國純氫管道建設尚存在技術方面的瓶頸。
未來，我國應加大力度推動新材料的開發(fā)以改善氫氣儲運的安全性，減少管道的氫腐蝕。同時，通過優(yōu)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(fā)新型高分子材料的儲氫鋼瓶，增加儲氫瓶的儲氫量。
2024年是我國氫能制儲運技術攻堅與規(guī)?；l(fā)展的一年。隨著燃料電池汽車規(guī)模化推廣及綠氫項目密集落地，產業(yè)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(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)，我國氫制取設備與輸氫管道建設面臨哪些機遇與挑戰(zhàn)？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，中能傳媒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。
中能傳媒：在您看來，我國長距離輸氫管道當前處于何種發(fā)展階段？面臨哪些阻礙和挑戰(zhàn)？
唐叔賢：在輸送純氫或天然氣摻氫的管道研究方面，我國現(xiàn)有的長距離純氫管道較少，主要集中于化工企業(yè)廠區(qū)內部，在該領域的發(fā)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(guī)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(huán)節(jié)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(fā)達國家的重要因素。2022年出臺的《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》明確提出，將氫氣儲運技術列為重點發(fā)展方向，推動長距離輸氫管道示范工程，支持在資源富集區(qū)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(fā)展階段。同時，各級地方政府紛紛依據(jù)當?shù)刭Y源稟賦和區(qū)位條件，將氫氣管道建設納入地方規(guī)劃。
長距離輸氫管道面臨三個主要挑戰(zhàn)，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(xiàn)。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。
中能傳媒：在氫氣儲運過程中，哪些問題是業(yè)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(chuàng)新或材料突破能有助解決氫儲運的現(xiàn)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(fā)展的現(xiàn)存瓶頸。
國內主流看法認為，管道運輸高比例氫氣危險系數(shù)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(qū)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(yè)界也已實現(xiàn)常態(tài)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(fā)生泄漏時，氫氣將快速垂直向上擴散，在開放空間環(huán)境中難以形成局部聚集，相較于傳統(tǒng)燃氣更具擴散優(yōu)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(yōu)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(fā)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(xiàn)象的技術路徑。
未來，我國應加大力度推動新材料的開發(fā)以改善氫氣儲運的安全性，減少管道的氫腐蝕。同時，通過優(yōu)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(fā)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。
中能傳媒：與國際先進水平相比，我國氫氣制儲運技術的優(yōu)勢和差距是什么？從基礎研究到產業(yè)化應用，您認為需要怎樣跨領域協(xié)作來加速技術落地？
唐叔賢：在綠氫制備環(huán)節(jié)，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(yōu)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(fā)能力，以實現(xiàn)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(fā)和基礎設施建設等層面缺乏經驗積累。但憑借完整的工業(yè)基礎與產業(yè)鏈優(yōu)勢，我國仍具備后發(fā)優(yōu)勢。
我國氫能科研領域的部分基礎研究的性能數(shù)值已經達到國際領先水平，但基礎研究與產業(yè)化需求存在差異。以制氫環(huán)節(jié)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(shù)，不斷突破性能，發(fā)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(wěn)定性，但通常將設備測試小時數(shù)限制在1000~2000小時即止。而產業(yè)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(yè)需求精準傳導至基礎研究環(huán)節(jié)，共同攻克技術瓶頸。
我認為，我國的優(yōu)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(jù)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(yōu)勢源于強大的技術研發(fā)與持續(xù)擴大的人才儲備——我國高校與企業(yè)每年培養(yǎng)的工程師數(shù)量已超過美國現(xiàn)有工程師總量。此外，中小企業(yè)的技術創(chuàng)新活力不容忽視。此前，國內一家中小企業(yè)的研發(fā)負責人曾向我介紹其提升電解槽安全性的創(chuàng)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(yè)的技術革新。
