反超日本，國內氫能商業化加速起飛

　　作為一種理想的綠色清潔能源，氫能具有可再生、無污染、高效、安全等優點，已被全球各國認定為能源轉型的一條可行技術路線并寄予厚望。包括美國、歐盟、日本在內，全球已經有超過20個國家及聯盟發布或制定了《國家氫能戰略》，我國也將氫能正式納入國家能源戰略體系，并明確了政策鼓勵的應用場景和領域。

　　在氫氣制備、儲運和應用三個環節中，高效安全的儲運已成為剛性瓶頸。2021年全球氫氣總產量達到9423萬噸，當電解水等制氫技術不斷成熟的同時，如何將氫以便利于機械動力系統使用的方式儲存已成為氫能利用的最大難題。目前全球氫能市場規模已擴張至1000多億美元，而儲運環節則占據了總成本的30%~40%。

　　在國內科研人員的不懈攻堅下，氫能存儲這一關鍵點已經在近期取得重大突破——作為國家重點研發項目的固態氫能發電并網，率先在廣州、昆明同時實現。這是我國首次將光伏發電制成固態氫能應用于電力系統，意味著國內的氫能技術已經具備了商業化運營的條件。

　　固態儲氫密度飆升

　　固態儲氫是在常溫下通過氫氣與合金發生化學反應，讓氫原子進入金屬的空隙中儲存，儲氫壓力是2-3兆帕，升高合金的環境溫度就可以釋放氫氣。

　　用于制備上述合金的鎂基材料是金屬固態儲氫材料中儲氫密度最高的材料之一，能夠很好地解決氫能儲運難、鋰電池價格昂貴、不環保、不安全等難題。

　　與現有的氣態儲氫和液態儲氫技術相比，鎂基固態儲氫大大提高了儲氫密度：研究數據顯示，在20兆帕大氣壓下，每立方米可存儲氫氣14.4公斤;在零下253攝氏度低溫下，每立方米可存儲液態氫70公斤;而在常溫低壓鎂基固態條件下，每立方米可存儲氫氣110公斤。

　　除了儲運氫量非常大，鎂合金材料還有一個顯著特點，即可以對氫進行凈化，特別是工業廢氫中的二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等各種雜質。據了解，鎂合金吸氫后再釋放的氫氣純度可達99.999%，這類高純氫完全適用于醫療、半導體、新材料乃至新型燃料電池的需求。

　　中國工程院院士、上海交通大學氫科學中心主任丁文江團隊首創的用蒸氣法來制造含鎂氫的合金新材料，初步具備量產的可能，給低成本固體儲氫的應用帶來了希望。這種合金材料可根據純度劃分為吸氫和放氫等不同用途：其中顆粒狀鎂氫結合物可反復使用約3000次，無任何衰減，而粉狀鎂氫結合物可通過催化劑水解，儲氫密度達到13%，已實現按噸生產。

　　隨著氫能市場化最重要的一塊拼圖被補齊，這種讓氫進出自由的固態材料將從根本上改變傳統儲能模式效率低、成本高、安全性差的現狀，氫氣這種新能源已具備規模化應用的條件。

　　在此基礎上，固態儲氫可實現氫氣的(海運、空運集裝箱等)長途大規模運輸;高密度存儲因電力供需不平衡而無法并入電網的“棄風”、“棄光”;更高效、更低成本的家用能源供給;加氫站建設乃至服務于冶金、煉鋼等工業生產以及助力燃氣輪機發電，降低碳排放。

　　開啟下一個儲能風口

　　在當前主流發電技術中，水力發電技術成熟，可24小時持續供電、火力發電的速度可以動態調整、而光伏發電量呈現明顯的周期性、風力發電也存在不穩定性。因此，儲能承擔著靈活調節新能源發電量的使命。國家電網數據顯示，預計到2023年全國非化石能源發電裝機將達到25.7億千瓦，屆時發電量占比將達到52.5%。在此背景下，儲能建設還存在較大缺口。

