一輛加“氣”的出租車，氣瓶裝滿了經(jīng)過壓縮的天然氣后，能跑200多公里；如果加注的不是天然氣而是熱效率4倍于天然氣的氣態(tài)氫，續(xù)航里程立刻拉升至五六百公里。

但對于載重動輒幾十甚至上百噸的耗能“大戶”重型卡車而言，無論是壓縮后的天然氣還是氣態(tài)氫，氣瓶的占用空間都會很大，重卡汽車就會重現(xiàn)20世紀(jì)中葉汽車頭頂“大氣包”的景象。那么，要想讓全國數(shù)千萬輛像重卡汽車這樣的“油老虎”“氣老虎”實(shí)現(xiàn)“零排放”，用汽油、柴油不行，用天然氣也不行，用氫能可行嗎？

常溫下，氫氣輕飄飄、體積龐大，觀光氫氣球就是例證。若想攜帶足夠支撐上千公里里程的高壓氣態(tài)氫，龐大的儲氫罐會擠占寶貴的車用空間，但如果將氫氣冷卻至零下253攝氏度，變成液態(tài)氫（液氫），其體積可以驟縮至數(shù)百分之一。裝載百公斤級液氫的重卡，續(xù)航能夠輕松突破1000公里以上，占用的空間僅與柴油車油箱相當(dāng)。

這不僅是數(shù)字上的差距，更是取之不盡、用之不竭的氫能能否真正規(guī)模化替代化石能源的關(guān)鍵分水嶺。

歷經(jīng)60多年的不懈發(fā)展，被視為“氫能圣杯”的中國液氫技術(shù)早已從托舉火箭的“能量柱”邁向廣闊的民用市場，在風(fēng)光儲運(yùn)、長途重卡（交通運(yùn)輸）上展現(xiàn)身影。這份成就的背后，是隨著技術(shù)進(jìn)步和成本下降，綠色氫氣（綠氫）在交通、電子、冶金、化工等領(lǐng)域的巨大市場需求和成本優(yōu)勢。當(dāng)前，一場旨在突破氫能儲運(yùn)核心瓶頸的深層技術(shù)變革，正在中國航天領(lǐng)域加速推進(jìn)。

近10年來，新能源革命浪潮席卷全球，而液氫，正扮演著這場變革的關(guān)鍵角色。

談及液氫從“飛天”走向“落地”的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)時，航天科技集團(tuán)六院航天氫能公司副總經(jīng)理安剛反復(fù)強(qiáng)調(diào)一個詞：成本。“受限于特定的應(yīng)用場景和極高的可靠性要求，目前航天級液氫生產(chǎn)成本較高，與民用市場可接受的目標(biāo)價格尚有距離。”安剛直言，實(shí)現(xiàn)液氫規(guī)模化應(yīng)用，成本優(yōu)化是必經(jīng)之路。

這種顯著的成本差異，源于航天領(lǐng)域與民用市場截然不同的需求邏輯。

在火箭發(fā)射領(lǐng)域，液氫作為一種高能推進(jìn)劑，其純度和可靠性關(guān)乎國家重大工程的成敗。作為“國之重器”，“萬無一失”是首要原則。例如，一個用于地面加注系統(tǒng)的大口徑航天級液氫閥門，其設(shè)計(jì)和制造需滿足極端嚴(yán)苛環(huán)境下的零失效要求，體現(xiàn)了航天對質(zhì)量和安全的極致追求。

然而，當(dāng)液氫技術(shù)試圖進(jìn)入民用領(lǐng)域，特別是將液氫作為重卡等商用車的替代燃料時，成本效益則成為關(guān)鍵考量。

▲ 圖為全球首款液氫重卡。 田源 攝

“市場很現(xiàn)實(shí)，液氫重卡必須與柴油車，甚至當(dāng)前的電動車在總使用成本上相當(dāng)，才能有競爭力。”六院101所氫能工程技術(shù)中心副主任預(yù)研師卜玉點(diǎn)出了汽車市場的核心訴求。

因此，從“國之重器”走向市場，液氫技術(shù)必須經(jīng)歷一場從“不惜代價”到“精打細(xì)算”的蛻變。那么，如何跨越這巨大的成本鴻溝呢？

一是設(shè)備成本優(yōu)化。航天設(shè)備為滿足特定極端任務(wù)環(huán)境，往往采用單件定制、宇航級材料和復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以保障絕對可靠。而民用產(chǎn)品則需要在滿足安全規(guī)范的前提下，通過規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和材料工藝創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)成本的大幅降低。

例如，造價昂貴的航天級大流量液氫加注閥門，其車用小型化版本的成本目標(biāo)需降至數(shù)千元級別，這背后必須實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念和生產(chǎn)模式的巨大轉(zhuǎn)變。

