氫是自然界的能源之母，綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體，因其清潔、高效、可持續(xù)，氫在新能源發(fā)展中被寄予厚望。

由于氫氣通常以氣態(tài)形式存在，且易燃易爆易擴(kuò)散，導(dǎo)致常溫常壓下氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸存在很多現(xiàn)實(shí)難題。

目前市場(chǎng)上常用的高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫和低溫液態(tài)儲(chǔ)氫成本高、能耗大，大規(guī)模應(yīng)用存在很多障礙。能否另辟蹊徑，找到一種新辦法，讓氫儲(chǔ)運(yùn)成本更低？安全性更好？更適合規(guī)模化應(yīng)用需求？

我國(guó)科研人員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期攻關(guān)，找到了一個(gè)新方向，用固體形式來(lái)存儲(chǔ)氫氣，他們從鎂材料中發(fā)現(xiàn)了機(jī)會(huì)，制備出了一種神奇的合金材料，這種材料不僅讓氫進(jìn)出自由，還能對(duì)氫進(jìn)行凈化，讓氫以固體形式留在了鎂基材料中，從而使得存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)牧扛蟆⒊杀靖?、安全性更高?/span>

目前這項(xiàng)固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)在交通、風(fēng)電、冶金等領(lǐng)域已開始逐步探索應(yīng)用，這種神奇的合金，為什么能有效破解氫能儲(chǔ)運(yùn)難題？在研發(fā)的道路上，他們經(jīng)歷了怎樣的曲折才最終找到了這條“金光大道”。

在能源結(jié)構(gòu)向低碳清潔、綠色轉(zhuǎn)型過(guò)程中，還需攻克哪些難關(guān)才能實(shí)現(xiàn)“氫”裝上陣？

中國(guó)工程院院士、上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心主任丁文江：

在能源轉(zhuǎn)型的過(guò)程當(dāng)中，氫是一個(gè)不可或缺的角色，這樣的一個(gè)能源離真正進(jìn)入還有很大的距離，那么它的距離為什么會(huì)產(chǎn)生呢？

因?yàn)橛型袋c(diǎn)，痛點(diǎn)實(shí)際就是：成本貴

那么貴在哪里？

第一個(gè)是制氫，因?yàn)闅涫嵌文茉?，一定要從其它東西轉(zhuǎn)化而成，制氫現(xiàn)在一般都是采用煤制氫或者電制氫，煤制氫會(huì)排放二氧化碳，電制氫要用到催化劑，這個(gè)催化劑是鉑，也就是鉑金，因此比較貴。

第二個(gè)是制氫之后又要儲(chǔ)運(yùn)?，F(xiàn)階段大量?jī)?chǔ)運(yùn)的氫就采用高壓罐，大概有200個(gè)大氣壓，壓縮在里面，拉來(lái)拉去，運(yùn)氫就是用氣態(tài)運(yùn)氫，使用氣態(tài)運(yùn)氫的一輛49t卡車，大概只能裝300kg氫氣，效率非常低，所以運(yùn)氫就比較貴。

還有一種運(yùn)用采用液態(tài)的方式，在-253℃的情況下將氫氣液化。那么大家可以想一下，實(shí)現(xiàn)-253℃是一個(gè)很大的困難，再加上運(yùn)輸、密封，并對(duì)其管道泄漏都要很好的控制，所以成本也比較貴。

氫合金材料里面有一個(gè)鎂，此外，水蒸氣在一定的狀態(tài)下可以變成霧，也可以變成霜，也可以變成雨，我國(guó)都把鎂蒸氣變成了“雪”和“冰”，并進(jìn)行重熔。

全世界九成的金屬鎂都是中國(guó)生產(chǎn)