　　但儲能產業當前的發展仍然只能用“叫好不叫座”來形容：一方面，儲能行業熱度高漲，業內普遍認為儲能已進入產業機遇期，是一片市場空間巨大的藍海。近年來，發電側尤其是新能源儲能備受資本青睞。2022年，全球儲能廠商融資規模達到260億美元以上，與前一年的170億美元相比增長55%。另一方面，當配套產業鏈逐漸完善、上游原材料碳酸鋰成本有所降低，安全性以及技術瓶頸等因素仍制約著儲能行業的規模化發展。

　　預計到2050年，可再生能源裝機容量比2020年增加10倍，需要大量的能源儲存，按照目前的儲能量遠遠不夠，現有儲能技術遇到了嚴重的瓶頸。

　　而剛剛取得技術突破的固態儲氫發電則有望帶領儲能行業實現突圍。固態氫能發電是利用氫氣在高溫高壓下與氧氣反應產生電能的一種新型能源技術，其核心是利用固態氫質子導體作為電解質，通過固態氧氣電極和固態氫電極反應產生電能。

　　相比于帶有安全隱患和污染問題的鋰離子電池，鎂電池的成本更低、安全性更高。作為負極，其能量密度是商用鋰電池負極的6倍。鎂基固態儲運氫技術的發展，將為未來中國能源體系變革、交通運輸方式低碳化轉變奠定基礎。

　　目前，云海金屬、氫楓能源、雄韜股份、寶武清潔能源等企業均在鎂基固態儲氫領域有所布局。其中，氫楓能源參與的氫能儲運及應用技術平臺建設項目通過驗收工作，安泰創明自研的固態儲氫燃料電池發電系統已應用于氫能兩輪車。

　　中國氫能聯盟預計，2025年，我國氫能產業產值將達到1萬億元;2050年，氫能在我國終端能源體系中占比超過10%，產業鏈年產值達到12萬億元，這將對鎂基儲氫材料提出大量市場需求。

　　中國工程院院士王成山表示，未來，氫能在終端能源體系中的占比將持續擴大，綠氫(通過使用再生能源制造的氫氣，其生產過程中碳排放為0)的比重也將持續提升，電氫融合是支撐電力系統向高級形態演化的重大變革性技術之一。

　　民用化征途漫漫

　　當前，歐美日韓已將氫能發展提升至國家或地區戰略層面，并通過多年的政策引導由大型企業引領建立了較成熟的氫能相關產業鏈，在制氫、儲運加氫和用氫方面積累了先進的核心技術。

　　其中，日本是最早開始氫能研發的經濟體之一，也是目前全球氫能開發和應用最全面的國家。日本的整體能源戰略目標更傾向于創造“氫能社會”，并計劃到2030年將氫能在能源結構中的占比提升至11%，尤其要強化氫能在汽車、家庭、工業等領域的應用。

　　日前，日本政府正考慮制定新戰略，計劃在未來15年內吸引約15萬億日元(約合1130億美元)公共和私人投資，加快氫能發電商業化進程。

　　相比之下，中國的氫能源建設起步稍晚，但此次固態氫能發電并網的實現標志著中國已經在氫能利用的關鍵技術方面實現反超。預計2025年，全國將建成加氫站1002座，推廣氫燃料車54800輛。在更長遠的設想中，鎂基儲氫還將推動民用氫能源車的發展，顛覆當前新能源車的競爭格局。

　　但當前，鎂基儲氫技術在控制儲放氫的能量損耗和成本方面還存在難點。固態氫能發電方面，固態氫電極的制備工藝還需要進一步完善，固態氫質子導體的性能也需要不斷提升。具體到氫能車方面，小型化也是一個需要時間解決的問題。相信在后續密集的商業化試煉中，氫能有望登上更廣闊的舞臺。（動點科技）