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成永红:固态储氢是破解氢储运难题最有效的方案

日期:2023-10-08    来源:氢启未来网  作者:小A

国际氢能网

2023
10/08
16:47
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关键词: 氢能产业 储氢 氢燃料电池

问:从去年开始,从国家到地方,都在出台支持氢能产业发展相关政策。氢能为什么突然备受重视?

成永红:从国家层面来看,能源是一个庞大的体系。目前,化石能源是主要的能源来源,但化石能源对环境生态造成巨大污染,并存在资源枯竭的担忧。因此,发展新能源是国家整体发展战略的一部分。在各种新能源中,光伏、风电和水电都属于一次能源,可以转化为电能传输。另一方面,氢作为长期存储的一种方式,有助于解决新能源转化利用中的关键技术问题。

近年来,新能源发展迅速,原因在于国家提出了双碳战略。双碳战略带来了显著变化,即利用新能源进行并网发电,解决能源供应问题。氢作为一种重要的解决方案,用于实现氢电耦合存储。换句话说,仅仅依靠储电来解决电网波动是不够的。值得注意的是,新能源并网发电无法完全解决电网波动问题,因此氢成为重要的补充方式。

氢与电一样,属于二次能源。对于二次能源的发展,国家高度重视。在国家的大力支持下,出台了氢能中长期发展规划,为氢能整体发展制定了到2035年的详细规划。因此,全国各地都非常重视氢能的发展,希望氢能能够解决未来国家对能源的迫切需求,推动整个能源从传统的化石能源向新能源、更未来的清洁能源转变。

问:与其他可再生能源相比,氢能有哪些优势?

成永红:无论是风电、光伏、太阳能、海洋能、地热能还是生物能,都属于一次能源。而氢能是二次能源,是在一次能源转化的过程中产生的。因此,所有的可再生一次能源都具有强波动性,这导致在利用上很难直接使用它们,这给我们带来了一个巨大的困境。然而,氢可以稳定转换后发挥稳定的功能。未来的氢可能像现在的煤一样长期存储,需要时可以直接转化为能源,这是它属性上的变化。

此外,我们一直将氢视为一种能源,但同时氢也具有能源和资源的双重属性。在未来的国家工业体系中,氢将占据重要地位。一方面,作为重要的新能源载体,它可以提供人们所需的能源;另一方面,它也是重要的资源。未来工业生产将从目前的化石能源脱氢生产化工产品转变为低分子化工产品加氢生产我们所需的日用品。整个生产工艺过程将发生巨大变化。

问:氢能产业目前发展现状及瓶颈

成永红:早在2008年夏奥会上,氢产品已经开始应用。

真正的氢能发展始于2018年之后,国家才开始大力推动这方面的进步。

目前的支持包括政策和资金支持,主要集中在制氢和燃料电池端。国家已经投入了大量资源,在政策倾斜、产业创新方面提供了很多支持。因此,资本也在追逐,在相关企业上投入了大量资金。

在应用领域,主要集中在燃料电池研发方面,而燃料电池在未来氢能利用中所占比例较小,准确来说,仅占移动应用端的燃料电池。未来大量氢能的利用将主要在工业领域和电网。

在这些领域中,实际上未来还将产生一些新技术。然而,无论如何,对两端的投入对于氢能的发展都至关重要。

然而,在制氢端到用氢端之间缺少了一个桥梁,即氢气的存储和运输。如果不解决这个问题,未来的氢气很难实现大规模运输和存储,这也是氢能领域的一大难题。

目前存储运输技术主要基于气态存储,大规模建设高压储氢系统,使用高压储氢瓶进行远距离运输。实际上已经面临很大的技术瓶颈,不仅涉及场地问题,还涉及危险化学品运输问题以及高压进入城市带来的一系列问题。这些问题都需要解决。

在储运氢领域,已经有很多技术在进行探索,如低温存储、液态存储和固态存储等。

成永红表示,要真正推动氢能发展,必须解决存储问题。而存储过程中面临的最大难题是:未来氢能源的应用场景在哪里?未来用氢的地方又在哪里?