中國(guó)到目前為止生產(chǎn)的鎂占了全世界90%，都是鎂蒸氣變的。因此丁文江表示產(chǎn)生了一個(gè)想法，就是能不能讓鎂變成“霜”。

鎂的“霜”其質(zhì)點(diǎn)會(huì)非常細(xì)，就像納米狀態(tài)。

那么這樣納米狀態(tài)的、細(xì)的鎂粉（高純氫化鎂粉），在高科技產(chǎn)業(yè)里面，特別是一些含能材料里面都有非常廣闊的應(yīng)用前景。

15年前，丁教授帶領(lǐng)著他的科研團(tuán)隊(duì)，開始對(duì)鎂材料進(jìn)行功能性研究，因?yàn)殒V極其活潑，當(dāng)磨的很細(xì)的時(shí)候，非常容易發(fā)生爆炸，為了解決鎂易爆的問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)嘗試使用多種氣體來(lái)進(jìn)行安全性保護(hù)，但都沒有成功。

中國(guó)工程院院士、上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心主任丁文江：

用了氮?dú)?、用了氬氣，也用過(guò)二氧化碳，也用過(guò)其他的像六氟化硫的這種保護(hù)氣體，但是在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中都產(chǎn)生了很多的事故，這個(gè)機(jī)器在試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中還發(fā)生過(guò)爆炸。

丁教授他們經(jīng)過(guò)上千次的實(shí)驗(yàn)做了各種可能的嘗試，依然無(wú)法解決這個(gè)難題，眼看山窮水盡苦無(wú)辦法之際，他們想到了氫。

中國(guó)工程院院士、上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心主任丁文江：

就是一個(gè)靈感，讓氫直接去跟鎂見面，接觸以后氫就到了納米鎂的上面，上去之后鎂就變成鎂氫素了，鎂氫素就沒有爆炸，也非常安全。

長(zhǎng)期的探索積累，最終給研究團(tuán)隊(duì)最溫暖的回報(bào)，他們首創(chuàng)的用蒸氣法來(lái)制造含鎂氫的合金新材料，初步具備批量生產(chǎn)的可能，也給低成本固體儲(chǔ)氫的應(yīng)用帶來(lái)了希望。

中國(guó)工程院院士、上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心主任丁文江：

團(tuán)隊(duì)做的就是要把氫走進(jìn)固體里面去，大概原子數(shù)的比例是1:2（一個(gè)鎂原子帶兩個(gè)氫原子），氫化鎂這個(gè)物質(zhì)在一定的條件下，氫還可以取出來(lái)，又可以再把氫放進(jìn)去，而且其儲(chǔ)存能力很強(qiáng)，所以就創(chuàng)制了氫化鎂這個(gè)材料。

其實(shí)，氫化鎂這個(gè)材料早在40年前就有了，以前所有的氫化鎂做法都是把一個(gè)鎂錠切成一片一片，進(jìn)行球磨并做成很細(xì)的粉，再充上氫，變成氫化鎂。這樣做非常貴并且效率也非常低，因此只能夠變成一些科學(xué)試劑而用，做不到工程化、產(chǎn)業(yè)化。

團(tuán)隊(duì)的方法正好與之相反，由小往大做，用蒸氣開始，從鎂原子-鎂顆粒-氫化鎂，這樣做起來(lái)批量就會(huì)“大起來(lái)”，這樣使得現(xiàn)在的鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫變成了可能。

固態(tài)儲(chǔ)氫怎么來(lái)解決儲(chǔ)運(yùn)氫的難題？

團(tuán)隊(duì)最后做成的鎂跟氫結(jié)合的物質(zhì)，形狀一粒粒的像藥片一樣，可以像運(yùn)大米、運(yùn)面粉一樣，讓氫放在鎂的這個(gè)固體里面進(jìn)行運(yùn)氫、固態(tài)儲(chǔ)氫，首先要做出這樣一個(gè)產(chǎn)品，把氫可以放進(jìn)去；第二就是要把鎂變成一個(gè)能夠批量地、低成本地進(jìn)行儲(chǔ)氫的一個(gè)體系。

團(tuán)隊(duì)做了一個(gè)比較，每個(gè)立方米200個(gè)大氣壓的氣態(tài)氫氣大概只能存儲(chǔ)14.4公斤，液態(tài)氫在-253℃的時(shí)候每立方米只能存儲(chǔ)70公斤氫氣，而如果采用固態(tài)儲(chǔ)氫材料氫化鎂，由于是常溫低壓，每個(gè)立方米存儲(chǔ)氫氣110公斤，可以看到固態(tài)儲(chǔ)氫的優(yōu)越性非常強(qiáng)。

