问“氢”哪得安如许——中国工程院院士张来斌谈氢产业链安全保障技术

　　3月28日，在2026中关村论坛年会北控集团专场活动上，中国工程院院士、中国石油大学(北京)原校长张来斌表示，氢能作为清洁低碳的二次能源，是我国未来能源体系的重要组成部分。当前，我国电解水制氢产能与装备制造能力已居全球领先地位，但氢能全产业链在制备、存储、运输及终端应用等环节仍面临诸多安全技术瓶颈。为此他建议，针对氢能全生命周期安全运维与风险管控，微观上要明确氢能设备材料氢致失效机理，提出管材及关键设备输氢适应性评价方法，宏观上要加速构建氢产业链“风险评估—故障监测—早期预警”的安全保障技术框架，助力实现世界氢工业安全与应急保障技术强国目标。

　　制氢：光伏绿氢安全风险待研究海上风电制氢成重要场景

　　张来斌院士介绍说，我国是全球最大的产氢国，但受技术和经济性制约，当前仍以煤制氢、天然气制氢为主，近八成氢气来自化石能源。随着风电、光电的快速发展，可再生能源的波动性与间歇性问题日益突出，氢气作为二次能源可充当能量储存载体，从而极大地推动了电解水制氢技术的进步。

　　他表示，可再生能源驱动的绿氢，正在成为未来可持续能源发展的重要方向，无论是耦合风电还是光电，“绿电制绿氢”技术都展现出巨大潜力。生物质制氢也吸引了大量学者的关注，因其具有节省储能投资成本和减少能源转换损耗等优点，是值得期待的补充路径。此外，我国首口天然氢气科学探井“金氢科探1井”在内蒙古锡林浩特安快物流园区正式开钻，标志着我国氢能产业发展迈出了重要的一步。

　　不过，绿氢之路并非一帆风顺，尤其是光伏绿氢的安全风险仍待系统研究。这类项目建设规模大、工艺技术新，现有成熟工程案例较少。在新能源波动电力场景下，如何实现柔性制氢，并向下游炼化企业连续、稳定供氢，仍然是一道难题。更关键的是，新兴的安全风险尚未得到系统性认知，如装备的关键故障模式、退化与失效机理，将是未来研究的重点。

　　与此同时，海上风电制氢正迅速崛起，成为绿氢生产的重要场景。我国拥有漫长的海岸线和强大的大国重器制造能力。截至2024年年底，我国海上风电累计装机容量已达41.27吉瓦，连续4年位居全球第一。全球已公布的电解水制氢项目中，海上风电项目占比接近一半。

　　然而，海上制氢的技术研究深度仍然不足，缺乏成熟的经验可以借鉴。海洋环境带来的高湿、高盐雾、强腐蚀等苛刻条件，对制氢装备和安全防护技术提出了全新挑战。

　　储氢：高压储氢面临挑战地下储氢快速兴起

　　在整个氢能产业链中，储氢仍是制约氢能供应链与低碳转型的核心瓶颈。张来斌院士指出，理想的储氢技术应具备五大特征，包括高能量密度、高充放速率、安全性、经济性和实用性。

　　其中，物理储氢因其回收率高、再生热低、可逆性强、释氢速度快等优势，成为燃料电池系统与车载应用中极具前景的方案。但“优等生”也有短板，首先是氢脆与腐蚀问题，在反复充装过程中，储氢设备材料塑性下降、脆性增加。其次是液氢保温层失效风险，一旦保温层破损，储罐内部的液化氢将快速气化，体积瞬间膨胀近千倍，可能引发剧烈爆炸。此外，临氢零部件、管路和储罐长期暴露在高压氢气环境中，会造成局部塑性下降，威胁整个储氢系统的安全运行。

　　地下储氢则成为大规模储氢的“潜力股”。“地下储氢是近年来快速兴起的大规模储氢方式，具有规模大、成本低、储存周期长、安全性高等优势，是实现氢气长周期稳定储存的理想途径。”张来斌院士介绍说。

