氫能產業化發展需穩步推進

文 本刊記者 馮為為

盡管20世紀60年代就已被應用于航天領域，被稱為21世紀的“終極能源”，跨越兩個世紀，一直被提起，卻難以產業化發展，這就是存在廣泛、清潔可再生，被視為解決能源資源問題和環境危機的未來途徑之一，備受關注的氫能發展現狀。近日，中國氫能聯盟與同濟大學校聯合發布的《中國氫能源及燃料電池產業發展研究報告》指出，預計到2050年，氫在我國終端能源體系占比至少要達到10%，成為我國能源戰略的重要組成部分。一石激起千層浪，有關氫能產業化發展問題，被業界廣泛探討。

國家能源局能源節約和科技裝備司司長王思強也在公開場合表示，氫能也是我國能源革命重要的探索方向，我國有關部門將研究制定我國氫能發展路線圖，明確氫能發展戰略定位、目標和任務；同時研究設立一批示范工程，推動氫能與可再生能源結合、燃料電池分布式發電、氫儲能以及氫燃料電池交通等多元化應用；加快組織突破氫燃料電池等關鍵技術裝備，完善有關技術標準及檢測、認證和監管體系，統籌推動氫能產業高質量發展。

有了國家的計劃與推動，氫能發展無疑將會更上新臺階。但在具體政策及路線圖出來之前,大規模利用、發展氫能還有很多問題需要解決，氫能發展能否在最短的時間內形成產業化，還需大量的技術創新和探索。

客觀對待優勢與短板

近年來，氫能在我國的發展熱度不斷提升，氫能相關技術裝備也不斷加快發展，各種制氫、輸運和氫燃料電池技術正在陸續突破。我國出臺多項支持氫能和燃料電池發展措施，部分地區開始布局發展氫能產業，把發展氫能作為推動地方高質量發展與轉型升級的重要引擎，氫燃料電池汽車如雨后春筍相繼涌現。

王思強表示，氫作為一種清潔高效的能量載體，從長遠來看，可以在高碳排放的工業和電力領域替代煤炭、天然氣等化石燃料，特別是在交通領域，氫能燃料電池在替代燃料與零排放方面具有無可比擬的優勢。

“氫能屬于零碳能源，其利用的最終產物只有水。而且氫能非常高效，熱值是汽油的3倍，氫燃料電池的效率可達60%。”中國氫能聯盟專家委員會主任余卓平表示，氫能的廣泛應用將促進我國能源轉型升級。

當前，我國正面臨能源革命和產業結構調整的關鍵期，雖然發展氫能可以替代傳統化石能源，既是我國能源安全戰略的重要組成部分，也是優化能源消費結構的重要途徑，但也要清楚地知道，我國發展氫能產業的短板所在。“我國氫能產業發展不平衡、不充分的矛盾非常突出。”王思強說，氫能和氫燃料電池關鍵技術裝備發展滯后，技術標準及檢測、認證和監管體系不健全；氫能產業體系和商業模式尚不成熟，缺少統一規劃，部分地方發展氫能產業相對無序。

受核心技術和技術設施制約瓶頸，我國氫能相關產品生產的關鍵材料還未實現國產化，使得我國氫燃料電池發展水平與國際還有較大差距，燃料電池堆還主要集中在中低功率、低溫性能，功率密度與國際也存在較明顯差距。這就使得，我國氫燃料電池汽車價格遠遠高于純電動汽車，氫燃料使用的經濟性不能得到充分體現。同時，我國氫能基礎設施匱乏，所以要想讓氫能產業高質量發展，就必須客觀對待氫能的優勢及發展的短板，除要思考如何最大限度利用氫能的優勢，更要花大力氣去剔除短板。目前來看，我國氫能產業化發展，路漫漫，需上下求索。

產業處于發展初級階段

進入“十三五”時期后，我國多個部委密集出臺了支持氫能產業發展的政策。國家發展改革委和國家能源局聯合發布的《能源技術革命創新行動計劃(2016-2030年)》明確提出，把可再生能源制氫、氫能與燃料電池技術創新作為重點任務；把氫的制取、儲運及加氫站等方面的研發與攻關、燃料電池分布式發電等作為氫能與燃料電池技術創新的戰略方向；把大規模制氫技術、分布式制氫技術、氫氣儲運技術、氫能燃料電池技術等列為創新行動。科技部和交通運輸部出臺的《“十三五”交通領域科技創新專項規劃》明確提出，推進氫氣儲運技術發展，加氫站建設和燃料電池汽車規模示范，形成較完整的加氫設施配套技術與標準體系。