二是運(yùn)行能效提升。在液氫生產(chǎn)中，能耗是成本大頭。氫氣液化過程復(fù)雜，目前規(guī)模較小（如1噸/天，每天液化1噸液氫）的航天級氫液化裝置，每液化1公斤液氫耗電約20千瓦時，那么液化1噸液氫耗電高達(dá)20000千瓦時，而未來面向民用的大型（如30噸/天，每天液化30噸液氫）氫液化裝置能耗需降至每液化1公斤液氫耗電10千瓦時以下，才能滿足市場成本要求。

巨大的成本優(yōu)化空間對航天人來說既是挑戰(zhàn)，也是驅(qū)動力。從“飛天燃料”轉(zhuǎn)變?yōu)橹乜ㄋ緳C(jī)負(fù)擔(dān)得起的“地面動力”，跨越這一成本鴻溝是航天乃至整個液氫產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵課題。

目前，六院航天氫能公司正通過持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新攻克能耗難題。從2021年的2噸/天氦膨脹制冷氫液化系統(tǒng)，到去年發(fā)布的5噸/天氫膨脹制冷氫液化系統(tǒng)，技術(shù)路線迭代推動能耗穩(wěn)步下降，下一步的目標(biāo)是研制更大規(guī)模30噸/天氫液化裝置，進(jìn)一步降低能耗，使成本更加接近民用市場可接受的水平。

“火箭發(fā)動機(jī)上的電氣元件防爆等級高、體積大、可靠性極高，成本自然不菲。但如今用在空間有限的氫能汽車上，涉氫元件必須小巧緊湊，我們該如何選型？”卜玉提出的問題，核心直指技術(shù)遷移的矛盾——航天的高冗余、高安全標(biāo)準(zhǔn)，如何適應(yīng)民用市場對緊湊、成本和批量化的嚴(yán)苛要求？這背后設(shè)計(jì)理念的差異，如同兩種不同的“語言”，需要艱難的“翻譯”與適配。

卜玉用更具體的技術(shù)細(xì)節(jié)，說明了這種遷移中的“取舍”藝術(shù)。在車載液氫系統(tǒng)壓力監(jiān)測上，“航天系統(tǒng)通常采用冗余設(shè)計(jì)確保絕對可靠。但在民用領(lǐng)域，為了控制成本，液氫罐的壓力監(jiān)測基本是單點(diǎn)監(jiān)測。”她坦言，這是在保障基本安全前提下的冗余度降低。

此外，航天常用的氣動閥需要額外配氣保障系統(tǒng)，但這在卡車上不現(xiàn)實(shí)，也不能依賴司機(jī)手動操作復(fù)雜的閥門。因此，研發(fā)團(tuán)隊(duì)必須開發(fā)出新的自動化解決方案。

“無論技術(shù)適配之路怎樣走，都不能犧牲安全底線。關(guān)鍵在于吃透技術(shù)原理，比如那些直接接觸液氫、關(guān)乎密封防泄漏的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，其設(shè)計(jì)精髓必須完全繼承航天經(jīng)驗(yàn)，不能簡化。”卜玉強(qiáng)調(diào)，對涉及液氫安全使用的核心問題決不能“妥協(xié)”，航天技術(shù)的優(yōu)勢必須堅(jiān)守。

此外，使用場景的巨變也是挑戰(zhàn)。航天設(shè)備往往是單次或低頻度使用，而汽車面臨的是持續(xù)的、復(fù)雜的路面振動工況，這對車載液氫系統(tǒng)的每一個部件都是長期考驗(yàn)。卜玉強(qiáng)調(diào)，技術(shù)遷移的重點(diǎn)之一是強(qiáng)化產(chǎn)品的抗振動、抗疲勞設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)在長期顛簸中依然可靠。

正是在這些重重迷霧中，六院101所氫能工程技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)艱難摸索，為全球首款液氫重卡配套了液氫系統(tǒng)，一系列液氫示范項(xiàng)目也將在四川攀枝花、南充以及北京等地示范運(yùn)行，項(xiàng)目建成后將有效推進(jìn)液氫產(chǎn)業(yè)商業(yè)化進(jìn)程。

然而，擺在研發(fā)團(tuán)隊(duì)面前的一個嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)是：即便技術(shù)本身完成了艱難的“瘦身”與“適配”，但若整個產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)無法打通，這些成果也只能束之高閣。

安剛一針見血地指出了癥結(jié)所在：“我們掌握液氫液化技術(shù)多年，為何液氫推廣緩慢？為何氫能的液化工廠沒有大量建設(shè)？關(guān)鍵就在于液氫‘制—儲—運(yùn)—加—用’鏈條中，‘運(yùn)’這一中間環(huán)節(jié)是斷裂的。雖然在法規(guī)層面，液氫被列在危化品目錄，看似有法可依，理論上可運(yùn)，但長期以來由于缺乏明確的操作規(guī)范和獲準(zhǔn)產(chǎn)品，目前液氫尚不能在公共道路上大規(guī)模合法運(yùn)輸。”

