“氫裝上陣”：冬奧史冊上濃墨重彩的一筆

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鄒才能院士與冬奧火炬合影。（鄒才能供圖）

冬奧賽事正在如火如荼進行中。在眾人熱議的諸多“沒想到事件”中，當然包括北京冬奧會的開幕儀式上，火炬“飛揚”的小火苗成為本屆冬奧會的主火炬。與往屆奧運會大量使用液化天然氣或丙烷等氣體作為火炬燃料不同，北京2022年冬奧會首次使用氫能作為火炬燃料。

首次采用氫能作為火炬燃料，最大限度減少碳排放，向世界展示了中國綠色低碳的發展理念。近日，記者專訪了中國科學院院士、中國石油深圳新能源研究院院長鄒才能，他向大家解密了他帶領的綠氫團隊如何在最短的時間內完成技術攻關。“‘氫裝上陣必將成為冬奧史冊上濃墨重彩的一筆。” 鄒才能告訴《中國科學報》。

綠氫火炬“一起向未來”

《中國科學報》：北京冬奧會火炬首次用綠氫作為火炬燃料，請問您作為綠氫核心技術負責人，這項工作共有多少單位多少人參與？何時接到任務，用了多久完成？

鄒才能：我們早在2012年，在集團公司內部率先組建了納米技術研發團隊，這支團隊在金旭博士的帶領下，超前開展了綠氫、儲能等新能源材料技術的研發。2017年，在電解水和光解水領域取得重要突破，經過5年的研發和儲備，已經具備產業化基礎。

2020年6月，重新組建了一支20余人的氫能技術研發團隊，專業從事綠氫制備、儲運和應用等的技術攻關。

本次任務時間緊迫，是在2021年12月20日接到的緊急任務，要求利用電解水制氫裝置生產綠氫直供冬奧。此時距離綠氫供應的要求時間只有短短的一個月，任務非常艱巨，必須全力以赴，容不得半點閃失。

中國石油高度重視，生產運營部等職能部門統籌協調，勘探開發研究院精心組織科研管理處、計劃財務處、新能源研究中心等部門和單位，成立以熊波、金旭、李建明等14名科研人員為核心的技術團隊和保障團隊，進駐勘探院廊坊科技園區。團隊克服了重重困難，日以夜繼，用了一個月左右的時間，完成全部準備工作。

1月25日，綠氫團隊完成制氫和加注裝置試驗，經過系統參數調試和檢測后，26日一早正式向冬奧會專用高壓氫氣瓶組中充裝綠氫。1月30日，中國石油綠氫瓶組運抵冬奧會張家口賽區，經過專業檢測，達到開幕式火炬臺使用標準。2月4號首次點燃了太子城火炬。

《中國科學報》：請談一下在您看來，奧運歷史首次實現使用綠氫火炬有何重要意義？

鄒才能：在當前力爭實現“雙碳”目標的大背景下，綠氫行業正迎來蓬勃發展的新機遇。盡管當前仍然面臨著諸多挑戰，但隨著未來可再生能源發電成本的下降與綠氫全產業鏈的規模發展，考慮到化石能源短缺、碳稅增收、環境污染等因素，綠氫將逐漸具有價格競爭優勢，預計2030年以后將實現規模化利用。

此次中國點燃冬奧歷史上首支綠氫火炬，不僅向全球彰顯了我國新能源領域的技術實力，更創造了冬奧火炬用能歷史，首次實現燃料生產到應用全過程碳零排放，踐行了科技奧運、綠色奧運的理念，承接了北京冬奧會“一起向未來”的美好愿景，響應了世界“低碳環保”的號召，賦能冬奧，氫裝上陣必將成為冬奧史冊上濃墨重彩的一筆。

兩次綠氫生產加注

《中國科學報》：在研發過程中，有何技術瓶頸？最難的技術攻關是什么？

鄒才能：一是專業人才嚴重匱乏。大家都知道，勘探院在油氣領域的研發實力雄厚，但是在新能源領域，尤其是氫能領域，專業人才非常稀缺。我在10年前，就著手開始創建了納米油氣工作室，先后引進3位專業技術人才，組建以新材料開發利用為方向的核心團隊，超前開展了綠氫、儲能等新能源材料技術的基礎研發。

