尊敬的各位领导，各位专家，各位朋友，大家上午好。非常荣幸能够被邀请来参加2019年氢能发展与技术大会。我下面给大家粗略的介绍一下关于氢能发展，把主要的方面放在电解水方面，氢能可能是我们人类终极的能源，这个观点也被普遍的认可。我今天的报告是“氢能发展及电解水制氢”，主要是集中在目前的现状，我们的挑战以及前景。

  我们首先讲氢能的发展的必要性。我们大家都知道尤其我们现在的运输、汽车、船舶，我们烧的就是汽油和柴油，烧汽油和柴油，那就排放出了二氧化碳、一氧化碳、氧化氮、氧化硫等等污染物到我们的大气中，造成了污染，对我们人类的可持续发展造成了威胁。我们一起看看针对这样的一种情况，目前世界各个国家都在发展新能源，我们大家都知道人类未来的能源就是太阳能、风能、水电能、生物能、地热能等等。刚才任秘书长说，我们目前的石油，就是我们说的化石能源，我专门有一个报告关于化石能源的现状，就是说这个化石能源按照目前的燃烧速度的话，包括天然气、石油、碳以及核电，最多能够烧200-300年。所以发展新能源，利用太阳能、风能、电解能、生物能等等产生电能，将是我们未来的终极能源，以氢气或者是液态的氢气、气态的氢气为主要能源的载体是氢能经济的可持续发展的必然。

  我们了解这一个里边氢气作为一个载体，就要牵扯到电化学能源的存储和储存的技术，它在氢能利用中发挥中心的作用，核心的作用。从太阳能、风能以及水电能，发电以后产生的电能，通过电化学的方法制氢，产生氢气把它储存起来，因为太阳能、风能，这些能都是我们的气候影响的。比如说太阳能，今天没有太阳，产生的电能就少，它这个能源是一种随着气候的波动而变化的能源，所以说这种能源在以前就把它叫做垃圾能源，但是现在由于我们有储能技术，随技术的发展要充分的利用起来。最重要的一个方法就是把它储起来，储起来我们大家可以通过电化学的方法，把它产生的电能变成氢气，然后用氢气通过燃料电池产生电，再驱动我们的汽车运输，这种电我们叫是一种可携带的电，而不是可携带的电。比如墙上插头用的电，这叫做有有线电，我们用的叫做没有线的电能，这是非常重要的。

  当然我们也能够最终靠电池和超级电容器把它储存起来，转变成我们的家用。比如说我们手机里边的锂电池等等这些，也可以。但是作为一个能源的最大的未来的储存，还是要制氢。 我们看看为什么氢能利用是未来发展的必然趋势？

  首先目前世界各个国家都在力图发展氢能来解决能源的安全问题，掌握国际能源领域的制高点，我们可以看到，目前世界各个发达国家，包括发展中国家都在做这个事情。国际能

  源储、国际氢能源委员会发布的氢能源未来发展的调研报告也预示到2050年的时候，氢能需求将是目前的10倍，预计到2030年，全球氢气的燃料电池，氢能源电池的常用车将达到1000万至1500万辆，这样一个大的市场规模。

  我们谈到氢能，我们首先要考虑到氢能存在的挑战，我这里列出几个挑战。第一个，目前氢的制备、存储以及利用的技术还很不完善，尤其是在我们的交通运输方面，尤其是燃料电池汽车方面，像这种制备、储存利用方面还不完善。

