▲ 中國工程院院士 鄭津洋

　　鄭津洋院士簡介：1964年11月出生，浙江省嵊州市人。極端承壓設備研究領域專家。1983年-1992年就讀于浙江大學，先后獲工學學士和工學博士學位，1997年晉升教授。現任浙江大學能源工程學院副院長、教授、博士生導師。2021年當選為中國工程院院士。

　　鄭津洋院士長期致力于高壓、深冷等極端承壓設備研究，在儲氫高壓容器、深冷壓力容器、柔性高壓復合管等方面，從理論、技術、標準、檢測到產品研發和工程應用取得系列創新成果，所研制的系列產品廣泛應用于能源、化工等領域，社會和經濟效益顯著，為我國高壓儲運設備躋身世界前列做出了突出貢獻。牽頭創建國際氫能協會規范標準專委會、“高壓過程裝備與安全”教育部工程研究中心；獲國家科技進步一等獎1項（排名第三）和二等獎2項（排名第一）；出版中英文著作9部，主編的國家級規劃教材已出5版，主講的專業核心課程入選首批國家一流本科課程。

　　相關問題及解答要點整理如下：

　　01、當前全球氫能產業整體處于示范應用階段

　　對于當前全球氫能產業發展整體處于什么階段這個問題，鄭院士表示：全球氫能產業目前整體處于示范應用階段，多數氫能技術仍處于示范或原型階段。比如，液態儲氫、固態儲氫、有機液體儲氫、天然氣管網摻氫、燃氫輪機、可應用于重型道路車輛的氫燃料電池等技術均處于示范階段；而可應用于船舶、火車、飛機等的氫燃料電池技術處于原型階段。

　　提高氫能全產業鏈的技術經濟性和市場競爭力是亟待解決的問題。美國能源部預期氫能2030年的發展目標為：1kg氫的生產和輸運成本均達到1美元；重型車輛用燃料電池的壽命為25000h，成本為80美元/kW；電解槽的壽命為8萬h，成本為300美元/kW。如果能夠實現制氫成本與輸運成本均為1美元/kg，則與天然氣相比，氫氣就具有了競爭力。

　　相較于國外，國內的氫能產業發展水平如何？對此鄭院士認為，中國氫能產業總體處于全球第二方陣的前列，并在變壓吸附提純氫、大容量高壓儲氫、固態儲氫、供氫量噸級以上加氫站建設等方面走在國際前列；而且在北京2022年冬奧會上實現了氫燃料電池汽車應用規模、應用場景、保障服務及管理創新等多重突破；北京大興氫能科技園站的日加氫能力達到4.8t，為全球最大。總體來說，中國仍然是氫能技術設備進口國，部分關鍵材料、核心零部件、關鍵裝備仍需要依賴進口，如碳紙、加氫槍、氫流量計、氫安全閥、液氫容器等。

　　02、不斷攻克氫氣安全儲運難題

　　氫氣的儲運是氫能技術的重要環節，而安全問題至關重要，鄭院士在這方面進行了大量研究。氫氣儲運的難點有哪些？取得了哪些成果？目前研究或計劃研究的方向是什么？

　　鄭院士坦言，他不能忘記的是，早在2002年，正是蔣利軍等老師把他領進了儲氫研究的大門，并持續深入研究了20余年，才取得了一些成就。氫能應用的關鍵在于儲氫技術，即如何實現安全、高效、經濟的氫氣儲存。當前，儲氫方式主要有氣態儲氫、液態儲氫和固態儲氫這3種，相較而言，高壓氣態儲氫具有設備結構簡單、充裝和排放速度快、溫度適應范圍寬等優點，是世界各國優先重點發展的儲氫技術。

　　儲氫技術目前主要存在以下技術難點：高壓儲氫容器的壓力高達98MPa，高壓氫氣易引起材料氫脆，造成容器突然斷裂甚至爆炸，危害極大；此外，由于氫氣分子小，易泄漏，高壓密封難，侵入傳感材料的氫會導致檢測信號漂移，高壓氫環境應變檢測難度大。2002年之前，我國缺少材料高壓氫脆原位檢測能力，無法獲得容器研制時亟需的材料在高壓氫氣環境中的力學性能。高壓儲氫容器氫氣充放頻繁，氫脆影響因素多且機制復雜，抗氫脆設計及制造存在很大難度。在我國，壓力超35MPa的儲氫容器長期處于空白，嚴重制約氫能發展。

　　通過國家縱向支持和企業橫向合作，鄭院士帶領團隊取得了卓越的科技成果：針對高壓氫脆原位檢測難題，攻克高壓氫氣動密封、高壓氫環境應變傳感等關鍵技術，發明140MPa材料高壓氫脆原位檢測裝置，使我國成為擁有140MPa材料高壓氫脆原位檢測技術的3個國家之一；牽頭起草了金屬高壓氫脆檢測評價方法的國家標準，并牽頭制定了首部高壓儲氫容器產品國家標準；建立了首個國產材料高壓氫脆數據庫，為氫能高壓儲運設備研制提供了關鍵基礎數據。