由于在材料上要做很多的研究，丁教授團(tuán)隊(duì)就對(duì)其結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行了修飾，使氫進(jìn)去、出來(lái)的通道非常暢通，而且不會(huì)產(chǎn)生其他的變化，稱之為材料結(jié)構(gòu)完成了創(chuàng)新。

把該粉末狀壓制在藥片上，然后放到一個(gè)儲(chǔ)氫系統(tǒng)里面，就完成了材料的研發(fā)，這個(gè)是可以根據(jù)純度來(lái)劃分其他不同的用途，在不同的用途中有兩種，一種就是儲(chǔ)存，不斷的儲(chǔ)存；另外一種就是直接進(jìn)行水解，放置在帶有催化劑的水里面，可以直接就放出氫氣，這種粉狀的氫是一次使用，顆粒狀的氫可以重復(fù)使用，可反復(fù)使用約3000次，沒有任何衰減。

粉狀氫是做成納米粉，能夠在水解的時(shí)候，表面積充分地釋放，可以把水里面的兩個(gè)氫也帶出來(lái)，儲(chǔ)氫密度實(shí)際達(dá)到13%左右，理論水平大概是15.2%，粉狀材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)以噸進(jìn)行生產(chǎn)。

這種材料儲(chǔ)氫時(shí)有很大的一個(gè)特點(diǎn)，比如說(shuō)很多工業(yè)廢氫中有一部分具有二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等各種雜質(zhì)。氫儲(chǔ)存進(jìn)去之后，像一氧化碳、二氧化硫這類氣體就自然排除了，儲(chǔ)存好之后運(yùn)到所應(yīng)用的場(chǎng)景，放出來(lái)至少是99.999%的氫。如果把閥、管道清理得當(dāng)，甚至可以達(dá)到99.99999999%的氫，這種就叫凈化儲(chǔ)運(yùn)。

所以固態(tài)儲(chǔ)氫有一個(gè)很大的特點(diǎn)，可以凈化儲(chǔ)運(yùn)，也就是儲(chǔ)存進(jìn)去的氫氣可以得到凈化，也就意味著在儲(chǔ)運(yùn)的過(guò)程當(dāng)中對(duì)氫氣進(jìn)行了純化。

在現(xiàn)階段的末端應(yīng)用里面，包括醫(yī)療、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、新材料領(lǐng)域里面用的氫氣，甚至于現(xiàn)在燃料電池要用的氫氣，大部分都是要高純氫，達(dá)到99.999%以上的氫。

值得一提的是，這樣不僅僅是在儲(chǔ)運(yùn)氫，同時(shí)還在改造氫，把氫弄得更純、更干凈。

但是也有缺點(diǎn)，缺點(diǎn)是什么呢？

就是放氫、充氫的時(shí)候，這個(gè)材料會(huì)發(fā)熱，會(huì)有點(diǎn)膨脹。這個(gè)熱量會(huì)放出來(lái)，然后到使用端的時(shí)候，還需加熱。

那么開始接觸的時(shí)候，放氫溫度400℃。團(tuán)隊(duì)目前還在努力，把顆粒狀儲(chǔ)氫材料進(jìn)行合金化，加進(jìn)一些催化劑，使其屬性溫度不斷下降，現(xiàn)階段大概降至280℃，實(shí)驗(yàn)室大概可以達(dá)到200℃以下。

正因?yàn)檫@樣一個(gè)東西，要吸熱、要放熱，當(dāng)變成一個(gè)體系的時(shí)候，怎么做到熱平衡？怎么做到熱管理？最后能夠做到熱控制，來(lái)進(jìn)一步提高這個(gè)固態(tài)儲(chǔ)氫的效率和穩(wěn)定？

解決熱控制問(wèn)題的時(shí)候，團(tuán)隊(duì)做了很多的創(chuàng)新，第一個(gè)是讓它分成一小塊、一小塊，能夠成為加熱的介質(zhì)，讓它充分地進(jìn)行熱交換，讓它快速散熱，放氫加熱就更加均勻，讓它有隔離空間，防止材料在一邊堆積來(lái)避免形成局部膨脹。

