氢能是“十五五”规划纲要提出的未来发展重点领域之一。氢既是重要的工业原料，也是具备大规模、长周期、跨季节储能能力重要介质，还可以在电能、热能和化学能之间灵活转换，是连接可再生能源与工业、交通、建筑等终端用能领域的重要载体。

丁文江

中国工程院院士、上海交通大学氢科学中心主任

固态储氢，把氢气“锁”进镁合金

氢气烧完只“留下”水，从环保角度讲是绝佳的清洁能源。但它有致命弱点——氢气在常温下密度很低，同等能量体积是汽油的2700多倍；遇明火容易发生爆炸，防爆要求格外严格。

如何储运氢气、用好氢气？目前有两条主流路径：用200—300个标准大气压把氢气“压进”钢瓶里，一辆49吨长管拖车满载才能运输250—300公斤氢气，效率低且有泄漏、燃爆风险；低温液态储氢须降至零下253摄氏度，能耗高、绝热密封难。储运环节往往吃掉氢能产业链总成本的30%—50%，是氢气大规模应用的瓶颈。

储氢示意图。（资料图片）

从镁合金上找到了固态储氢这条路

镁基固态储氢材料储氢，像海绵吸水。把氢气“吃”进镁合金内部的晶格间隙，变成稳定的氢化镁，把氢气“锁”在里面，常温常压就能安安稳稳待着，不用高压和低温。需要时稍微加热，镁合金再把氢气慢慢“吐”出来，这个过程可以反复循环。我们研发的镁基储氢材料，实测吸氢量超过6.8%，循环寿命突破3000次；更重要的是，这种固态储氢方式安全有保证，罐体即便磕碰破损，氢气只会缓慢逸出，不会像高压气瓶那样瞬间喷射爆炸。

我国发展镁基固态储氢具有得天独厚的优势。镁主要来自镁矿冶炼，我国镁矿、盐湖镁等综合储量占全球70%以上，原镁产量占全球90%左右，在镁材料的制备上，资源完全自主可控。但是镁材料是有“性格”的，它活泼易氧化，吸放氢气时伴随着体积膨胀，曾被认为无法工程化。我们团队通过多元合金化降反应温度、设计多孔块体缓冲胀缩、建立氢—热耦合模型优化能源效率等路径，一步步将镁基储氢从实验室推向工程应用。镁基固态储运氢技术，我国已处于国际领先水平。

镁基固态储运氢车在上海交通大学巡展。（上海交通大学供图）

氢气固态储运尚未达到随意铺开的程度

镁—氢键较强，理想放氢温区仍在300摄氏度上下，虽然经合金化已大幅降低操作温区，但随车快速启停场景下紧凑高效供热撤热、系统轻量化仍有待突破。现阶段更适合固定储能、远距运氢、加氢站缓存，直接装车有待进一步减重。此外，产业链上游需配套风光电解水制“绿氢”才能实现真正的零碳，加氢站、标准规范、安全认证也要同步跟上。

“双碳”目标下，绿氢制取、固态储运、多元应用是能源转型的重要抓手。我国镁资源禀赋、材料积累和装备制造三者叠加，有条件把镁基固态储氢做成有自主知识产权的优势产业。镁基储氢从想法到样机花了20多年，从样机到产业还要再走一程。把最轻的氢气“锁进”镁金属里，把清洁能源高效安全送达千家万户，是我们的梦想。