丁文江，中國(guó)工程院院士，輕合金精密成型國(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。他潛心研究輕合金材料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。他在鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫材料基礎(chǔ)研究、應(yīng)用開(kāi)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。他曾榮獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)、“全國(guó)優(yōu)秀科技工作者”等榮譽(yù)。

如何讓昂貴的“氫”變得低廉

這就是氣態(tài)運(yùn)氫。一輛49噸的卡車，只能裝300公斤氫氣，效率非常低，所以運(yùn)氫就比較貴。還有一種就是用液態(tài)運(yùn)氫，就是在零下253攝氏度把氫氣液化了，要到零下253攝氏度才能實(shí)現(xiàn)它，這是一個(gè)很大的困難；再加上運(yùn)輸它要密封，對(duì)各種各樣的管道、泄漏都要很好地控制，所以成本也比較貴。最后，加氫站建設(shè)要占地，成本也非常貴。

氫一接觸納米鎂就變成了鎂氫素，不但沒(méi)爆炸，而且非常安全。長(zhǎng)期的探索與積累，最終取得了回報(bào)。我們首創(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，也給低成本固態(tài)儲(chǔ)氫的應(yīng)用帶來(lái)了希望。

一輛49噸的卡車，氣態(tài)運(yùn)氫只能裝300公斤氫氣，如果換成固態(tài)儲(chǔ)氫，儲(chǔ)氫量可增加4倍以上，還可在常溫下長(zhǎng)距離運(yùn)輸，安全性也好。朝著這個(gè)方向，我們準(zhǔn)備制造儲(chǔ)氫能力1噸以上的標(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。這樣大型鎂儲(chǔ)氫裝置，氫的進(jìn)入和脫出是相當(dāng)困難的，特別是在表面氧化之后，要形成一些催化點(diǎn)在鎂材料上面，相當(dāng)于氫進(jìn)入和脫出的一些窗口。

我們經(jīng)過(guò)5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。這種儲(chǔ)氫車可以儲(chǔ)存1.5噸的氫氣，是常規(guī)氣態(tài)儲(chǔ)氫的4到5倍，而且可以在常溫常壓下儲(chǔ)運(yùn)。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)氫的成本怎樣呢？據(jù)測(cè)算，氣態(tài)存儲(chǔ)1公斤氫氣從常壓常溫壓縮到35兆帕所需的能耗是5度電；液態(tài)儲(chǔ)氫從常壓常溫液化為1公斤氫氣需耗電15度；常溫常壓下固態(tài)儲(chǔ)氫放1公斤氫氣需耗電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，控制儲(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。

固態(tài)儲(chǔ)氫前景廣闊

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)中它也同樣前景廣闊。比如，用一種75公斤的固態(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，還更加安全高效。75公斤的固態(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)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)能減排過(guò)程中，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)又能作出怎樣的貢獻(xiàn)？

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、廢熱蒸氣和地?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)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)固體廢物作為原料來(lái)制取，又能從煤層氣、焦?fàn)t煤氣及其油頁(yè)巖裂解氣中分離出來(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)源于煤炭重整制氫，不進(jìn)行二氧化碳捕集，這又稱為灰氫。如果將低品質(zhì)的煤先轉(zhuǎn)換成甲烷，再通過(guò)金氫工程轉(zhuǎn)化為高純氫和高純碳材料，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。（丁文江）