　　地下储氢包括多种形式，有盐穴储氢、含水层储氢、衬砌硬岩洞储氢及枯竭油气藏储氢等。张来斌院士指出，我国在天然气地下储库方面已有丰富经验，为地下储氢提供了重要借鉴。

　　然而，地下储氢仍面临一系列亟待解决的技术难题：一是储库围岩的蠕变与应力结构变化，会导致储库容积衰减；二是氢气与岩石、残余流体之间的物理化学反应，如微生物还原、矿物溶解等，可能影响储层物性及氢气纯度。此外，地下储氢库与常规天然气储库在储层特征、运行方式、监测手段等方面具有相似性，但针对氢气本征特性开展储氢库安全保障技术研究仍十分必要，尤其是井筒完整性失效、地质活动及裂隙发育导致的储氢库密封性失效，应作为未来研究的重点方向。

　　输氢：管道氢脆是重大威胁微渗漏监测亟待突破

　　氢气输运方式主要包括长管拖车、液氢罐车和管道输送。其中，管道输送可实现大规模、长周期、低成本的稳定输运，是最核心的输氢方式。当前，我国天然气管道掺氢输送已进入示范验证与技术攻关的关键阶段。多地已建成示范工程，掺氢比例正逐步提升，并实现了稳定运行。

　　“出于经济性考虑，全球超过50%的天然气管道拟改造用于掺氢或纯氢输送，但无论是纯氢管道还是掺氢管道，均面临管道氢损伤这一重大安全威胁。”张来斌院士指出。

　　氢致开裂是首要问题，氢气分子在管材表面解离后，氢原子会“钻”进钢材的晶格中，导致材料的延展性和断裂韧性双双下降，疲劳裂纹加速扩展。掺氢比例也要重点关注，混合气体中氢分压会直接影响管道和设备的运行安全、事故风险等级乃至气体的燃烧状态。特别值得注意的是，在低掺氢比例、短期试验中，氢气对管材性能影响有限，但当掺氢比例升高、面临交变压力与疲劳载荷时，问题就暴露出来了——高强管线钢(如X70、X80及以上)的多相组织，加上焊接接头的异质结构，仍然存在显著的氢相容性问题。

　　此外，氢气天生具有密度低、扩散系数大、分子尺寸小的特点。这意味着，一旦掺氢天然气管道出现微小泄漏，氢气会迅速“钻出”，极难察觉。更麻烦的是，氢气的可燃极限宽、最小点火能低、火焰传播速度快。因此，掺氢天然气管道对泄漏监测提出了比常规管道更为严苛的技术要求：高灵敏、高可靠、分布式、智能化，缺一不可。

　　未来的微渗漏预警监测技术，将朝着多模态传感融合、全域分布式感知、AI自主预警、数字孪生联动的方向发展。目标很明确：实现ppb级的灵敏度、毫秒级的响应速度，并具备复杂环境下的适应性，真正做到“微漏先知”。

　　用氢：统一加氢站安全标准补齐应急保障技术短板

　　在氢能终端应用环节，加氢站是连接“制储输”与“用”的关键节点。我国在这一领域交出了一份亮眼的成绩单：截至2025年12月底，国内已累计建成各类加氢站600多座，占全球总数约40%，连续多年位居世界第一。2025年12月，国内首座商用液氢储运—加注一体化站投运，标志着液氢在重型交通领域实现实质性突破。与此同时，我国加氢站技术实现了从跟跑到并跑的跨越，主流工作压力由35兆帕升级至70兆帕，核心设备国产化率超90%，关键部件自主可控且经过长期运营验证，可靠性与耐久性显著提升。

　　然而，亮眼的数据背后，安全问题不容忽视。张来斌院士表示，在液氢终端环节，低温安全技术短板依然突出，超低温密封、高效保冷、泄漏防溢散及全过程风险管控这些关键装备与核心技术尚未完全突破。氢能终端安全标准与验证体系也急需完善。当前，国内缺少统一的安全评价、检测认证与运维规范，标准体系不健全、技术要求不统一，难以支撑氢能终端的规模化推广。此外，应急保障技术体系亟待升级，大型城市的加氢站、氢能公交、氢能重卡等终端用能设施，一旦发生故障、泄漏等突发事件，极易演化为城市复合灾害链，从氢气泄漏到火灾爆炸，从交通瘫痪到次生环境灾害，对公共安全带来严重影响。因此，急需形成面向城市终端能源的多灾种耦合风险协同应急决策支持体系，切实筑牢氢能应用的“最后一道防线”。