  第二个，氢气的价格也是很高。一个是制备、运输、储存，加起来的线人民币每公斤，大约达到这个水平，这个价格还是很高，不能和还有或者柴油相媲美。

  另外一个是根据它的性质，氢气在任何室温下，任何的压力下都不能变成液体。什么意思？它的运输就非常的困难。你运输的话，目前我们运输主要是靠液态氢运输，液态氢是把它的温度降到253度以下，变成液体来进行运输。当然我们目前国内的运输主要是靠把它压到一个高的压，比如说350大气压，这样的情况来运输。一个大的罐车也就运个200公斤氢气，它就是在任何的压力下，任何的室温下，它都不能变成液体，这是它的本身的性质决定的，带来存储和运输的困难。 氢气容易泄漏，氢气是所有化学分子里边最小的分子，所有的金属气罐，只要压力达到一定程度，它都要泄漏，产生轻微的泄漏。所以说现在的燃料汽车里边，汽车用的气罐，可以达到比如说350个大气压，或者700个大气压，这个就是靠三层的气罐，最里边一层是一种高聚物，中间是金属合金，最后包括碳纤维，这三种可以完全阻止这个气体的泄漏，但是这个很贵。另外一个它是低点点火，并不是说在空气中氢气越多越容易点火，在氢气很少的情况也容易点火。所以这就是说它点火的范围比较宽。还有一个就是我刚才讲的，它会淬化我们氢气的气罐，这是氢气本身存在的一些挑战。 我们谈完它的挑战，或者是它的缺点，我们就要谈谈氢气的优势，有哪些优势呢？氢能首先是一种无污染的清洁能源，烧了以后，通过燃料电池烧，或者是直接烧了以后，它产生出来的就是水，一个氢分子加上一个氧分子变成水，它就是这个水，所以非常的清洁。 第二个，它的来源比较广泛。比如说电解水，它就是来源于水，或者是从我们的低碳化合物进行裂解，产生氢气，它的来源比较广阔。 第三个，它的燃烧值和能量密度是所有的燃料里边最高的，它是最高的。 第四个就是利用的形式也比较多。 第五个也是可以储存的，通过液态或者固态技术有机物的储存等等都可以储存。 相对来说它的安全性实际上在汽车里边应用的话，比汽油要安全，这是在国外已经被通过很多的事件证明的。这也是氢能源的一种优势，刚才我们讲氢气是能量密度最高的，我们比较一下，这里边有一个干柴火、镍氢电池、锂电池、标准煤、汽油、天然气、氢气，我们看看氢气的能量密度是最高

  的，它达到140.4兆焦耳每公斤，它比起我们的汽油大约是三四倍，能量密度是这么高。所以它是一个非常好的能源的携带者。 这样的高能量的密度的氢气是实现新能源技术产业化的技术。另外，氢能源确确实实是要颠覆我们传统能源长期建立起来的产业链，基础设施的必备条件。一个是清洁很多优势，相对燃料电池来说，相对于其他的电池技术，高能量密度的氢能燃料电池有望实现后来者居上，这样的一个状况。所以我们刚才说的氢能源的能量密度是汽油及天然气的三倍以上，具有快速发展的基础。所以说现在我们看到的市场上的锂电池汽车，为什么占比目前还不是这么多，发展也不是这么快，就是因为它的一个很大的问题，一个就是它的能量密度还不高，所以续航里程还是个问题，尤其是在我们重卡里边应用，它的续航里程更成问题了。所以燃料电池在这方面就很有优势。 我们看看氢能的主要领域在什么地方。我这里列了主要的三个应用领域，第一个就是化工原料，这个在座的各位同仁可能都比较清楚，目前氢气60%都用于合成氨，38%用于炼油或者煤碳深加工，大约是这样一个状态，可能这个数据也不一定全对，大体就是这样一个情况。第二个大的应用就是氢燃料电池汽车，这个预计到2030年全球燃料汽车将达到1000万至1500万辆，上千座的加氢站。主要是集中在美国、日本、德国、韩国以及中国，这是第二个大的应用，氢燃料电池。第三个就是小型的燃料电池分布式的发电系统，就是我们说的微电网系统，这个也是很重要的一个发展方向在目前来说。就是说整个的一个小区里边，自己有自己的微电网，比较灵活的进行调节。 主要就是三个主要的应用领域，一个是化工原料，第二个是大规模的氢能燃料电池汽车，第三个是小型的分布式的发电系统。我们看怎么样把氢能转变成动能或者电能？第一个，我们可以把氢能转变成动能，就是氢能的内燃机，就是相当于我们汽车一样，可以烧汽油，可以烧天然气，当然也可以烧氢气。但是烧氢气的在国外的几个大的汽车公司也在做，直接烧氢气还是避免不了污染的问题，因为只要一烧，温度1000度以上的话，空气中的氮气就要变成氧化氮，一样排放，还不能达到零排放的问题。所以从效率方面，试了以后还是不行，还是要通过燃料电池。所以氢电机就是把氢能变成动能的一种方式。 第二个大的方式就是氢燃料电池产生电，这是一个主要是通过电化学反应来实现，这个燃料电池能量效率还高，直接燃烧的话，我们受到热力学第二定律限制卡诺循环的限制，也就是说只能达到百分之30几，但是在燃料电池里边，通过电化学的反应，可以达到60%-80%，并且整个的过程也是一个零污染、零排放的过程。所以氢能转变的两种方式，一个是我们可以直接燃烧，另外通过燃料电池产生电。 第二部分氢的制备 我们一起看看氢的制备，制备的话，主要是氢气或者是液氢，这个能源包括制氢、储运氢、用氢三个主要的环节。制氢的方面，在2017年全球的氢气产量超过大约是6000万吨，其中96%的来自于

