液氫是通過預(yù)冷和膨脹節(jié)流等工藝，把氫氣降溫到-253℃從而變成液體，密度可達(dá)普通氫氣的780倍，使得氫可以高效地儲(chǔ)存和運(yùn)輸。液氫液氧推進(jìn)劑的比推力最高，相同比推力時(shí)運(yùn)載火箭的重量可以下降50%，因此液氫是最先進(jìn)的火箭推進(jìn)劑燃料。同時(shí)，在-253℃低溫下，除了氦、氖稀有氣體之外的所有氣體雜質(zhì)都會(huì)凝固分離，因此液氫汽化很容易獲得6N(99.9999%)及以上的超純氫。相比于鈀膜純化等氣態(tài)氫提純技術(shù)，液氫具有應(yīng)用系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、高效可控、不易污染、品質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)。因此液氫還是全球公認(rèn)的可以大規(guī)模獲得超純氫的先進(jìn)技術(shù)。

超純氫在電子工業(yè)尤其是微電子、光電子產(chǎn)品生產(chǎn)中有極為廣泛的的應(yīng)用市場，包括大規(guī)模集成電路芯片、平板顯示器、光伏電池等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。電子工業(yè)是超純氫的最大用戶，超純氫作為還原氣體和保護(hù)氣，主要用于半導(dǎo)體器件、集成電路芯片以及液晶平板顯示器生產(chǎn)等領(lǐng)域，且氫氣的純度直接影響最終的產(chǎn)品質(zhì)量。在冶金工業(yè)中，氫氣可作為還原劑將金屬氧化物還原成金屬，也可作為貴金屬高溫加工時(shí)的保護(hù)氣氛，需要5N的高純氫。同時(shí)在石油煉化加氫精制中采用高純氫可獲得高品質(zhì)的汽油、潤滑油等產(chǎn)品。

國家標(biāo)準(zhǔn)定義氫氣純度大于或等于5N(99.999%)為高純氫，大于或等于6N(99.9999%)為超純氫。目前我國高純氫和超純氫的消耗量約20萬噸/年(據(jù)統(tǒng)計(jì)2016年全國純度≥99%的氫產(chǎn)量約700億Nm³/年，其中95%以上用于煉油、化工生產(chǎn)、電子、冶金等，其余2%~3%為5N以上超純氫)。其中6N及以上的超純氫極易被污染、無法氣態(tài)運(yùn)輸，國內(nèi)外芯片和液晶顯示器生產(chǎn)均是在使用終端的用氣點(diǎn)設(shè)置純化器達(dá)標(biāo)后使用，其解決方案往往來自于外資氣體公司，進(jìn)口依賴度高、價(jià)格壟斷，使得大規(guī)模應(yīng)用受限，影響中國制造業(yè)水平。

中美液氫產(chǎn)業(yè)差距——美國產(chǎn)能全球首位，中國民用一片空白

全球目前已經(jīng)有數(shù)十座液氫工廠，總液氫產(chǎn)能470噸/天，其中北美占了全球液氫產(chǎn)能總量的85%以上。美國本土已有15座以上的液氫工廠，液氫產(chǎn)能達(dá)326噸/天以上，居于全球首位，包括加拿大有80噸/天的液氫產(chǎn)能也為美國所用。歐洲4座液氫工廠液氫產(chǎn)能24噸/天。亞洲有16座液氫工廠，總產(chǎn)能38.3噸/天，其中日本占了亞洲三分之二的產(chǎn)能。全球近500座加氫站中液氫儲(chǔ)氫型加氫站占比三分之一，主要分布在美國、歐洲和日本，且其新建的加氫站以液氫儲(chǔ)氫型為主。2018年初，日本川崎重工引領(lǐng)的財(cái)團(tuán)與澳大利亞政府達(dá)成一致，在維多利亞州建造煤制氫基地工廠和氫液化工廠，預(yù)計(jì)2022年達(dá)產(chǎn)，設(shè)計(jì)液化能力770噸/天，液化后-253℃的低溫液氫最終通過兩艘20萬m³的液氫船運(yùn)往日本。