二是研發設備和場地缺失。勘探院的主營是油氣行業，新能源開發利用的評價測試平臺基本缺失，要研發綠氫等新能源，必須要設備和場地。我們只能前往高校、科研院所、企業參觀調研，逐漸引進研發最為迫切需要的相關儀器設備，同時在北京和廊坊兩地都建立了實驗室。

三是開發方向選擇困難。中國石油新能源方面起步較晚，如何選擇開發方向是當時面臨的現實的題。我們在2019年，開展國內、國際合作，先后和北京大學、中國科學院、德國能源署等機構開展技術攻關，逐漸掌握了氫能產業中的核心關鍵技術，理順并把握了綠氫的開發方向。

四是周邊質疑的聲音不斷。實際上，我們的新能源團隊和油氣團隊一樣，都是非常嚴謹認真，超前儲備新能源技術。例如，我們初次獲得電解水催化劑材料降低分解水過電勢的實驗結果，團隊成員反復進行了幾十次的實驗合成和累計幾千小時的性能測試，力保材料性能數據的穩定可靠。堅持不懈才有了這次冬奧會上唯一的綠氫。

《中國科學報》：用這么小的綠氫火炬，團隊給與的支撐是什么？是更簡單還是更復雜？多久加一次氫？

鄒才能：氫能團隊披荊斬棘，助力北京冬奧會如期開幕。第一，改善地面及墻面陳舊老化的問題，完成場地改造，保障了實驗場地安全性；第二，沖破大雪等環境因素為制氫系統組裝與場地建設帶來的巨大阻礙，順利完成制氫設備、緩存罐與加注裝置間的系統管路連接與保壓測試；第三，針對場地具體條件，安裝并調試撬裝式電解水裝置，優化場地水電氣路系統，保障了供氫的萬無一失。

為保障火炬加注順利實施，團隊高標準、高質量完成了電解水制氫裝置橇裝化設計改造、屋頂光伏鋪設、示范場地水電氣連接與環境改造等前期工作，做到24小時全程參與值守。

在加氫過程中，為確保生產和加注過程萬無一失，綠氫團隊兩人一班，每隔一段時間進行一次制氫加氫全鏈路泄漏排查和充裝進度記錄。

為響應綠色辦奧理念，本次火炬用氫量較少。我們開發的綠氫制備系統，主要是用于科研及示范推廣，設計的產氫量也不高。這種小氣量的充注，為氫氣的高壓加注增加了很大的難度。我們采用的光伏電制備綠氫，計劃在冬奧會與冬殘奧會期間完成兩次綠氫生產加注。

提供關鍵預警

《中國科學報》：科研過程中有沒有特別難忘的經歷或事，能否講一下？

鄒才能：我們團隊剛進入這個行業，印象最深刻的是儀器設備熟悉，了解它們的功效，許多東西都是邊請教邊鉆研邊研發。一開始接觸綠氫電解水裝備，了解到核心是自主開發高性能的電催化劑材料，為了獲得一種催化活性高、穩定性好的催化劑材料，多次在節假日，組織討論替代常規鎳催化劑的方案，并開展真實工作環境對其性能評價。

在大家的不懈努力下，我們終于研發出了具有更高活性與壽命，適用于商品化電解水裝置的新型鎳鐵催化劑。

面對綠氫生產，賦能冬奧的艱巨任務，我一開始就在猶疑，是采用成熟的電極材料，還是自主開發的電極催化劑材料。通過多次和團隊溝通，反復確認可能失敗的概率和結果后，頂著壓力使用了自己的電催化材料。

2022年1月22日，廊坊地區突降大雪，地面積雪深度沒過腳踝。由于低溫超出預期，已經做好保溫措施的制氫設備水管仍然出現結冰堵塞現象。項目組成員立即對全部可能堵塞位點逐一排查，通過加熱槍和鋪設伴熱管保證供水系統暢通，保障制氫流程順暢。

此外，厚重的積雪也“襲擊”了屋頂光伏設備，嚴重影響電解水制氫設備的電力供應。李建明博士急中生智，從庫房找到鼓吹機，背著設備爬上了5米高的梯子，清理屋頂光伏板積雪，讓陽光可以照射光伏板。

1月28日晚11點，輪班值守人員金旭博士和李建明博士在詳細巡檢過程中發現，冬奧儲氫瓶的集裝格支撐輪因為一直處于寒冷和積雪環境，輪子與集裝格連接處多處出現裂縫，在移動過程中存在極大的脫落風險，為高壓氫氣瓶運輸過程造成極大的安全隱患。