  化石燃料，大部分采用天然气和煤油的制氢技术。电解水统计可能就占4%左右，当然这个数据不一样，变化很大，各个地方统计的数据也不一样，但是大约是占到4%左右，但是成本很高，是化石燃料的2倍多一些。 所以目前我们利用可持续的电解水能源制氢，比如说通过太阳能、风能、水利能等等，或者是气电来制氢的话，目前已经成为一个新的热点，尤其是在科学研究领域，或者是在我们前期的产棉化的阶段，我们用可持续能源的电解水制氢，也正在兴起，并且也是我们未来的必由之路。 我们看看有哪些，这个我列出来有大约8种，可以归结为8种制氢方法。第一个就是我们说的电化学的制氢的方法，就是电解水制氢。第二个就是煤气的转化法，也就是炼解法、蒸汽的转化法，焦炉煤气的冷冻制氢，出来的氢气到不了50%的氢气，怎么把它纯化呢？冷冻。把其他的都给它冻成液体，因为氢气在常温下，在任何的压力下都不能变成液态，通过这种方法。还有石油的裂解、合成气和天然气的制氢，含氢无机物质的分解制氢。最后一种高温水解制氢，这个方法现在也研究的比较热，这是一个什么方法？就是利用太阳能，有一个大的聚焦镜，聚焦镜的中间有一个热点，把太阳能一聚，聚集到中间的热点，中间的这个热点的温度可以达到2000度，在这个热点上面放上铁氧化物或者其他的化学东西，把水给上面一放，马上变成氢气和氧气分解，这就是充分的利用太阳能，这个方法叫做STCH，这是我们未来的一种很好的方法，但是目前它的投资力度还是比较大。 另外一种方法就是简单的把我们的水加入到2500度以上，水自动的分解，分解成氢气和氧气，这是一种高温水解法制氢。 总体有这么几种方法，但是我们看到，第一个方法和最后一种方法，那是我们可持续的发展，中间的方法都是靠我们目前的化石能源，我们知道化石能源是一种不可持续的能源。要想真正的发展，我们从人类的未来考虑，我们要采取第一种方法和最后一种方法来制氢。制氢总体可以归结为两个大的方法，第一个就是碳氢化合物经过高温裂解制氢。第二种就是电化学分解水。今天花一些时间给大家简单的讲讲关于电化学电解水制氢。 这个地方是美国DOE，就是美国能源部的一个发展战略，制氢的发展战略，我们在短期内，主要是靠天然气来制氢，有很少一部分是生物体气化，以及天然气电解，很少一部分，这是目前的状况。中期可能这里边太阳能就要加进去了，主要的可能就是煤碳的气化来制氢，当然电解水是一个长期发展的方向。长期的话，我们看到很多太阳能的标志，我们主要的发展还是靠太阳能以及我们的可持续能源的风能、地热能等等，这种能来发电，来制氢，这是短期、中期以及长期的制氢方法。 第三部分电解水 我们讲电解水制氢，我们知道电解水制氢是电化学的电解水制氢，实际上包括五个大的方法。第一个就是碱性电解水制氢。第二个是酸性电解制氢。第三个氯碱电解制氢，我们在座的很多同仁可能也做过这个氯碱工业，氯碱工业里边有很大一部分出来