有了固態(tài)儲(chǔ)氫材料創(chuàng)新和技術(shù)基礎(chǔ)，丁文江院士團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在應(yīng)用上進(jìn)行工程化研究，一輛49t的卡車氣態(tài)運(yùn)氫只能裝300kg氫氣。如果換成固態(tài)儲(chǔ)氫，儲(chǔ)氫量可增加四倍以上，還可常溫下長(zhǎng)距離運(yùn)輸，安全性也好，朝著這個(gè)方向，他們準(zhǔn)備制造儲(chǔ)氫能力1t以上的標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，不過(guò)這種大型固態(tài)儲(chǔ)氫裝置的建造需要研究解決的課題也很多。

上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心副主任鄒建新：

這樣大型的鎂儲(chǔ)氫裝置，它的氫要進(jìn)入和脫出是相當(dāng)困難的，特別是在表面氧化之后，要把鎂材料表面上給它形成一些催化點(diǎn)，相當(dāng)于氫進(jìn)入和脫出的一些窗口。

丁文江院士團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，不斷嘗試新的方法，才初步實(shí)現(xiàn)了氫的吸入和放出，但是在這一過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，如何解決熱失控的問(wèn)題又成了新的難點(diǎn)。

上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心副主任鄒建新：

記得之前有一個(gè)非常危險(xiǎn)的情況出現(xiàn)，就是當(dāng)時(shí)氫充進(jìn)去以后出現(xiàn)了一個(gè)熱失控的情況，里面的溫度發(fā)生了一個(gè)飆升，身邊的人都已經(jīng)不知道該怎么去處理。

萬(wàn)分緊急情況下，鄒建新果斷采取了措施，關(guān)掉了進(jìn)氫閥，并不斷測(cè)試，通過(guò)控制氫氣流量，調(diào)節(jié)在一個(gè)合適的范圍，才逐步解決了熱失控的問(wèn)題。

在創(chuàng)新的路上，他們執(zhí)著前行，經(jīng)過(guò)五年的研究，終于在2022年12月份試制出世界首臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫車。

上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心與氫楓科技研發(fā)人員方沛軍：

這輛首臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫車，基本上40尺的大小可以存1.5t的氫氣，是常規(guī)的（氣態(tài)儲(chǔ)氫）四到五倍的存儲(chǔ)量，這個(gè)高密度儲(chǔ)存會(huì)帶來(lái)很多經(jīng)濟(jì)方面的一些效益。

另外高密度儲(chǔ)氫本身在運(yùn)輸過(guò)程里邊是常溫常壓的，安全性能夠得到很大的一個(gè)保證。

標(biāo)準(zhǔn)集裝箱式設(shè)計(jì)的鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫裝置，能夠適應(yīng)鐵路、公路、輪船等不同的運(yùn)輸方式，適合長(zhǎng)距離、大規(guī)模氫運(yùn)輸，不同的集裝箱組合在一起，可以固定存儲(chǔ)大量的氫能，形成大規(guī)模的固態(tài)儲(chǔ)氫站。

不過(guò)因?yàn)楣虘B(tài)儲(chǔ)氫，儲(chǔ)放氫的過(guò)程需要能量介入，儲(chǔ)氫的成本怎樣？

據(jù)測(cè)算，氣態(tài)存儲(chǔ)1kg氫氣從常壓常溫壓縮到35MPa，所需的能耗是5度電。液態(tài)儲(chǔ)氫從常壓常溫液化為1kg氫氣需耗電15度。常溫常壓下固態(tài)儲(chǔ)氫，放1kg氫氣需耗電14度。

鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫裝置在實(shí)際應(yīng)用中需要跟各種場(chǎng)景匹配?？刂苾?chǔ)放氫的能量損耗和成本是關(guān)鍵點(diǎn)，這些核心問(wèn)題一旦解決，氫能就可以登上更廣闊的舞臺(tái)，釋放巨大的能量。

未來(lái)固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)，有哪些氫能應(yīng)用場(chǎng)景？它能為全社會(huì)的能源轉(zhuǎn)型發(fā)展帶來(lái)什么改變？