在國家政策的大力支持下，國內氫能產業發展步伐明顯加快。我國氫能產業發展已初步形成包括制備、儲運、應用等環節的完整產業鏈，形成了以“北上廣”為中心的京津冀、長三角、珠三角等主要氫能產業集群，并逐漸輻射到周邊地區。例如，河北省張家口市以服務2022年冬奧會為契機，正打造我國北方氫能產業示范基地。去年12月，山東省統一行動，打造氫能全產業鏈，建設集“氫能源科技園、氫能源產業園、氫能源會展商務區”于一體的“氫谷”。今年1月，武漢市氫能產業發展規劃提出，到2025年力爭氫能燃料電池全產業鏈年產值突破1000億元。

“當前，我國國內煤氣化制氫1000萬噸，天然氣制氫300萬噸以上，石油制氫300萬噸，工業副產氣制氫約800萬噸，電解水制氫約100萬噸。”余卓平說，利用我國豐富的煤資源與可再生資源制氫，具有較高的經濟可行性，完全可以支撐我國氫能產業化發展的愿景。

我國已建成正式運營的加氫站15座，其中10座為固定式，分別位于北京、上海、鄭州、深圳、大連、佛山、成都、常熟、六安等城市。可這與日本目前已建成的100座加氫站相比，我國氫能發展基礎設施建設就顯得嚴重不足，氫能資源利用率也相對較低。國家信息中心副主任張學穎說，“從整體來講，我國氫能產業還處于發展的初級階段。”因此，氫能實現可持續開發及大規模利用，還需時日，其產業化發展目標只能穩步推進，所以中國進入“氫能社會”還有很長的路要走。

急需構建產業生態系統

目前，我國的長續航里程運營型氫燃料電池車已經突破百輛，其中遼寧新賓有50輛、河北張家口有70輛、上海有100輛，廣東佛山有35輛，氫能在交通領域的應用已取得巨大突破。專家表示，今后氫燃料電池不僅交通領域，其他發電領域也可以使用。即使在交通領域，也不僅局限于燃料電池的公共汽車，而且可以有燃料電池的船舶，甚至燃料電池的輕軌火車。據中國汽車工業協會預測，到2030年，我國燃料電池和氫能汽車的產值有望突破萬億元大關。因而要實現氫能產業化發展，目前最重要的任務就是構建氫能源的產業生態系統，解決當前所有人都關心的氫燃料電池系統的購車成本、運行環境和運行成本等問題，包括續航里程、加氫時間以及經濟上的可行性等。

就我國中國氫能產業發展現狀而言，解決氫能發展經濟性問題，突破制約產業發展多個環節存在的“卡脖子”技術是當務之急。如，儲氫環節，車載儲氫罐和碳纖維是瓶頸；加氫站環節，氫氣壓縮機和加氫機技術與國外差距較大；燃料電池環節，雙極板表面處理、膜電極噴涂設備等是弱項。這些“卡脖子”技術導致了我國氫能利用成本居高不下。

其實，氫的成本并不高，余卓平算了一筆賬，在我國目前技術條件下，生產一公斤氫氣大約需要40元錢，可供小汽車跑100公里。燃油車跑相同的里程大約耗費7升油，以目前油價計算，花費40元至50元。他表示，也就是說，氫能使用成本與汽油已經相當接近了。

因此，完善構建氫能產業完整生態，解決經濟可行問題，核心技術創新是關鍵。

目前，我國乘用車氫燃料電池壽命超過5000小時，商用車氫燃料電池壽命超過1萬小時；氫燃料電池發動機功率密度已達到傳統內燃機水平；氫燃料電池汽車續駛里程達750公里；氫燃料電池低溫啟動溫度達零下30℃。盡管如此，“我國氫燃料電池發展水平與國際差距還比較大。”張學穎如是說。

創新核心技術，降低氫能利用全產業鏈成本，是一項系統工程。氫能產業鏈包括從制氫到氫的使用，產業鏈長、路徑多，僅靠企業和市場，是無法搭建起氫能產業的完整生態，還需依靠國家頂層設計。加強頂層設計，將氫能應用納入國家能源發展規劃，在國家與企業和市場的共同推動下，才能構建起氫能產業完整生態系統，氫能利用才能實現經濟上的可行，氫能才能有產業化發展的堅實基礎，氫能才能一步一步實現產業化發展的最終目標。