2021聯合國開發計劃署氫能産業大會于12月8日-10日在廣東佛山市南海區西樵山文化中心召開。該大會由國家發展和改革委員會、國家能源局指導，聯合國開發計劃署、中國國際經濟交流中心聯合主辦，廣東省發展和改革委員會、佛山市人民政府、佛山市南海區人民政府全面支援。
本次大會以“共創氫時代，同繪碳中和”為主題，來自全球組織機構、政府部門、科研院校、氫能與燃料電池産業重點企業的衆多嘉賓共聚一堂，探讨在“雙碳”背景下，中國氫能産業發展的新機遇。
在專題論壇中，業内頂級專家對氫能産業的前沿技術研究進展進行了分享。中科嘉鴻（佛山市）新能源科技有限公司董事長孫公權受邀出席本次大會，并在仙湖技術論壇上作了《高溫甲醇燃料電池技術》主題報告。
（以下為報告原稿）
各位上司、專家、同仁，大家好！我叫孫公權，來自中國科學院大連化學實體研究所，也擔任中科嘉鴻公司董事長。
今天我彙報的内容主要有以下幾個方面：首先是國家戰略需求。實作碳達峰、碳中和是我國向全世界作出的莊嚴承諾，也是一場廣泛而深刻的經濟社會變革，能源動力先行，這是義不容辭的。
從能源安全來看，我們國家石油進口總量去年是4.56億噸，對外依存度高達70.24%，尤其是經過霍爾木茲海峽和馬六甲海峽的占總進口數量的70%，是以石油替代和潔淨能源開發迫在眉睫。
清潔能源有很多種，風電今年我國已并網的裝機容量突破了3億千瓦，連續12年在全球排名第一；太陽能裝機容量也超過了2.5億千瓦，增長24%。目前氫能的發電量還遠低于這個值，但氫能有着特殊的戰略意義，氫氣可以燃燒，包括航天發動機，用液氫液氧，德國把氫氣輸入天然氣管道作為燃料燃燒；氫氣可以制備化學品，化工反應中的加氫反應衆多；氫氣可以發電，發電意義重大，在陸、海、空、天諸多領域均有廣闊的應用前景。
實際上，氫能經濟是上世紀70年代美國提出，基本想法是水在地球表面的儲量巨大，我們常說“三山六水一分田”。1985年，國際上提出ITER計劃，其思路是如果能把海水裡的氫提取出來，人類的能源問題就解決了。當時的想法是用核聚變。2003年我國參加ITER計劃談判，2006年正式加入，目前項目取得了很大進展。今天氫能的内涵更加豐富，氫氣的來源更廣，包括利用太陽能光解水、電解水等等。
燃料電池1839年誕生，在應用方面，燃料電池輸出功率從次瓦級到幾十兆瓦，陸、海、空、天都有廣闊的應用前景。我們之是以考慮甲醇燃料電池，是因為在幾種主流的電源中，如超級電容器、鉛酸電池、鎳氫電池、锂離子電池等，甲醇燃料電池的比能量非常高，可超過1kWh/kg。
燃料電池行業最近幾年發展迅速，技術成熟度明顯提高，商業化程序加快，今天湯老師和很多人都在談産業化問題。市場方面，目前以低溫氫燃料電池為主，複合增長率大于40%。甲醇燃料電池是後起之秀，市場佔有率比較低。過去幾年裡，燃料電池的資本投入累計超過3千億元，新誕生企業幾千家，尤其是最近幾年國企、央企大批進入，對整個行業的發展無疑是有力地推進。國家政策持續利好，燃料電池汽車示範應用城市群目前已有三個，其中佛山市還是廣東城市群牽頭城市。
在電動車領域，在座的可能也有參與國家的幾個五年計劃。最近國務院辦公廳印發的發展規劃賦予“三縱三橫”新的内涵，三縱包括純電動汽車、插電式的混合動力汽車、燃料電池汽車。三橫就是動力電池與管理系統、驅動電機與電力電子以及新增加的網聯化與智能化技術。
傳統電池結構相對簡單，而燃料電池鍊條較長。就燃料而言，氣态燃料有氫氣、氨氣、天然氣，液态燃料有甲醇、乙醇、燃油等，也有固态燃料，比如輕質金屬鎂、鋁、鋅等。
燃料電池産品開發包括關鍵材料、核心部件、系統內建等。智能管理方面，包括電池電控、能源管理、智能互聯等。最後才能真正應用到電動車輛、船舶、機站等。