這一“斷點(diǎn)”如同掐住了液氫產(chǎn)業(yè)化的咽喉。雖然今年4月，全國道路運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會在交通運(yùn)輸部網(wǎng)站發(fā)布了《氫氣（含液氫）道路運(yùn)輸技術(shù)規(guī)范》的征求意見稿，進(jìn)一步細(xì)化了液氫在運(yùn)輸環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為實(shí)現(xiàn)民用液氫道路運(yùn)輸提供了前提保障，但當(dāng)前液氫產(chǎn)業(yè)最核心的瓶頸在于：國內(nèi)現(xiàn)在既沒有能合法上路、大批量運(yùn)輸液氫的專用運(yùn)輸車，也還沒有制造這種車、批準(zhǔn)這種車的成熟流程。

“我們正在設(shè)計(jì)類似油罐車的固定罐槽車和更靈活的罐式集裝箱。我們具備容器設(shè)計(jì)的資質(zhì)，但設(shè)計(jì)制造出來的產(chǎn)品需要通過嚴(yán)格的‘型式試驗(yàn)’，模擬實(shí)際運(yùn)輸環(huán)境，進(jìn)行全面安全性能測試認(rèn)證，才能被批準(zhǔn)批量生產(chǎn)和上路。”安剛解釋，這關(guān)鍵的“型式試驗(yàn)”和后續(xù)審批環(huán)節(jié)，目前在國內(nèi)尚未完全建立并常態(tài)化運(yùn)行。

這是全國液氫運(yùn)輸?shù)墓残钥c(diǎn)。目前，航天氫能團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了40呎液氫罐式集裝箱設(shè)計(jì)，正在進(jìn)行液氫介質(zhì)試驗(yàn)驗(yàn)證。然而，試驗(yàn)做完并不等同于獲得上路許可。安剛說：“一旦液氫能夠?qū)崿F(xiàn)安全合規(guī)的道路運(yùn)輸，整個產(chǎn)業(yè)鏈就將形成閉環(huán)，為大規(guī)模推廣應(yīng)用鋪平道路。”

為何打通運(yùn)輸關(guān)隘如此艱難？卜玉分析，一是歷史空白與標(biāo)準(zhǔn)缺失。過去液氫僅限航天內(nèi)部封閉使用，社會層面缺乏大規(guī)模運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)積累。新產(chǎn)品認(rèn)證依賴專家評審和大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，過程復(fù)雜漫長。

二是監(jiān)管鏈條長。液氫民用化涉及多行業(yè)、多部門監(jiān)管，道路運(yùn)輸環(huán)節(jié)尤甚。“雖然依托示范項(xiàng)目推進(jìn)，這兩年進(jìn)展正在加快，但打通全鏈條仍需時間。”卜玉坦言，面對標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)體系的構(gòu)建，101所正依托其深厚的航天液氫工程實(shí)踐和數(shù)據(jù)積累，深度參與國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，積極從技術(shù)源頭推動破冰。

“斷點(diǎn)”的存在客觀上制約了液氫產(chǎn)業(yè)的初期發(fā)展：沒有合法的運(yùn)輸工具，液氫難以從產(chǎn)地高效、低成本地運(yùn)送到需求地，市場規(guī)模就無法擴(kuò)大；市場規(guī)模小，反過來又抑制了氫液化工廠的建設(shè)和運(yùn)輸裝備的規(guī)模化生產(chǎn)及降本。打破這一局面，需要技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和政策的協(xié)同發(fā)力。

放眼全球氫能競技場，日本憑借其在燃料電池汽車（如豐田mirai）和家用燃料電池的先發(fā)優(yōu)勢，以及川崎重工在液氫運(yùn)輸船技術(shù)（如“Suiso Frontier”號）上的領(lǐng)先，仍在應(yīng)用端占據(jù)重要地位。

歐美則聚焦于大力推動綠氫制備和工業(yè)領(lǐng)域脫碳應(yīng)用。在這一背景下，中國通過液氫重卡和跨區(qū)域干線（如西部“氫走廊”）實(shí)現(xiàn)商業(yè)化突破，正成為全球氫能版圖中日益凸顯的力量。

航天液氫技術(shù)的民用化價值遠(yuǎn)不止于重卡。它所解決的超低溫存儲、高效加注和安全控制等核心難題，能為更廣泛的清潔能源應(yīng)用場景鋪平道路。面對這一競爭格局，六院航天氫能公司在規(guī)劃藍(lán)圖上用一組數(shù)字勾勒出雄心：0.5噸/天、2噸/天、5噸/天、10噸/天、20噸/天、30噸/天。

