2020年11月，被大家親切地稱為“胖五”的長征五號遙五運載火箭在中國文昌航天發射場點火升空，成功將將嫦娥五號探測器送入地月轉移軌道。

“胖五”是我國首款重型運載火箭，具備將14噸載荷送入地球同步轉移軌道的運載能力。那么，何種燃料才能助推這一“大家伙”一飛沖天？“液氫—液氧”就是其中之一。

不同于目前常規火箭使用的化學燃料，“胖五”的燃料大部分是-183℃的液氧和-253℃的液氫，因此又被稱為“冰箭”。而此次“胖五”的成功發射，不僅證明液氫在我國航天領域的應用已經成熟，也為如火如荼的氫能產業吹來了一股新的東風。

全國氫能標準化技術委員會（氫能標委會）高級顧問、中國電子工程設計院研究員陳霖告訴《中國科學報》，由于液氫儲運具有明顯優勢，對于200公里以上的氫運輸有很好的應用前景。他認為，液氫要想規模化發展，一定要解決液氫制取的產能問題和裝備技術的“卡脖子”問題。

積極研發液氫是大勢所趨

為“胖五”減負增力，液氫—液氧推進劑功不可沒。液氫能夠用于航天、軍事領域，依據液氫的特性和液氫儲運的優越性，在氫能發展備受關注的當下，液氫在民用領域，尤其是氫能產業的應用場景十分廣闊。


一直以來，制約我國氫能產業發展的瓶頸之一就是氫的高密度儲運。而液態氫是通過預冷和節流膨脹等工藝，把氫氣降溫到-253℃從而變成液體，液態氫的密度是氣氫的780倍，使得氫可以高效地儲存和運輸。

陳霖新表示，液氫的體積能量密度大約是35MPa高壓氣氫的三倍，是70MPa高壓氣氫的1.8倍。雖然從氣態氫液化為液態氫需在-253℃實現，能耗較多，但是對于超過200千米的運輸距離，采用液氫時的運輸費和能耗費之和均低于高壓氣氫，所以液氫在規模化發展氫能產業的儲存、運輸方面具有明顯的優勢。

當前，氫的輸送主要有三種方式：一是高壓氣態運輸，這是目前氫能汽車發展的主流技術；二是管道輸送；三是低溫液氫輸送。雖然我國當今尚以高壓氣態氫為主流，但陳霖新建議還應積極進行民用液氫的生產及應用示范。

我國在液氫的制備、儲運及應用裝備技術上要想取得突破，尚需時日，但預計2030年液氫儲運所占比例將會明顯增大。陳霖新表示，目前在我國積極開發液氫生產技術及其裝備制造是大勢所趨，應采取軍民融合方式加快發展進程。

氫源綠色 氫能才綠色

“胖五”的成功發射，不僅推動液氫民用的步伐，也為整個氫能產業吹來一股東風。

對于我國氫能的發展，全國氫能標委會委員、國家能源集團北京低碳清潔能源研究院氫能技術開發部經理何廣利向《中國科學報》介紹了 “大氫能”的概念，即規模化、多元化地利用氫能。

目前，歐洲、日本等國都給予了“大氫能”極大的重視，例如，日本將氫氣用于家庭電聯產裝置，既滿足供熱需求也能發電，或用氫氣驅動燃氣輪機等；歐洲一些國家也在天然氣管網中摻入氫氣，另有一些工廠直接用氫煉鋼、煉鐵。

反觀我國，目前國內氫能產業主要集中于燃料電池汽車，而對別的領域關注較少。相比歐洲、日本等國，國內的氫能應用仍有待開發。

實際上，除了儲氫，制氫也是我國氫能應用的一大障礙。如何選擇氫源就是一個很重要的問題。“現在對于氫能的一個誤區是總是片面地強調氫能的清潔性。然而，作為一種二次能源，氫能是否清潔取決于氫源的選擇。”陳霖新說。

何廣利告訴記者，制氫主要有幾大來源，即化石燃料制氫、可再生能源制氫和副產氫。面對中國富煤、貧油、少氣的狀況，有人提出中國氫源主要就是副產氫。

“這句話不十分準確。”陳霖新說，“副產氫本身并不一定是綠色的，生產過程中也會排放出二氧化碳，那么這樣產出的氫算藍氫還是灰氫？以焦爐煤氣為例，其生產過程產出的焦炭和大量副產品，存在碳的分攤問題。”而天然氣轉化制氫不僅同樣存在二氧化碳排放，而且還面臨中國天然氣缺乏的問題。

“制氫、氫儲運”仍需技術攻堅

陳霖新認為，副產氫在氫能發展初期可以發揮作用，但是氫能的長遠發展還是應該以可再生能源電力水電解制氫為主，或者研究開發太陽能光解水制氫等。

“中國每年因棄光、棄風、棄水棄掉1000多億度電，如果用來制氫可以制造200多億立方米氫。”陳霖新痛心疾首。他告訴記者，“堿性電解槽可以應付20%~110%的波動，而PEM電解槽可以應付0%~150%甚至200%的波動。”

“如果能在風能、太陽能資源豐富的西北地區以及水資源豐富的西南地區建設水電解制氫和氫儲能設備，并以氫管道、液氫運出，既可以解決可再生能源浪費的問題，還可以實現低成本、零碳/低碳制氫。”陳霖新說。

但是，陳霖新強調，目前我國的規模化風電、水電、光伏電力制氫及其相關的氫儲運裝備和工程示范，尚存在嚴重短缺，為實現可再生能源制氫獲得近零碳低成本的氫源，還應積極規劃建設從制氫、氫儲存到輸送的示范工程，并著力解決其中的關鍵技術。（來源：中國科學報）