早在150年前，法国的科幻作家儒勒·凡尔纳大胆预言“总有一天，水将成为燃料，其组成元素氢和氧可以单独使用，或共同使用，提供无穷无尽的光和热。”今天，随着可再生清洁能源相关技术的发展，在能源革命、双碳目标的推动下，世界各国正在积极布局氢能产业。

围绕发展氢能技术、推动零碳产业的话题，第10周专业导师微沙龙与化工系学生科协“实验室Open Day”活动合作，举办“清氢向未来”专题微沙龙，邀请同学与化工系长期从事氢能领域研究的王保国教授，开展面对面交流。

2022年4月30日中午10：00-14：00，化工系第十四期“化工专业导师微沙龙”及实验室Open Day活动成功举办。本次微沙龙主题为“清氢向未来”，由化工系教授王保国老师主讲，来自化工系和探微书院的17名本科生参与了此次活动。

沙龙现场

首先，王老师热情地询问了同学们的一些基本情况，希望大家成长为“好学生”，注重培养“好奇、好问、好思、好读、好言”的能力。站在人类能源发展和国家需求的角度判断，氢能是人类能源技术发展的必然趋势，氢能转型和高效利用是我国能源低碳化发展的必由之路，王老师及其团队在“碱性膜电解水制氢”的相关研究中，做出领先技术成果。

随后，王老师介绍了我国的能源发展现状，从世界各国人均用电量看，我国作为发展中国家，人均用电在世界平均以下，而美国是我们的4倍多。此外，我国能源发展面临资源和环境的双重挑战。资源上，我国原油70%多靠进口，天然气39.2%，核电原料铀对外依存度高达80%，我国煤炭生产、消费均占世界第一位。总的来看，我国化石能源储量无法满足社会可持续发展需求。环境上，我国面临着CO2排放高、部分地区环境污染严重等问题。在“碳达峰，碳中和”的政策引导下，发展可再生清洁能源，成为我国保持经济社会高质量发展的必然选择。

主题演讲

接着，王老师展示了电解水制氢技术内容，以及王老师团队的科研成果。最早在1927年，挪威的海德鲁公司将电解槽实现产业化。由于耗电量高等问题，目前制氢手段主要是天然气制氢、煤制氢。碱性膜电解水制氢作为前沿技术，具有诸多机遇与挑战。采用这种技术制氢，可实现电解槽快速启停；不使用贵金属催化剂和昂贵的质子膜，造价较低；电流密度高。针对该技术面临的关键技术“瓶颈”，即缺乏好的碱性离子膜和催化电极，王老师及其团队在耐碱有机/无机离子膜研究上持续努力，开发出第一、二代制膜技术。在电极研究上，制备出了高稳定、高活性的催化电极，实现长期稳定运行。

最后，归纳“清氢向未来”主题，展望氢能未来的应用。王老师分享参观英国伦敦的科学博物馆经历，阐述瓦特蒸汽机的发明，使人类大规模利用煤炭，进入工业革命时期。追溯化石能源使用过程，看出脱碳是发展的大趋势，氢能是能源发展的必然趋势。王老师介绍了氢能典型利用场景，包括工业氢原料的零碳替代、加氢天然气应用、氢能交通与加氢站现场制氢等。在航天工程领域，宇航员在空间站中生存所需的氧气，也是通过电解水技术制备。冬奥会上点燃的微型火炬，开启了建设氢能社会的征程。通过清华师生的不懈努力，会让水和阳光代替明天的石油。

在微沙龙之后，王保国老师带着同学们进行了实验室参观。利用工物馆四楼的展板，王老师向同学们介绍了膜技术与工程研究中心的多项研究成果，包括可用于医疗的ECOM膜、可用于水处理的PVDF膜等。在电化学能源转化与储能研究室，还介绍了锌-空气电池、全钒液流电池等领先技术成果。

同学们和王老师合影留念

本次微沙龙上，王老师非常鼓励同学们提问，师生现场交流互动，进行了有益的问答。以下为部分摘录：

Q：关于世界各国能源消耗，中国前面有许多发达国家，他们对“碳中和”有什么做法？尤其是美国拥有4亿人口的大国？此外，大部分发达国家主要是第三产业，第三产业和工业相比，哪个能耗大？这对我国经济结构有什么影响？

A：目前，工业能耗比第三产业多。但是，随着技术进步，增量会逐渐趋于变缓。从本人在波士顿的直接经验，包括从照明、空调、排风等日常生活体会，美国能源消费观念与我们不同，人均消耗能量更多。这似乎“浪费”，但是确实“舒服”。人类社会的欣欣向荣，与大量能源消费有直接关系。欧洲为“内生”能源转型，在推动“碳中和”上力度比较大，计划大量使用可再生能源。美国为“外向型”，和欧洲考虑角度不同。美国大力发展新能源技术，靠输出高技术产品，用领先技术支撑贸易发展。理工科的学生要学会发现问题，找到解决能源转型的技术路径。

Q：为什么不直接用新能源发电而要制氢？

A：电有品质之分。风电、光伏波动大，品质不好，常被称为“垃圾电”，对电网不友好，产生大量弃风、弃光问题。氢气作为一种优秀的能量载体，既能够方便储存，又能够远距离管道输送。

Q：“制氢储氢”成本高,且有安全隐患，氢能作为能源，有什么经济上和安全上的问题？

A：在安全方面，氢是易燃易爆物质，这个属性无法改变。但是，这是有条件的，如同天然气也有类似属性。提高用氢过程安全性，涉及氢产品、技术、建设规范等问题，关键是怎么建立一个体系，保障氢能安全。安全和危险是相对的，“无知”是最危险的，需要了解氢的性质，普及氢能知识。有关价格问题，氢气是二次能源，目前主要作为化学品，用于合成氨工厂和炼油化工过程。通过技术发展，降低制氢能耗，能降低部分成本，但核心是降低一次能源价格。例如，可以参考光伏发电价格降低过程。技术要与市场、政策等条件相匹配，才能产生新的社会价值。

Q：我国陆上可再生能源资源总量够支撑社会发展的需求吗？

A：根据国家有关部门统计，我国的风力资源、光伏资源、海洋能资源十分丰富，其中光伏资源最多。如果资源完全利用，能够代替目前的火力发电厂还有富余。但是，必须考虑能源保供，需要逐渐替代，将技术和经济综合考虑。关键是核心技术要搞起来，每个技术都有长处、短处，要从长远考虑，多种能源并举。

Q:氢能相对于其他能源，有什么明显优势？

A:地球表面71%被海洋覆盖，这是基本事实。开发氢能技术，不受资源限制；利用氢储能，释放能量后又变成水，构成零碳能源循环，而且，不受地理位置限制。

Q：2060年碳中和时，氢能会在其中占有多大比例？

A：这与国家规划有关，要考虑到社会成本，以及产业转型的成本。