　　針對抗高壓氫脆設計制造難題，鄭院士團隊提出以抗氫脆焊接薄內筒為核心的全多層高壓儲氫容器設計技術，與高壓氫氣接觸的薄內筒采用抗高壓氫脆性能優良的材料，其余則采用普通高壓容器用鋼。該技術利用薄內筒抗氫脆，內筒厚度約占筒體總厚度的1/8，通過厚鋼帶層承載，鋼帶逐層交錯螺旋纏繞在內筒外，制造經濟簡便；采用鋼帶纏繞引起的預壓縮應力，提高容器疲勞壽命；通過全多層技術實現了容器中氫氣泄漏在線監測的全覆蓋。

　　其團隊還發明了小孔內置式曲面耦合超聲相控陣檢測技術，即在儲氫容器服役周期內，通過特制的檢測設備，深入儲氫容器內部對容器安全狀態進行“體檢”，解決了全多層高壓儲氫容器氫致損傷無損檢測難題，打通了全多層高壓儲氫容器從設計、制造、檢驗檢測的全技術鏈，同時解決了其經濟性與安全性達到平衡的問題。其團隊在車載輕質高壓儲氫技術研發方面也獲得了一系列成果，開發了隨車運動的高壓氫氣瓶，需要考慮火災、頻繁快充、碰撞等極端服役條件下的安全性，為此其團隊發明了纖維全纏繞復合材料高壓氫氣瓶性能預測系列方法，實現了高壓氫氣瓶強度-壽命-耐火多維協同設計制造，并主導制定了高壓氫氣瓶產品國家標準。

　　基于上述創新性技術，成果轉化和落地也在有序推進。鄭院士牽頭制定了高壓儲氫主要國家標準9項，參與制定國家標準27項、聯合國全球技術規范UNGTR13等國際標準5項，有力推動了行業的科技進步及產業發展。

　　在豐田常熟加氫站，以及為北京冬奧會服務的中石化北京慶園街加氫站、王泉營加氫站，鄭院士團隊主持研制的98MPa高壓儲氫容器正在安全服役，不僅容積達到1m3，為世界最大，而且成本低，同時，在線檢漏功能也大幅提升了容器的安全性。該研究成果已應用于氫能高壓儲運全行業，該用戶包括中石化集團、國家能源集團、長城汽車、日本巖谷公司等國內外知名企業，核心裝備在我國加氫站建設、氫燃料電池汽車發展中發揮著不可替代的關鍵作用，該技術于2021年獲國家科技進步二等獎。

　　鄭院士團隊目前的主要研究工作有：承擔國家重點研發項目——加氫關鍵部件安全性能測試技術及裝備研究”；針對加氫站氫氣泄漏、自燃及加氫關鍵部件的斷裂等突出問題，聚焦加氫關鍵部件安全性能測試，自主研制測試裝備，制訂技術標準，構建檢測平臺，為保障加氫站安全提供關鍵技術和檢測設備支撐。

　　關于臨氫材料及其極端條件下的實驗研究，蔣利軍老師與鄭院士進行了較為深入而專業的討論。氫能裝備的安全性與材料的選擇密切相關，鄭院士表示，他計劃制定一個可進行低壓、中壓、高壓、超高壓臨氫材料選擇的標準或指南，目前中國還沒有這樣的標準或指南。他正在參與修訂GB50177—2005《氫氣站設計規范》，許多問題亟待解決，比如，需要弄明白什么條件下可以使用低合金鋼，什么條件下可以使用高合金鋼？雖然美國航空航天局(NASA)發布過臨氫材料的選用指南，但該指南對實際情況而言并不全面，因為其只是定性給出了材料氫相容性等級，并未給出設計計算必需的臨氫材料性能數據。如果我們自己制定了這樣的指南，將會對我國氫能行業產生深遠影響。因為現在所有的制氫裝備、儲氫裝備都涉及到材料選用的問題，必須要科學實驗數據作為支撐，而且考慮到產業化應用，材料價格也是必須考慮的重要因素。

　　氫氣具有易燃、易爆、易滲漏的特性，要確保氫氣在超高壓、低溫等極端條件下安全應用，相關實驗研究和標準必不可少，但一般的實驗室不具備實驗條件。蔣利軍老師認為中國需要能支撐整個國家氫能工業產業發展的一個氫能安全國家平臺，而鄭院士具備相應的能力和條件，建議鄭院士參與有關國家平臺的建設，通過廣泛深入研究獲取科學數據，為制定標準提供支撐。鄭院士坦言，他們現在德清實驗室的工作人員正加班加點地進行實驗工作，他愿意迎接新的挑戰，但也倍感壓力。

