編者按：2023年5月起，“學(xué)習(xí)強國”學(xué)習(xí)平臺與中國科學(xué)報社聯(lián)合發(fā)起“科學(xué)家回信”活動，邀請廣大讀者向自己心中向往尊敬的科學(xué)家、科技工作者提問、留言。活動啟動后，“學(xué)習(xí)強國”“科學(xué)網(wǎng)App”收到了讀者的踴躍留言。我們精選了讀者田世艷的提問，請中國工程院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員衣寶廉發(fā)出第四十三期回信。
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讀者田世艷：氫能源還有多久會在新能源汽車中普及？以何種形式？需要突破哪些關(guān)鍵技術(shù)？
衣寶廉：要實現(xiàn)碳達峰碳中和目標(biāo)，必須大力發(fā)展可再生能源。由于可再生能源的隨機性、波動性、季節(jié)性，必須大力發(fā)展儲能，確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。利用可再生能源電解水制綠氫，是最廉價的儲能方式，同時還可以實現(xiàn)可再生能源再分配，解決可再生能源地區(qū)分布不均的問題并發(fā)展氫—電供能體系。氫能還可以用于難脫碳的交通、冶金、建筑等領(lǐng)域脫碳（編者注：人們生活與生產(chǎn)過程中，需要能源，如果能源中不含碳，就是脫碳，如用氨做能源；難脫碳是指用不含碳能源比較困難，又不適于用電，如汽車、飛機、冶金等）。其中，燃料電池車的商業(yè)化是氫能應(yīng)用的突破口。
北京冬奧會期間千輛級燃料電池車的示范運行，證明燃料電池特別適合寒冷冬季運行，也證明了燃料電池車的五大優(yōu)點：
1.比能量高，特別適用重載和長途車。
2.燃料電池發(fā)動機的發(fā)電電堆與儲氫罐是分開的，只要加強氫的檢測與控制，就不會產(chǎn)生燃燒與爆炸。現(xiàn)在全世界有八萬多輛燃料電池車在運行，還沒有一輛車發(fā)生燃燒和爆炸的情況。
3.加氫與加油速度在同一數(shù)量級（編者注：即加氫時間與加油時間基本相等）。
4.冬季續(xù)駛里程不縮短，沒有里程焦慮。燃料電池發(fā)動機廢熱還可為車輛供暖。
5.續(xù)駛里程、駕駛舒適性可以和燃油車媲美。
目前為止，由于下述三點不足，燃料電池車還沒有實現(xiàn)商業(yè)化，只能靠政府補貼或獎勵進行示范運行。
1.由于燃料電池電堆和系統(tǒng)制備費用高，導(dǎo)致燃料電池車的售價是燃油車的兩倍多。
2.由于綠氫制備和儲運費用高，燃料電池車的運行費用也遠高于燃油車。
3.加氫站的建設(shè)費用也是加油站和充電站的好幾倍。
為實現(xiàn)燃料電池車的無補貼運行，需要在國家政策的支持和引導(dǎo)下，科技部門和企業(yè)合力攻關(guān)。
首先，應(yīng)降低電堆與系統(tǒng)成本。
1.突破卡脖子技術(shù)并實現(xiàn)批量生產(chǎn)。如研發(fā)、制備高活性，低鉑的電催化劑并進行批量生產(chǎn)；空壓機、氫氣壓縮機研制與批量生產(chǎn)；70兆帕儲氫瓶試制與批量生產(chǎn)等。目前燃料電池車用的四型儲氫瓶就是70兆帕。
2.科技創(chuàng)新，提高電堆額定工況的工作電流密度，即提升車用燃料電池電堆比功率。由現(xiàn)在每平方厘米1.5～2安培提高到4～5安培。
3.提高發(fā)動機系統(tǒng)的可靠性與耐久性。特別是電堆運行時膜電極三合一的水含量測量與平衡控制；改進電堆組裝工藝，提高電堆內(nèi)單池性能的一致性等。使燃料電池發(fā)動機壽命達到用戶保質(zhì)期的要求。
預(yù)計到2030年，在上述工作基礎(chǔ)上，燃料電池發(fā)動機成本可由現(xiàn)在每千瓦3000元左右降到500～1000元。
其次，要降低氫源的費用。
1.從長遠來看：東北、西北和西南的可再生能源制氫，可用管道或天然氣管網(wǎng)輸送氫到中、東部。沿海城市，海上風(fēng)電制氫，建氫氣輸送管道輸送到中心加氫站。
2.從近期來看：優(yōu)先利用副產(chǎn)氫，先凈化應(yīng)用。同時開展抗毒氫氧化電催化劑的研發(fā)與生產(chǎn)，就可以直接利用廉價的副產(chǎn)氫。
無副產(chǎn)氫地區(qū)，可開展天然氣、煤層氣裂解制綠氫和碳材料，給燃料電池車供氣。
最后，要降低加氫站建設(shè)費用。
在氫源附近建設(shè)中心加氫站，中心站配備氫壓縮機，也就是氫的分配站。依托中心加氫站，建不配置氫氣壓縮機的油氫合建站，大幅度降低加氫站的建設(shè)費用。運輸氫氣的列管運氫車可采用三型或四型高壓氫氣瓶。
到2023年10月，我國氫燃料電池汽車?yán)塾嬩N售18197輛，僅次于韓國的3.4萬輛，已成為全球第二大燃料電池汽車市場。我國累計建成加氫站417座，數(shù)量位居全球首位。
但目前燃料電池車仍處在大規(guī)模示范階段，只有當(dāng)氫源和燃料電池車售價降到與燃油車差不多的程度、氫能高速公路聯(lián)網(wǎng)、市內(nèi)加氫站實現(xiàn)基本普及，燃料電池轎車才可能進入尋常百姓家。按現(xiàn)在燃料電池車的成本與氫源的售價下降速度，以及加氫站的建設(shè)速度，預(yù)計2030年前后，燃料電池轎車能進入尋常百姓家。
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