中國(guó)工程院院士、上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心主任丁文江：

首先應(yīng)用場(chǎng)景可以叫“走天下”。

“走天下”代表可以長(zhǎng)距離、大規(guī)模，可以用火車?yán)b箱，也可以船運(yùn)集裝箱，甚至于對(duì)一些急需的場(chǎng)合，還可以空運(yùn)。

例如上海崇明要建崇明生態(tài)島，就希望采用氫能源，但是要把這個(gè)氫用到生態(tài)崇明島上去，氣態(tài)氫不能走隧道，因?yàn)樗俏ｋU(xiǎn)品，也不允許走，所以這個(gè)場(chǎng)景應(yīng)用比較困難。

那如果用一噸的固態(tài)運(yùn)氫車去滿足這項(xiàng)應(yīng)用場(chǎng)景，從隧道過(guò)去就能把氫運(yùn)過(guò)去。

現(xiàn)階段要使用氫能源有一個(gè)很大的痛點(diǎn)——加氫站建設(shè)。

加氫站如果采用了固態(tài)儲(chǔ)氫，再放一個(gè)加熱系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)加氫?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)的加氫站實(shí)際加氫量還未出現(xiàn)“上過(guò)噸”的，如果真正實(shí)現(xiàn)固態(tài)儲(chǔ)氫加氫，2輛車就載有2噸氫氣，假如5kg加滿一輛車，2噸氫氣一天就可以加滿400輛汽車。

固態(tài)儲(chǔ)氫可以常溫常壓下儲(chǔ)存大量余能

第二個(gè)場(chǎng)景叫儲(chǔ)余能，余是多余下來(lái)的能，或者是我們放棄的能，全世界都存在這個(gè)問(wèn)題，都要采用太陽(yáng)能作為清潔能源，要用光伏、風(fēng)能來(lái)發(fā)電，這個(gè)電是周期性的、有波動(dòng)的，電網(wǎng)不太喜歡，所以產(chǎn)生了大量的棄風(fēng)、棄電，由于上不了電網(wǎng)，有時(shí)候電就白白的浪費(fèi)了。

比如生活當(dāng)中晚間的電費(fèi)便宜，白天的電費(fèi)貴，為什么呢？

因?yàn)橥砩嫌玫娜松伲娭灰l(fā)出來(lái)，一定要用掉，如果用不掉就是浪費(fèi)，丁院士認(rèn)為最方便的就是固態(tài)儲(chǔ)氫，因?yàn)楣虘B(tài)儲(chǔ)氫有一個(gè)很好的特性，只要?dú)溥M(jìn)去了，它就是固體了，他也不會(huì)衰退，除非加熱或者潮濕水解。

只要不潮、不熱，就永遠(yuǎn)在鎂里面，所以余能采用固態(tài)儲(chǔ)氫，大量的余能給我們打開了一個(gè)非常好的應(yīng)用場(chǎng)景。

第三個(gè)場(chǎng)景叫“進(jìn)萬(wàn)家”。日本家庭用氫已經(jīng)達(dá)到了300萬(wàn)戶，而且增長(zhǎng)速度非?？?，日本把天然氣裝在鋼瓶里面，運(yùn)到家庭里面去，放在外面，把天然氣附加了一個(gè)裝置，把天然氣轉(zhuǎn)化成氫氣，然后用氫氣去推動(dòng)燃料電池發(fā)電，重點(diǎn)是效率高。因?yàn)榧矣媚茉?，最主要用在兩個(gè)地方，一個(gè)是家用電器，另外一個(gè)是能源，要加熱、洗澡。

分布式電源供的方式最大的好處是什么呢？

稱之為熱電聯(lián)供，按照日本的做法，熱電聯(lián)供的效率加起來(lái)效率最高可以達(dá)到90%，因?yàn)闅湓谧兂扇剂想姵匕l(fā)電的時(shí)候，就供出90℃左右的水，而且這個(gè)水是沒有任何污染，應(yīng)該是最純的水，因?yàn)橹苯邮怯蓺涓踅Y(jié)合起來(lái)，沒有其他東西，這個(gè)水甚至可以喝，那么對(duì)比一下，我們現(xiàn)在用煤來(lái)發(fā)電，上海這個(gè)發(fā)電廠水平最高，全國(guó)這個(gè)發(fā)電效率最高，發(fā)電效率不會(huì)超過(guò)45%，那么如果讓氫能走進(jìn)家庭，效率可以提到那么高，能耗會(huì)大量降低，對(duì)我們國(guó)家實(shí)現(xiàn)“雙碳”的目標(biāo)會(huì)有很大的一個(gè)促進(jìn)作用。

