丁文江院士：轻氢之“镁” 让氢能安全储运︱占据未来能源高地

在上海的一些工业区或者主要交通干道上，我们时常会看到“加氢站”，而且数量似乎越来越多。这是否暗示着，氢能作为一种新能源，开始大面积落地了？2022年3月，中国政府发布《氢能产业发展中长期规划》，提出到2035年，明显提高可再生能源制氢在终端能源消费中的比例；同年，上海发布《打造未来产业创新高地，发展壮大未来产业集群行动方案》，未来能源赫然在列。氢能，就是未来能源的一种。

氢，是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%，也是世界上最干净的能源。早在1970，美国通用汽车公司的技术研究中心就提出了“氢经济”的概念。但将近半个多世纪过去了，人类对氢能的使用，似乎并没有出现跨越性的进步。这其中，一定有什么门槛在制约着行业的发展。丁文江，中国工程院院士，上海交通大学氢科学中心主任，也是《士说新语·院士谈未来》第三期节目的嘉宾。他带领团队，在氢能方面的研究已经处于国际领先地位，攻克了氢能在存储和运输中的难点，为氢能大规模落地铺平了道路，那就是“镁基固态储氢”。

在谈“镁基固态储氢”之前，先要谈谈氢能的存储和运输方式。整体来看，整个氢能产业链主要涉及三个环节：制氢、存储和运输、应用。储运环节是高效利用氢能的关键。目前的主流方式是长管拖车，但通常来讲，单车只能运输约300公斤氢气，运输效率较低，而且由于压差等问题，总会有一定量的残余氢气无法卸载，降低了实际运输的氢气量；于是液态储氢应运而生，但是常压下，氢气在-253℃才能液化，也就是说，液化的能耗非常高、对液氢储罐的要求更高。所以，丁文江院士就将目光瞄准了“固态储氢”。那么，选择什么样的固体来存储氢呢？镁，是不二选择。

4月13日，全球第一辆吨级镁基固态储运氢车正式与公众见面。这辆车，车长13.3米，最大储氢量可达1吨，车内装载了12个储氢容器，每个容器里面都装填了镁基固态储氢材料，就是将氢气存储在镁合金材料里，从运输气体变成运输固体，从而实现氢气的长距离、常温常压安全储运，并具备大容量、高密度、可长期循环储放氢的能力。它的单车储氢量是当前主流储氢方式——高压气态储氢的3到4倍。丁文江告诉我们，“镁，是一种非常好的储氢介质。”而这个结论的推出，要追溯到15年前。15年前，丁文江的科研团队开始对镁材料进行功能性研究，因为镁极其活泼，当磨得很细的时候，容易爆炸。为了解决镁易爆的问题，团队尝试使用多种气体来进行安全性保护，比如氮气、氩气、二氧化碳、六氟化硫，但都没有成功。最后经过上千次的实验，做了各种可能的尝试，依然无法解决这个难题。最终，大家想到了氢。结果氢一接触到纳米镁，就变成了镁氢素，不但没爆炸，而且非常安全。于是，含镁氢的合金新材料应运而生，也为低成本“固态储氢”这个想法的实现，扫清了第一个障碍。

科研上的难点，接踵而至。镁基固态储氢的材料在放氢、充氢的时候，会发热，而到了使用端又需要加热。最初，放氢时候的温度达到了400℃。团队把颗粒状储氢材料进行合金化，又加入催化剂，使其属性温度不断下降，目前可以降至280℃，实验室内可以达到200℃以下。那么作为一个体系，一会要吸热、一会要放热，怎么做到热平衡？怎么做到热管理？最后能够做到热控制？只有这样才能提高固态储氢的效率和稳定。创新还在继续。比如，解决热控制问题的时候，团队让材料分成一小块、一小块，可以充分地进行热交换，快速散热，放氢加热就更加均匀，让它有隔离空间，防止材料堆积，避免形成局部膨胀。

就这样，镁基固态储氢这个技术，正在朝着成熟逐步迈进。在现有的氢能产业链中，储运占据了整个成本的30%~50%，决定氢能应用的关键，就是寻找安全高效的氢能储运技术。而如今，丁文江院士的创新研发、团队的不断迭代技术、政策的支持和顶层设计的布局，所有因素的综合作用下，未来能源氢能的产业化，已经提速在即。

2023年4月29日起，每周六晚9点，锁定第一财经，收看《士说新语》第二季——“院士谈未来”