下面講講甲醇燃料的特點和經濟性。我們講氫能經濟，大家考慮的都是如何利用氫氣。氫氣常溫下是氣态，它有很多優勢但也有痛點。甲醇常溫下是液态，除了可以解決氫氣的儲存、運輸、加注等痛點之外，其實還有很多優勢。作為儲氫材料，碳氫化合物中最好的是甲烷，但是甲烷常溫下是氣态的，碳氫鍵斷裂比較困難。作為液态燃料甲醇的儲氫量是12.5%。國外儲氫材料的儲氫量約為1.4%，而國内儲氫材料的儲氫量約為1.2%-1.3%。甲醇、液化天然氣、液氨、液氫等都是液态燃料，就能量而言，甲醇機關體積的能量密度優勢明顯，甚至高于液氫。
甲醇排放問題。甲醇反應會生成二氧化碳。随着技術進步，二氧化碳捕捉後，通過加氫反應可再生甲醇。最近幾年國内也在倡導液态陽光，用綠氫産生碳中性的甲醇燃料。與汽油、柴油相比，甲醇的二氧化碳排放可以降低40%，硫氧化物、氮氧化物、顆粒物排放幾乎為零。
甲醇安全性問題。由這個表可見，甲醇的安全性明顯優于幾種正常燃料。
甲醇的毒性問題。在水中，甲醇的半緻死濃度比其它燃料好得多，其毒性遠遠低于汽油、柴油等等。
我們為什麼要做甲醇燃料電池，尤其是高溫甲醇燃料電池呢？我們來看一下，氫能經濟現已得到了全球的青睐，其實如果把氫氣換成甲醇，差別就是産物有二氧化碳，但随着二氧化碳捕捉利用等技術的發展，這也不是什麼大問題。
2006年，諾貝爾獎得主南加州大學的George Andrew Olah率先提出甲醇經濟，實際上，甲醇經濟也是氫能經濟的一部分。
低溫氫燃料電池優勢明顯，能量轉化效率高、環境友好，其痛點是氫氣的制備、儲運、加注比較複雜，對燃料氣中一氧化碳含量比較敏感，通常小于10ppm。
高溫甲醇燃料電池使用液态燃料，存儲、攜帶、加注比較友善。提高溫度後，一氧化碳問題幾乎可以忽略，電極反應速率倍增。但耐高溫聚合物電解質膜材料開發進展緩慢，國際上投入了大量人力财力，近幾年有所突破。
甲醇燃料電池工作原理與正常的一次/二次電池相同，能量轉化效率高；工作方式與汽油/柴油發電機相似，隻要不斷提供燃料則可持續穩定發電。甲醇燃料電池主要分為以下三種：一是直接甲醇燃料電池，我們研發了近三十年，其特點是燃料直接注入電堆，電池結構簡單、使用攜帶友善、電池能量密度較高，但能量轉化效率較低；二是甲醇通過催化重整，分離淨化後進入低溫PEMFC。由于重整氣中一氧化碳含量高達幾萬ppm，通常需要多級分離淨化，系統複雜，成本較高。三是高溫甲醇燃料電池，由于耐高溫電解質膜的誕生，電池抗一氧化碳能力大幅提升，甲醇燃料重整氣直接通入高溫電堆，省略了分離淨化步驟，電極反應速率明顯提高，近年來已成為國際研發熱點之一。高溫甲醇燃料電池技術體系與低溫PEMFC類似，包括關鍵材料、核心部件、系統內建、智能控制，以及多能源組合利用等。
我們開展甲醇燃料電池研究開發近三十年，從電催化劑、電解質膜、膜電極、單雙極闆到系統內建、智能控制等，現已完成了電解質膜、多孔電極、膜電極、電堆生産線建設。授權專利230餘件，獲省部級以上獎9項，其中國家級獎項3項。
市場應用主要有電動車動力電源，船舶動力/輔助電源，小型分散電站等，我們的政策是開發1、5、10、30kW子產品，基本可覆寫1-120kW的實際應用。
2016年，我們組裝了第一台高溫甲醇燃料電池驅動的乘用車，運作結果表明，硫氧化物、氮氧化物近零排放，百公裡燃料消耗費小于20元人民币，3輛車在大連試運作，受到了專家同行的一緻好評。此外，高溫甲醇燃料電池在景區車、房車、工程指揮車、應急電源車等方面應用前景廣闊。
在船舶動力/輔助電源方面。聯合國海洋公約的頒布實施，對海洋環境要求越來越高。國際航運燃油多半采用重油，污染嚴重。
11月8日，我們研制的高溫甲醇燃料電池遊船，在丹竈仙湖下水，動力電源為25kW，輔助電源5kW以滿足照明、空調、熱水等需求。與傳統燃油相比，優勢明顯。歡迎在座各位去仙湖親自體驗。
在小型分散電站方面，熱-電聯供的能量轉換效率較高，應用前景廣闊。
小結：我個人認為，氫能可能是能源的終極目标，低溫PEMFC應用前景廣闊；甲醇燃料電池優勢明顯，甲醇燃料資源豐富、價格低廉，跨越油氣時代不可或缺；二次電池、低溫PEMFC、高溫甲醇燃料電池各有優缺，細分市場可能不同，但共存互補是大勢所趨；燃料電池國家政策導向持續利好，希望大家攜手并肩、通力合作、共創未來，謝謝大家。