這不是簡單的產(chǎn)能疊加，而是六院面向未來液氫廣闊應(yīng)用場景，如長距離重卡運(yùn)輸、綠色冶金、高端化工、半導(dǎo)體制造等對高純氫或大規(guī)模氫源有需求的領(lǐng)域，精心構(gòu)筑的全譜系、多梯次氫液化裝備產(chǎn)品矩陣。

安剛指著上述數(shù)字，眼中透著篤定：“我們要做的，就是為液氫市場爆發(fā)做好萬全準(zhǔn)備。”

藍(lán)圖正在落地。2024年，由六院101所和六院航天氫能公司聯(lián)合研制的國產(chǎn)首套氫膨脹5噸/天氫液化系統(tǒng)在北京隆重發(fā)布。該系統(tǒng)已與河北省定州市人民政府、河北旭陽能源有限公司簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，將在旭陽能源有限公司定州園區(qū)共建液氫工廠，打造5噸/天液氫示范項(xiàng)目。

▲ 圖為我國首套氫膨脹5噸/天氫液化系統(tǒng)。 田源 攝

這是中國在液氫制備產(chǎn)業(yè)化上的重大突破，與集團(tuán)公司在氫燃料電池、電解水制氫等領(lǐng)域的布局形成協(xié)同效應(yīng)。

這個項(xiàng)目具有典型的示范意義和商業(yè)邏輯。旭陽能源有限公司作為大型焦化企業(yè)，擁有重卡運(yùn)輸需求和副產(chǎn)氫氣資源。項(xiàng)目建成后，旭陽能源有限公司可以利用焦化副產(chǎn)氫氣液化，直接為自家的重卡車隊(duì)提供液氫燃料，形成“產(chǎn)氫—液化—運(yùn)輸自用”的閉環(huán)模式。這不僅解決了重卡的綠色動力問題，而且能把多余的液氫對外銷售，探索商業(yè)化路徑。

“在那里建液氫工廠，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益雙贏的示范。”安剛強(qiáng)調(diào)，5噸級的裝置是101所產(chǎn)品矩陣中承上啟下的關(guān)鍵一環(huán)，也是技術(shù)邁向規(guī)模化、商業(yè)化應(yīng)用的重要驗(yàn)證場。

如果說5噸級裝置是解決當(dāng)前示范需求，那么瞄準(zhǔn)國際頂尖水平的30噸級裝置，則是實(shí)現(xiàn)液氫成本競爭力、滿足未來更大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵。安剛的目光已投向更遠(yuǎn)處：“我們的目標(biāo)，就是今年年底完成30噸/天級氫液化裝置關(guān)鍵件——深冷冷箱的研發(fā)。”

支撐這一目標(biāo)的，是持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新。目前，六院航天氫能公司自主研發(fā)的“并聯(lián)透平膨脹機(jī)機(jī)組的氫液化技術(shù)”已獲得專利，目標(biāo)是將能耗降低至10千瓦時電/公斤液氫以下，該技術(shù)核心工藝包已通過中國制冷學(xué)會的專家評審。

“能耗是液氫成本的大山，削平它才能沖擊民用價格目標(biāo)線。一旦裝備落地，中國將在大規(guī)模液氫制備領(lǐng)域躋身國際前列。”安剛闡釋布局邏輯，“構(gòu)建全譜系技術(shù)能力，正是基于對氫能產(chǎn)業(yè)爆發(fā)式增長的預(yù)判。一旦運(yùn)輸瓶頸打通，市場對大型液氫裝置的需求將迅速涌現(xiàn)。我們必須未雨綢繆，確保技術(shù)、產(chǎn)品和產(chǎn)能的領(lǐng)先優(yōu)勢。”

這是一種立足長遠(yuǎn)的“國家隊(duì)”擔(dān)當(dāng)——基于對全球能源轉(zhuǎn)型趨勢和國家“雙碳”戰(zhàn)略的深刻理解，提前進(jìn)行技術(shù)儲備和產(chǎn)業(yè)卡位。

安剛坦言，當(dāng)前受限于運(yùn)輸瓶頸，液氫市場仍處于“資本運(yùn)作的前夜”，完全依賴市場訂單支撐大規(guī)模研發(fā)投入尚有困難。

但面對挑戰(zhàn)，安剛展現(xiàn)出航天人的務(wù)實(shí)與信心：“產(chǎn)業(yè)鏈沒有不可突破的科學(xué)難題，通過持續(xù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化、工程驗(yàn)證和迭代升級，目標(biāo)一定能夠?qū)崿F(xiàn)！”