從目前的市場應(yīng)用來看，美國壟斷了全球85%的液氫生產(chǎn)和應(yīng)用，其中美國AP和PRAX兩大集團(tuán)壟斷了美國90%的液氫市場。根據(jù)美國氫能分析中心的統(tǒng)計(jì)，截至2016年，北美地區(qū)共有產(chǎn)能5噸/天以上的大型液氫工廠10座，其中18噸/天以上的有6座，最大產(chǎn)能達(dá)到64噸/天。美國的液氫民用占據(jù)主流市場，其中33.5%用于石油化工行業(yè)，37.8%用于電子、冶金等其他行業(yè)，10%左右用于燃料電池汽車加氫站。僅有18.6%的液氫用于航空航天和科研試驗(yàn)。

為了滿足高端制造、冶金、能源、電子和航空航天等領(lǐng)域不斷增長的需求，近兩年來，美國又加大液氫工廠建設(shè)力度。PRAX公司2018年11月在德克薩斯州La Porte開工建設(shè)第五座液化氫工廠，計(jì)劃2021年投產(chǎn)，產(chǎn)能超過30噸/天。美國AP公司2019年初在美國西部建造一個(gè)日產(chǎn)百噸級(jí)的液氫工廠，致力于氫能源市場，向FEF位于加利福尼亞州的加氫站提供液氫。同時(shí)法國液空公司也將投資1.5億美元，2019年初在美國開工建設(shè)一座30噸/天液氫工廠。預(yù)計(jì)2021年美國本土的液氫產(chǎn)能將超過500噸/天。

中國在用的液氫工廠僅有海南文昌、北京101所和西昌基地，均服務(wù)航天火箭發(fā)射，總產(chǎn)能僅有4噸/天，最大的海南文昌液氫工廠產(chǎn)能也僅2噸/天。中國民用液氫市場一片空白。也正是因?yàn)槿绱耍袊簹渖a(chǎn)成本高達(dá)500元/kg，是美國的20倍以上(2.5美元/kg)，限制了液氫在高端制造、冶金、電子和能源產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用，產(chǎn)品質(zhì)量和制造水平與美國存在較大差距。

美對(duì)我國液氫產(chǎn)業(yè)的圍堵——嚴(yán)格禁運(yùn)、嚴(yán)禁交流等

美國商務(wù)部工業(yè)和安全局(Bureau of Industry and Security)所列出的商業(yè)管制清單(Commerce Control List)列出了10大類行業(yè)，每個(gè)行業(yè)進(jìn)一步細(xì)分5類，多年來對(duì)中國采取嚴(yán)格禁運(yùn)措施。液氫的主要用途不僅僅是火箭推進(jìn)劑，同時(shí)還為大規(guī)模集成電路的研制與生產(chǎn)、高端制造、冶金等提供6N以上的超純氫，因此液氫的生產(chǎn)和應(yīng)用直接涉及到10大類行業(yè)中的三大類：2類“材料加工”、3類“電子”和9類“航空航天與推進(jìn)”。

與大規(guī)模液氫生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)相關(guān)系統(tǒng)裝備和組件、測試檢測與生產(chǎn)裝備(如氫液化裝置、氫膨脹機(jī)、正仲氫轉(zhuǎn)化器、液氫泵、DN50以上液氫閥門等)、材料(超低溫用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)、工藝技術(shù)(10噸/天及以上氫液化裝置與工藝)等，均在美國對(duì)中國的禁運(yùn)之列。同時(shí)，美國政府還禁止NASA(美國航空航天管理局)和美國企業(yè)與中國航天系統(tǒng)開展液氫技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)任何形式的技術(shù)交流與合作。

