作為一種理想的綠色清潔能源，氫能具有可再生、無(wú)污染、高效、安全等優(yōu)點(diǎn)，已被全球各國認定為能源轉型的一條可行技術(shù)路線(xiàn)并寄予厚望。包括美國、歐盟、日本在內，全球已經(jīng)有超過(guò)20個(gè)國家及聯(lián)盟發(fā)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(chǎng)景和領(lǐng)域。

在氫氣制備、儲運和應用三個(gè)環(huán)節中，高效安全的儲運已成為剛性瓶頸。2021年全球氫氣總產(chǎn)量達到9423萬(wàn)噸，當電解水等制氫技術(shù)不斷成熟的同時(shí)，如何將氫以便利于機械動(dòng)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(chǎng)規模已擴張至1000多億美元，而儲運環(huán)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(guān)鍵點(diǎn)已經(jīng)在近期取得重大突破——作為國家重點(diǎn)研發(fā)項目的固態(tài)氫能發(fā)電并網(wǎng)，率先在廣州、昆明同時(shí)實(shí)現。這是我國首次將光伏發(fā)電制成固態(tài)氫能應用于電力系統，意味著(zhù)國內的氫能技術(shù)已經(jīng)具備了商業(yè)化運營(yíng)的條件。

固態(tài)儲氫密度飆升

固態(tài)儲氫是在常溫下通過(guò)氫氣與合金發(fā)生化學(xué)反應，讓氫原子進(jìn)入金屬的空隙中儲存，儲氫壓力是2-3兆帕，升高合金的環(huán)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(tài)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(jià)格昂貴、不環(huán)保、不安全等難題。

與現有的氣態(tài)儲氫和液態(tài)儲氫技術(shù)相比，鎂基固態(tài)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(tài)氫70公斤；而在常溫低壓鎂基固態(tài)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(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)，即可以對氫進(jìn)行凈化，特別是工業(yè)廢氫中的二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等各種雜質(zhì)。據了解，鎂合金吸氫后再釋放的氫氣純度可達99.999%，這類(lèi)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(xué)氫科學(xué)中心主任丁文江團隊首創(chuàng )的用蒸氣法來(lái)制造含鎂氫的合金新材料，初步具備量產(chǎn)的可能，給低成本固體儲氫的應用帶來(lái)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(wú)任何衰減，而粉狀鎂氫結合物可通過(guò)催化劑水解，儲氫密度達到13%，已實(shí)現按噸生產(chǎn)。

隨著(zhù)氫能市場(chǎng)化最重要的一塊拼圖被補齊，這種讓氫進(jìn)出自由的固態(tài)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?；瘧玫臈l件。

在此基礎上，固態(tài)儲氫可實(shí)現氫氣的（海運、空運集裝箱等）長(cháng)途大規模運輸；高密度存儲因電力供需不平衡而無(wú)法并入電網(wǎng)的“棄風(fēng)”、“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(wù)于冶金、煉鋼等工業(yè)生產(chǎn)以及助力燃氣輪機發(fā)電，降低碳排放。

開(kāi)啟下一個(gè)儲能風(fēng)口

在當前主流發(fā)電技術(shù)中，水力發(fā)電技術(shù)成熟，可24小時(shí)持續供電、火力發(fā)電的速度可以動(dòng)態(tài)調整、而光伏發(fā)電量呈現明顯的周期性、風(fēng)力發(fā)電也存在不穩定性。因此，儲能承擔著(zhù)靈活調節新能源發(fā)電量的使命。國家電網(wǎng)數據顯示，預計到2023年全國非化石能源發(fā)電裝機將達到25.7億千瓦，屆時(shí)發(fā)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(chǎn)業(yè)當前的發(fā)展仍然只能用“叫好不叫座”來(lái)形容：一方面，儲能行業(yè)熱度高漲，業(yè)內普遍認為儲能已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)機遇期，是一片市場(chǎng)空間巨大的藍海。近年來(lái)，發(fā)電側尤其是新能源儲能備受資本青睞。2022年，全球儲能廠(chǎng)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(cháng)55%。另一方面，當配套產(chǎn)業(yè)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(shù)瓶頸等因素仍制約著(zhù)儲能行業(yè)的規?；l(fā)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(shù)遇到了嚴重的瓶頸。

而剛剛取得技術(shù)突破的固態(tài)儲氫發(fā)電則有望帶領(lǐng)儲能行業(yè)實(shí)現突圍。固態(tài)氫能發(fā)電是利用氫氣在高溫高壓下與氧氣反應產(chǎn)生電能的一種新型能源技術(shù)，其核心是利用固態(tài)氫質(zhì)子導體作為電解質(zhì)，通過(guò)固態(tài)氧氣電極和固態(tài)氫電極反應產(chǎn)生電能。

相比于帶有安全隱患和污染問(wèn)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(tài)儲運氫技術(shù)的發(fā)展，將為未來(lái)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(yè)均在鎂基固態(tài)儲氫領(lǐng)域有所布局。其中，氫楓能源參與的氫能儲運及應用技術(shù)平臺建設項目通過(guò)驗收工作，安泰創(chuàng )明自研的固態(tài)儲氫燃料電池發(fā)電系統已應用于氫能兩輪車(chē)。

中國氫能聯(lián)盟預計，2025年，我國氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達到1萬(wàn)億元；2050年，氫能在我國終端能源體系中占比超過(guò)10%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值達到12萬(wàn)億元，這將對鎂基儲氫材料提出大量市場(chǎng)需求。

中國工程院院士王成山表示，未來(lái)，氫能在終端能源體系中的占比將持續擴大，綠氫（通過(guò)使用再生能源制造的氫氣，其生產(chǎn)過(guò)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(tài)演化的重大變革性技術(shù)之一。

民用化征途漫漫

當前，歐美日韓已將氫能發(fā)展提升至國家或地區戰略層面，并通過(guò)多年的政策引導由大型企業(yè)引領(lǐng)建立了較成熟的氫能相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈，在制氫、儲運加氫和用氫方面積累了先進(jìn)的核心技術(shù)。

其中，日本是最早開(kāi)始氫能研發(fā)的經(jīng)濟體之一，也是目前全球氫能開(kāi)發(fā)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(chuàng )造“氫能社會(huì )”，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(chē)、家庭、工業(yè)等領(lǐng)域的應用。

日前，日本政府正考慮制定新戰略，計劃在未來(lái)15年內吸引約15萬(wàn)億日元（約合1130億美元）公共和私人投資，加快氫能發(fā)電商業(yè)化進(jìn)程。

相比之下，中國的氫能源建設起步稍晚，但此次固態(tài)氫能發(fā)電并網(wǎng)的實(shí)現標志著(zhù)中國已經(jīng)在氫能利用的關(guān)鍵技術(shù)方面實(shí)現反超。預計2025年，全國將建成加氫站1002座，推廣氫燃料車(chē)54800輛。在更長(cháng)遠的設想中，鎂基儲氫還將推動(dòng)民用氫能源車(chē)的發(fā)展，顛覆當前新能源車(chē)的競爭格局。

但當前，鎂基儲氫技術(shù)在控制儲放氫的能量損耗和成本方面還存在難點(diǎn)。固態(tài)氫能發(fā)電方面，固態(tài)氫電極的制備工藝還需要進(jìn)一步完善，固態(tài)氫質(zhì)子導體的性能也需要不斷提升。具體到氫能車(chē)方面，小型化也是一個(gè)需要時(shí)間解決的問(wèn)題。相信在后續密集的商業(yè)化試煉中，氫能有望登上更廣闊的舞臺。