固態(tài)儲(chǔ)氫如果“進(jìn)萬(wàn)家”，用來(lái)為家庭供氫的時(shí)候，不要有一個(gè)天然氣變成氫氣的過(guò)程。因?yàn)樘烊粴庾兂蓺錃猓撤N意義上還是一個(gè)化學(xué)過(guò)程。如果使用固態(tài)儲(chǔ)氫，5kg的儲(chǔ)氫罐就可以發(fā)75度電，還可以滿足每天一個(gè)五口之家用的熱水、洗澡，甚至于房間里面供熱，效率都很高。

家庭用的分布式的電源、能源就是熱電聯(lián)供，效率又高、又便宜、又方便，可以用于學(xué)校、園區(qū)、醫(yī)院、大樓等場(chǎng)景。

固態(tài)儲(chǔ)氫，不僅可以在交通運(yùn)輸、儲(chǔ)能、家庭熱電聯(lián)供等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，在工業(yè)生產(chǎn)中，同樣前景廣闊。比如半導(dǎo)體行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中需要大量高純度的氫。

依靠氣態(tài)存儲(chǔ)瓶，供應(yīng)量小且存在安全隱患，如果用一種75kg的固態(tài)儲(chǔ)氫罐來(lái)供氫，不僅儲(chǔ)氫量相當(dāng)于15個(gè)氣態(tài)氫氣瓶，還能更加安全高效，為此丁院士團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了專項(xiàng)研發(fā)，但是在研發(fā)過(guò)程中，材料膨脹如何控制的技術(shù)難題又?jǐn)[在面前。

上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心與鎂源動(dòng)力研發(fā)人員劉兵銀：

這個(gè)材料在我們充放氫的過(guò)程中，它會(huì)發(fā)生大小的變化，這個(gè)變化無(wú)法控制，我們經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)，就發(fā)現(xiàn)鎂也不能做到穩(wěn)定地、均勻地儲(chǔ)存氫氣。

大家多次進(jìn)行不同場(chǎng)景下的模擬測(cè)試，始終無(wú)法解決這個(gè)問(wèn)題。研發(fā)小組一籌莫展，直到一次激烈的現(xiàn)場(chǎng)爭(zhēng)論，他們從爆米花中獲得了靈感。

上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心與鎂源動(dòng)力研發(fā)人員劉兵銀：

這個(gè)材料和玉米粒比較像，我們就想起了小時(shí)候的爆米花，爆米花也是把玉米放到一個(gè)容器里面進(jìn)行加熱，然后再爆開，它就形成了一個(gè)穩(wěn)定的形狀，我們考慮能不能采取這種原理。

按照這個(gè)思路，他們把材料進(jìn)行加、加壓，再泄壓，在不同的溫度環(huán)境下反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后終于找到了控制材料膨脹的訣竅，使得氫氣可以穩(wěn)定地、均勻地儲(chǔ)存和釋放。

75kg的固態(tài)儲(chǔ)氫罐最終被研制成功，給半導(dǎo)體行業(yè)的供氫帶來(lái)了新選擇，事實(shí)上這只是固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)場(chǎng)景，它也說(shuō)明氫能的應(yīng)用可以更加廣泛，在冶金，電力等行業(yè)的節(jié)能減排中還可以有更大的發(fā)揮空間。那么固態(tài)儲(chǔ)氫進(jìn)企業(yè)能帶來(lái)哪些重大技術(shù)革新？實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)又能做出怎樣的貢獻(xiàn)？

中國(guó)工程院院士、上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心主任丁文江：

鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫進(jìn)企業(yè)做什么呢？

做冶金、煉鋼。

現(xiàn)在中國(guó)的鋼鐵產(chǎn)量已經(jīng)很厲害了，產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到了14億t，那么每一噸鋼在煉鋼的時(shí)候，排出的二氧化碳要到1.8噸，14億噸就相當(dāng)于25噸二氧化碳的排放。