现在从化石能源转换为氢能源的地方随处可见,而未来一定会走向可再生能源转换氢能源。也就是说通常所说的绿氢,就是从绿色电力到绿色气体的转变。未来绿电的主要地区主要集中在我国西部地区,拥有大量的光、水、风资源。而未来用氢的主要地区主要在我国中东部地区,包括沿海、华中等地区,对氢的需求将大幅增长。

这就导致了两个不同的地方:一个产氢的地方和一个用氢的地方,两者之间的距离超过千公里。如何解决氢能源高效地运输过去是一个巨大难题。

因此,未来真正卡脖子的问题应该是氢气的存储和运输。西安一九零八已经提出了一个优秀的技术方案,即采用高密度固态储氢技术进行长期存储和远距离运输。

成永红表示,在未来我们认为需要解决的问题是:“西氢东运”和“海氢陆运”。这个解决方案是最可能有效且能够实现的一个方案。

问:一九零八“固态储氢”技术的渊源,以及核心研发人员

成永红:一九零八的技术源自于西安交通大学。2012年,我们引进了一位千人学者、特聘教授,并创办了西安交通大学新型储能与能量转换纳米材料研究中心。这个中心秉承着一个重要理念:围绕未来的发展需求,重点研究能量存储与能量转换的新材料。因为未来的发展趋势一定是材料变革带来的新发展。因此,我们围绕这个理念进行了深入研究,从世界各国著名大学引进了一批优秀的青年学者,使中心取得了快速的发展。一九零八的核心技术就来自于这个中心。

我们现在开发的储氢技术实际上是基于有效利用轻金属的氢化物。目前,能够大容量存储氢气的轻金属氢化物主要包括金属锂、钠、铝、钙等。然而,这些金属的氢化物都是非常活泼的,实际上无法在空气中使用,且使用过程中存在很大的安全隐患。为了解决这个问题,我们中心发明了一种名为石墨烯界面纳米阀的新技术。

具体而言,我们在金属氢化物的微米颗粒上有效包覆纳米级的石墨烯,使其形成一个完整的包覆体。然后根据不同需求造粒成不同形状,用于应用和存储。这项技术有效地解决了轻金属氢化物释氢过程中的不可控和空气安全问题。通过使用石墨烯界面纳米阀技术,我们得到了有效的解决方案。

一九零八正是基于这项技术进行成果转化。我们从实验室克级的制备、新的复合材料到实现公斤级的小试,再到现在的百公斤日产、百公斤级中试,已经成功突破了产能扩大的技术瓶颈,完全有能力走向大规模的工业应用。

问:与其他形态的储氢技术相比,一九零八“固态储氢”技术的优势以及技术壁垒是什么?

成永红:所有的技术都有优缺点,气态是目前发展相对较成熟的一个技术。现在利用高压气态20MPa就可以进行储运,那么35MPa、70MPa则可用于移动应用端。这个技术已经有很多企业在研发,并逐步走向实际应用,成永红认为这是相对成熟的一个技术。

另一个技术是低温液态。低温液态的存储密度实际上要比气态高很多,但低温液态带来的难题是如何产生低温?因为它需要253度以下的低温,并且需要强、高、绝热的系统才能保证其温度持续维持。这是目前限制低温液态发展和液态储氢的一个瓶颈问题。

现在有机液态也是一个研究热点。有多种不同的材料可以实现氢气存储。从另一个角度来看,只要分子链中含有氢的材料都可以认为是储氢材料,包括汽油也是一种储氢材料。

这里面临一个问题:如何将有机材料还原成单纯的氢?这涉及到一系列技术难题,需要在技术发展过程中深入研究材料如何释放氢气,如何解决释放氢气过程中带来的问题,包括催化剂和产生小分子对氢气纯度的影响等。

另一方面,我国已经开始规划一条400公里长的管道输氢,以解决氢气的远距离输送问题。现阶段设计产能能够达到年产10万吨氢气的输送能力,未来远期将达到60万吨。这对于未来氢能的发展提供了重要的解决途径。