  的是氢气，并且这个氢气的纯度也是相当的高。另外就是高温电解制氢。光柱的电解制氢。五大类电解制氢的方法。 我们看看电解水制氢，它的电化学原理实际上在正极上的反应，就是水被氧化，生成氧气，加上质子，在我们氯碱里边它就是被氧化生成氯气，氯化钠被氧化生成氯气。在负极上反应就是水被还原生成氢气。总体的电池反应就是水的分解变成氧气或者氢气，在氯碱工业里可能还附加一个氯气加上氢气，加上氢氧化钠。又能产生氢气，又能产生氯气，又能产生氢氧化钠，这是一个比较好的过程，这个过程现在是非常成熟的一种，尤其是离子焦耳膜的隔膜的发展，使这个技术从各个方面都比较成熟。但是它需要的电压比较高，3.3伏以上的电压。 我们看酸性和碱性以及光柱电解水的槽电压，从理论上讲槽电压也是比较高的，以及它们的耗电情况，这是它的电化学原理。我们看看讲到这个地方，想给大家分享一下，关于我们评判一个电解水设备，怎么来评判它的效率？有三个效率，第一个就是法拉第效率，这个法拉第效率指的是什么？比如说我通过100个电子进入这个电解水系统，我产生出来的氢气或者氧气，比如说根据法拉第定理转变成90个电子了，这个效率就是90%，90除上100是90%，这是法拉第效率。 第二个是电压效率，电压效率的意思就是说，电解槽的电压，理论上的电压比如说是1.23，但是由于超电视，加上额外的电压才能使得这个水分解。就是说理论上的电压比上我加的这个电压，这个就是叫做电压效率。但是最重要的一个叫做能量效率，这个能量效率就是法拉第效率乘上电压效率，就是它的能量效率，这个能量效率才是真正的衡量一个电解水的效率，我们考虑的主要是能量。这三个效率。 我们看看根据五种电解水制氢的能量效率，我给它总结一下。这里包括电解池的槽压、操作温度以及能量效率，我们从这里边能够正常的看到，离子焦耳膜酸性的电解水制氢，就是氢能燃料电池的逆过程，它的能量效率是最高的，能够达到80%-90%，但是我们目前最能够产业化的制氢就是碱性的电解水制氢，但是它的效率是30%-40%，当然还有其他的，也都差不多。比如说氯碱膜电解水制氢，这个效率也是相当高的。最后一个也是我们人类永远的追求，光柱的电解水制氢，太阳能来帮助电解水制氢，它的效率目前很低，就是电池本身可能达到10%-20%，但是总体的再加上其他的话，那就是可能百分之几，这样一个效率，很低，但是这是我们的发展趋势。 我们刚才说最高的一个就是用燃料电池的逆过程来电解水，这样一个离子焦耳膜的燃料电池的制氢技术，这个技术有它的优势。第一个，它不需要腐蚀性的电解质，因为它是全固态，这是一个。另外一个，这个电堆既可以用于燃料电池的发电，也可以用于电解水产生氢气，这是第二个优势。第三个，电极之间，由于它是全固态，没有气泡的产生，那就是电压比较小，耗电就少，这就是它为什么能量效率高。所以，它产生的氢气非常的纯，能够达到6个9的纯度，但是它也存在着挑战，因为它这个操作过

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