25億的碳排放就相當(dāng)于我們國(guó)家碳排放的總量的1/5，那么這樣大的碳排放對(duì)鋼鐵行業(yè)來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)多可怕的一件事情，要達(dá)到我們碳達(dá)峰，我們?cè)趺醋瞿兀?/p>

其中有一條路就是叫氫冶金，氫冶金就是因?yàn)殍F礦石都是氧化鐵，氫是還原它最強(qiáng)的一個(gè)還原劑，就用固態(tài)儲(chǔ)氫在煉鋼爐邊上用氫來(lái)還原氧化鐵來(lái)煉鋼。這樣冶金行業(yè)、鋼行業(yè)就可以沒有二氧化碳排放，因?yàn)樵跓掍摰耐瑫r(shí)，還要還原發(fā)熱，余熱可以供給固態(tài)儲(chǔ)氫的放氫，能源效率得到了非常高的提升，這也是進(jìn)企業(yè)的一個(gè)場(chǎng)景。

鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫進(jìn)企業(yè)第二個(gè)場(chǎng)景——固態(tài)儲(chǔ)氫助力燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。燃?xì)廨啓C(jī)可用于發(fā)電，發(fā)電用過(guò)去都是用煤燒成蒸氣來(lái)發(fā)電，那么同樣的燃?xì)廨啓C(jī)如果也用余熱來(lái)把固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)里面的氫放出來(lái)，變成燃?xì)廨啓C(jī)的一個(gè)能源，碳排放至少可以節(jié)省一半，因?yàn)椋ㄈ珖?guó)電廠）發(fā)電的碳排放的總量大概也占到全社會(huì)整個(gè)碳排放量的20%~25%左右，也相當(dāng)于1/4~1/5。

如果煉鋼跟燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電把氫用上去的話，全社會(huì)的碳排放量就降低了50%，我國(guó)每年大概使用3000萬(wàn)t氫，里面有近80%來(lái)源于煤炭，這個(gè)煤炭產(chǎn)生的氫氣叫作灰氫，工業(yè)廢氣產(chǎn)生的氫氣叫作藍(lán)氫。

現(xiàn)在我國(guó)整個(gè)生產(chǎn)氫氣的比例：用煤氣化制氫排出二氧化碳的占了我們國(guó)家用氫總量的63.6%，用焦?fàn)t煤氣作為副產(chǎn)品制氫（藍(lán)氫）大概占到18%。天然氣制氫大概占到13.8%，氯堿工業(yè)的復(fù)產(chǎn)氫大概占3.2%，綠氫、電解制氫大概只有1.5%，煤氣跟天然氣加起來(lái)生產(chǎn)的氫大概占到80%。

那么如何來(lái)改變？

改變就需要用到固態(tài)儲(chǔ)氫的一個(gè)很重要的應(yīng)用場(chǎng)景，也是團(tuán)隊(duì)最近搞得一個(gè)新技術(shù)，這個(gè)技術(shù)就是把工業(yè)當(dāng)中含碳?xì)涞膹U棄物（比如塑料、廢輪胎、風(fēng)電的葉片）進(jìn)行回收，讓里面的碳?xì)浠衔?、非糧廢棄物都可以用這個(gè)工藝、用這個(gè)技術(shù)，讓它變成可燃?xì)怏w。

我們國(guó)家的廢棄物每年有1.46億噸。大部分都是去做填埋處理或者進(jìn)行焚燒，那環(huán)保費(fèi)用會(huì)很貴，特別像塑料，燃燒會(huì)產(chǎn)生二噁英，就用回收的可燃?xì)怏w甲烷再進(jìn)一步分解成氫跟碳，這就叫金氫工程，這個(gè)金氫不單是零排放，在制造氫的過(guò)程當(dāng)中把二氧化碳作為負(fù)的排放，這個(gè)技術(shù)的從實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)完成了。