美國在對(duì)中國技術(shù)禁運(yùn)的同時(shí)，也限制其盟國向中國出售設(shè)備和技術(shù)。法國液空和德國林德公司，在上個(gè)世界末中國自主開發(fā)了小型氦膨脹機(jī)和氫液化裝置后，開始向中國出售2噸/天及以下的氫液化裝置，其規(guī)模僅夠科研試驗(yàn)用途，而并不向中國開放10噸/天及以上領(lǐng)域的大型氫液化技術(shù)與成套裝置，同時(shí)也禁售DN50及以上的液氫閥門、氫膨脹機(jī)和氫潛液泵等關(guān)鍵設(shè)備和零部件。

中國在2015年實(shí)現(xiàn)了火箭發(fā)射場用300m³大型液氫罐的自主設(shè)計(jì)和小批量生產(chǎn)，打破了發(fā)達(dá)國家在液氫儲(chǔ)存領(lǐng)域的壟斷之后，美國企業(yè)對(duì)中國液氫儲(chǔ)運(yùn)容器的管制開始有所放松。美國Gardner Cryogenics(全球最大的液氫液氦裝備供應(yīng)商)等企業(yè)開始謀劃特種設(shè)備使用進(jìn)口，將其從未面向中國市場的ISO液氫罐箱，通過國家市場管理局及行業(yè)評(píng)審機(jī)構(gòu)進(jìn)入中國使用，其目的是為了支持美國氣體公司利用液氫罐箱向中國高價(jià)出口和傾銷美國的液氫，到中國民用超純氫市場謀取暴利(中國6N以上超純氫的制取成本超過150元/kg，是美國本土液氫售價(jià)的8倍左右)。此時(shí)正值中國企業(yè)計(jì)劃將航天技術(shù)軍民融合、開展民用液氫儲(chǔ)運(yùn)裝備的標(biāo)準(zhǔn)制訂和技術(shù)應(yīng)用之際，美國和法國企業(yè)在推廣自己的裝備和推銷液氫同時(shí)，詆毀中國氫液化技術(shù)不成熟、不具有經(jīng)濟(jì)性、液氫儲(chǔ)運(yùn)裝備安全性不達(dá)標(biāo)等，并質(zhì)疑中國民用氫液化、儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重干預(yù)和阻礙中國企業(yè)液氫儲(chǔ)運(yùn)、制取裝備的開發(fā)進(jìn)程。

政策建議——應(yīng)大規(guī)模發(fā)展民用液氫生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)

鑒于液氫在國民生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)中的重要用途，以及美國對(duì)中國在該領(lǐng)域的禁運(yùn)與圍堵，中國企業(yè)和科研院所更應(yīng)自強(qiáng)自立、自主開發(fā)，并在全球范圍內(nèi)尋找可以利用和團(tuán)結(jié)的資源。對(duì)此我們有如下建議：

1、把規(guī)模液氫生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)列入國家戰(zhàn)略和科技部重點(diǎn)專項(xiàng)，鼓勵(lì)國內(nèi)高校科研院所和企業(yè)開展相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，鼓勵(lì)俄羅斯等友好國家與中國在液氫技術(shù)領(lǐng)域的合作交流;

2、積極支持規(guī)模液氫工廠示范項(xiàng)目建設(shè)，大力支持規(guī)模液氫生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的軍民融合與成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用;

3、鼓勵(lì)企業(yè)先行先試，推動(dòng)民用液氫生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)裝備企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂、實(shí)施并逐步上升到國家標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)民用液氫市場發(fā)展

4、對(duì)進(jìn)入中國市場的美國或其它國家的液氫設(shè)備企業(yè)，作為監(jiān)管部門的國家市場管理總局，應(yīng)組織行業(yè)專家對(duì)其進(jìn)行深入考察、技術(shù)審查和監(jiān)管，以學(xué)習(xí)借鑒其先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，提升我國液氫設(shè)備技術(shù)水平。