这些技术可以进行形象的比喻:高压气态类似于电网中的高压配网,解决末端输送问题;有机液态、低温液态类似于电网中的超高压交流电网,解决了中短距离输送问题;管道输氢则有点像电网中的直流特高压,解决了点对点大容量输送问题。此外,成永红认为还有一个新技术是高密度固态储氢技术。

首先,储氢密度至少要超过重量比的10%,因为前面所提到的技术很难达到这个标准。其次,需要解决的问题是如何快速有效地释放存储的氢气。如果找到一种新的材料,这将对未来的氢能发展带来革命性的变化。这种材料可以类比于高压、特高压的交流输电,可以在任何地方还原氢气,也可以送到更远的距离去还原氢气。一九零八所做的高密度固态储氢材料释氢密度可以达到14%以上,完全满足大规模远距离存储和运输的需求。

问:研发过程中,一九零八在人力、物力、财力、时间等方面做了哪些投入?

成永红:一九零八所有技术都来自于西安交通大学,核心发明人是张锦英教授。接下来需要解决的问题是,如何将技术应用于工程。一九零八新能源科技有限公司从全国各地聘请了一批高水平、高质量的研发人员,他们来自央企、国企、上市公司以及一些新能源材料研发的核心单位,构成了现在的研发主体。

经过一年多的艰苦攻关,我们在产线设计、产线建造以及生产出应用氢电源的材料方面取得了一系列突破。这些突破将为未来的应用带来巨大的发展空间。

问:一九零八的产品,以及产品的应用场景

成永红:一九零八有一个清晰的发展战略,名为“123”战略。

“1”代表金属氢化物复合储氢材料。一九零八的材料并非单一的材料,而是根据不同应用场景研发的一系列材料。

“2”意味着打造两个产业链:一个是氢气存储运输的产业链,另一个是氢气应用的产业链,希望在整个产业链中为氢能生产和应用做出贡献。

“3”表示满足三大需求:一是满足氢气存储运输的需求,二是满足氢气能源领域的需求,三是满足移动应用端的需求。

这就是一九零八的整体发展战略。围绕这个战略,一九零八已经做了很多前期工作,例如现在的金属氢化单套系统和设备就能达到年产3000吨的能力。

换句话说,一条产线就可以产生年产3000吨的材料,这条产线的产值可达5亿元以上。

此外,一九零八还在移动应用端开展了许多创新性研究,包括便携式电源。我们已经推出了百瓦级电源系列产品,以及500瓦级的车载应急电源研究产品。

我们研制出了一款500瓦级电源,既可以用于移动应用,也可以用于野外充电。我们还研制出了千瓦级电源,特别是2千瓦级电源,这是一款非常出色的应急电源解决方案,单套系统可供电量达到4度以上。

未来,我们正在研究更高功率等级的供氢系统,并与合作方共同开发基于固态储氢材料的兆瓦级并网发电系统。我们希望未来能够回馈于能源和电网。

问:一九零八过往融资经历及投资人

成永红:作为高校老师创业最大的难题其实是资金问题。我们很高兴也很感谢,从创业初期就得到了资本的强烈扶持。一九零八的第一轮融资得到了西安交大校友基金1896的大力支持,第二轮融资则得到了清华的英诺、水木两个大体系的资金支持。这些资金对于整个发展起到了非常重要的推动作用。目前,一九零八的中试产线建设和电源研发都是依靠这些基金的支持来实现的。未来,我们也希望有更多的资本能够帮助我们,帮助我们走得更远。

当然,所有的事情都需要有一个长期的发展规划。因为我们的目标很清楚,在公司里开会经常讲,未来的5年我们希望实现上市。这只是我们的一个小目标,我们希望做到世界第一,要引领固态储氢技术的发展方向,这离不开资金的支持。最近,我们也正在做新一轮的融资。我们希望尽快得到资本的认可,从而使公司发展的更好。那么,怎么才能发展得更好呢?

一九零八希望让资本知道,在未来要做的核心事情。第一个是在氢电源领域进行更多的应用,包括储氢材料的产线建设以及团队的进一步发展。这些都是一九零八未来的重要发展点。

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