金氫工程，簡(jiǎn)而言之是在特殊催化劑的作用下，將廢棄物中的碳?xì)浠衔?，特別是甲烷在低能耗條件下逐級(jí)脫去氫原子，最終裂解生成氫氣和碳材料的過(guò)程。這一過(guò)程中利用的加熱源是工業(yè)余熱、廢熱、蒸汽和地?zé)岬?，而傳統(tǒng)處理廢棄物的方式需要燃燒，并會(huì)大量排放二氧化碳。相比之下，金氫工程碳排放幾乎為零，而且產(chǎn)生的碳會(huì)被固定下來(lái)，甚至實(shí)現(xiàn)了負(fù)排放。

我國(guó)的甲烷資源十分豐富，既能從大量的濕垃圾、農(nóng)業(yè)廢棄物等富含碳?xì)湓氐挠袡C(jī)固體廢物中作為原料來(lái)制取，又能從煤層氣、焦?fàn)t煤氣和油液巖裂解器中分離出來(lái)。

金氫工程可以廣泛在垃圾發(fā)電廠等場(chǎng)景中使用，我國(guó)每年生產(chǎn)的氫有近80%來(lái)源于煤炭、天然氣重整制氫，不進(jìn)行二氧化碳普及，這又稱為灰氫。

如果將低品質(zhì)的煤先轉(zhuǎn)化成甲烷，再通過(guò)金氫工程轉(zhuǎn)化為高純氫和高純碳材料，這樣就可實(shí)現(xiàn)近零碳排放。

高純度氫氣，可以大批量固態(tài)存儲(chǔ)，運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)的使用場(chǎng)景，將真正實(shí)現(xiàn)灰氫變身綠氫的飛躍，為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)貢獻(xiàn)力量。

中國(guó)工程院院士、上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心主任丁文江：

灰氫通過(guò)金氫工程就可以變成綠氫。

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，如果把煤都變成了氫，氫跟碳出來(lái)了，那這個(gè)碳往哪里走呢？

團(tuán)隊(duì)跟農(nóng)科院請(qǐng)教，發(fā)現(xiàn)這個(gè)碳可以作為我國(guó)的碳肥（有機(jī)碳肥）來(lái)改造農(nóng)田，那么接下來(lái)利用這樣的一個(gè)技術(shù)來(lái)發(fā)展國(guó)家資源優(yōu)勢(shì)的煤、鎂、氫能源。

其中鎂是金屬鎂，我國(guó)除了煤炭資源豐富之外，金屬鎂資源也比較豐富，這兩個(gè)中國(guó)最豐富的資源來(lái)服務(wù)于氫能源，在利用固態(tài)儲(chǔ)氫的時(shí)候，把已經(jīng)開始的風(fēng)電、儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)充分發(fā)展起來(lái)，在西部建立數(shù)據(jù)中心，然后計(jì)算是在東部用，因?yàn)橛?jì)算中心耗能很大，如果在這樣一些應(yīng)用場(chǎng)景里面把固態(tài)儲(chǔ)氫作為一個(gè)分布式電源給計(jì)算中心供電，用碳這個(gè)能源轉(zhuǎn)變成用氫的能源，才能夠使我們國(guó)家的能源轉(zhuǎn)型得到充分的體現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)雙碳承諾發(fā)揮巨大的促進(jìn)作用。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展最根本的是兩個(gè)學(xué)科，第一個(gè)是基礎(chǔ)性的、關(guān)鍵性的材料；第二個(gè)是信息，能源與高端裝備本質(zhì)上就是材料技術(shù)跟信息技術(shù)不同的排列組合。

科技人員一定要把我國(guó)的資源優(yōu)勢(shì)化為技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，為中國(guó)式的現(xiàn)代化實(shí)現(xiàn)做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

丁文江

中國(guó)工程院院士，氫合金精密成型國(guó)家工程研究中心主任、上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心主任。

潛心研究前氫合金材料40年，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制的鎂稀土合金在航空、航天、醫(yī)療、能源等領(lǐng)域大放異彩，在鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫材料基礎(chǔ)研究、應(yīng)用開發(fā)、工程化研究和技術(shù)轉(zhuǎn)移等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了多項(xiàng)突破，為解決氫能利用中的儲(chǔ)存運(yùn)輸難題提供了建設(shè)性方案，曾榮獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)，全國(guó)優(yōu)秀科技工作者等榮譽(yù)。