　　03、摻氫天然氣輸運已在小規模示范應用

　　關于氫氣或摻氫天然氣管道輸運到戶，作為生活、生產的清潔能源是否可行？還存在哪些問題？

　　針對上述疑問，鄭院士說，目前已有小規模示范應用。迄今為止，荷蘭、德國、法國、中國等國家先后開展了多個摻氫天然氣管道輸送系統應用示范項目。2004年，在歐洲委員會的支持下，國際上首次開展了“NATURALHY”項目，將氫氣注入高壓天然氣輸送管線，并通過配送管網輸送至最終用戶。該項目較為系統地研究了天然氣管道摻氫對包括天然氣輸送、配送及用戶終端在內的整個系統的影響，為后續的摻氫天然氣管道輸送系統示范應用項目創造了良好的開端。2017年，英國開展了“HyDeploy”項目，向基爾大學專用天然氣網絡和英國北部天然氣網絡注入氫氣，為住宅、教學樓、企業等供氣，探索在不影響終端用戶安全或改裝設備的情況下將氫氣混合到全國天然氣網絡中的可行性。2020年，澳大利亞開展了“WSGG”項目，利用風/光電來電解水制氫，并將部分氫氣注入Jemena公司的新南威爾士州天然氣網絡，為當地居民供暖。

　　國內摻氫天然氣管道輸送系統的示范應用較少。2019年，國家電力投資集團公司與浙江大學合作，在遼寧省朝陽市開展了摻氫天然氣管道安全關鍵技術驗證示范項目，進行電解水制氫-天然氣摻氫-工業級民用用戶供能示范，為未來氫氣通過管網運輸提供經驗。

　　目前氫氣或摻氫天然氣管道輸運到戶存在的主要問題有：管材及其焊接接頭與純氫/摻氫天然氣相容性，純氫/摻氫天然氣管道抗氫脆設計制造技術，純氫/摻氫天然氣管道運維安全保障技術(如安全狀態監測檢測和評價技術、完整性管理技術等)，缺少純氫/摻氫天然氣管道技術實證平臺。

　　當前有人認為天然氣摻氫不超過10%輸運就是安全的，鄭院士認為這樣的說法是不科學的。天然氣摻氫面臨的主要安全問題是氫脆，材料長期處于臨氫環境中易發生塑性降低、疲勞裂紋速率加快、斷裂韌性降低等性能劣化現象，更有甚者會引發管道過早失效，危及管網運行安全。摻氫天然氣在實際輸運過程中工況較為復雜，且混氫環境下，材料氫脆影響因素較多，與摻氫比、摻氫天然氣成分、應力狀態、管網原始狀態等均相關，不能簡單地通過摻氫比這個參數來判斷是否可以安全摻氫輸運。

　　04、我國氫能產業布局同質化嚴重

　　當前我國從中央到地方紛紛出臺多種支持氫能產業發展的政策，似有些“一哄而上”之嫌。政策扶持應該注意哪些問題？產業配套標準是否能夠跟上技術的發展？如何做好氫能產學研融合發展？

　　鄭院士認為，國家支持氫能發展是國家發展戰略的需要，各級政府出臺一些扶持政策是值得肯定的，但以下3個方面的問題值得重視：

　　1) 同質化突出。政府帶動市場發展下，絕大多數氫能發展規劃聚焦氫燃料電池汽車全產業鏈：氫源、加氫站、核心零部件企業、整車廠。事實上，無整車龍頭企業和距離氫源比較遠的地區均不適合全產業鏈發展氫燃料電池汽車；無雄厚經濟實力和扎實產業基礎的地區，也不適合全產業鏈發展氫能。氫燃料電池汽車只是氫能的一個重要應用領域，應從大系統、多元應用角度對氫能進行布局。

　　2) 重電池輕供氫。燃料電池、供氫系統是氫燃料電池汽車的2個核心部件。財政部、工業和信息化部、科技部等5部委發布了《關于開展燃料電池汽車示范應用的通知》，僅對電堆、膜電極、雙極板、質子交換膜、催化劑、碳紙、空氣壓縮機等基礎材料和關鍵零部件在推廣過程中進行綜合評價，優異者可享受額外補貼。也就是說，受益企業為燃料電池關鍵零部件企業，而不包括供氫系統基礎材料和關鍵零部件企業，比如，生產高壓氫氣瓶、高壓氫閥、高壓儲氫容器、抗氫脆/氫滲透材料等的企業，這不利于產業發展。

　　3) 自主制定的標準少。標準是推動產業穩健發展的基本條件，鄭院士非常重視標準制定，他認為形成標準是技術成熟的一個重要標志。國家標準大致可分為3類：第1類是以自主技術為核心的國家標準；第2類是非等同采用國際標準的國家標準；第3類是等同采用國際標準的國家標準。我國的實際情況是第1類標準少，第2、3類標準多。標準制定面臨的最大問題是缺乏數據和工程實踐案例作為支撐。

　　截至2021年12月，全國氫能標準化技術委員會已組織制定氫能國家標準40項，其中，32項已正式發布，8項立項在研。相關標準基本涵蓋了基礎通用、氫質量、氫安全、氫制備、氫儲運、氫加注和氫能應用等方面，為支撐氫能產業規范發展提供了重要支撐。鄭院士認為，現有的氫能標準體系是基于氫能交通應用建立的，難以滿足氫能規模化、多領域應用的需要，亟待開展臨氫材料、可再生能源制氫、氫能安全可靠高效儲運、電氫能源系統等方面標準的研制工作。