氫能汽車產業化要突破四大瓶頸

□ 陳遠明

目前，我國氫能汽車產業處于產業化初期，亟待突破發展面臨的四大瓶頸。在國家相關政策文件明確定位國家發展燃料電池的戰略方向之后，國內燃料電池汽車產業已經進入蓬勃發展期，氫能汽車商業化可期。

當前，以人工智能、清潔技術等技術革命為代表的人類第四次工業革命正在席卷全球，汽車工業也正經歷一場百年未遇的科技革命，道路運載領域正向電動化、智能化、網聯化和共享化等汽車“新四化”加速變革。汽車設備的控制、運算和智能化要求能源的供給必須是電力，控制精細化的極致就是自動駕駛汽車的實現，而內燃機的機械設備根本無法滿足這些要求。因此，汽車電動化是汽車智能化、網聯化和共享化的物質基礎和前提條件。

氫能汽車產業處于產業化初期

在新一輪工業革命、汽車“新四化”變革的驅動下，新能源汽車已成為我國乃至全球汽車工業的戰略重點。《中國制造2025》將節能與新能源汽車列為重點發展十大領域之一，這標志著建設汽車強國正式上升為國家戰略，并成為汽車行業必然承擔的重大使命。根據《節能與新能源汽車技術路線圖》的總體目標，到2020年、2025年、2030年，我國新能源汽車年銷量預計將分別達到210萬輛、500萬輛和1500萬輛。“十二五”以來，我國新能源汽車產業化進程穩步推進，新能源汽車銷量快速增長，市場份額逐漸提高。根據中國汽車工業協會提供的數據，2018年在汽車行業整體產銷分別下降4.2%和2.8%的情況下，我國新能源汽車累計產銷127.05萬輛和125.62萬輛，比上年增長59.92%和61.74%，占全國汽車產銷量的比例分別為4.57%和4.47%。

我國重點發展的新能源汽車包括純電動汽車、插電式混合動力和燃料電池汽車。純電動汽車和燃料電池汽車是通過鋰電池或燃料電池輸出電力給驅動電機來推動汽車前進，雖然都屬于電動汽車的范疇，但兩者有重要區別：前者的鋰電池只是電力的存儲裝置，其電力能源來自外部充電，汽車只是電機對來自電池所存儲電力能源的消費過程，而后者燃料電池本身并不存儲電量，電力能源產生于車載燃料電池發電裝置，燃料電池以較高的轉換效率，將氫氣的化學能通過電化學反應直接轉換為電能，其轉換過程相當于電解水的逆反應。因此，燃料電池汽車既有電力能源的生產過程，也有電力能源的消費過程。

燃料電池汽車由于具有清潔零污染、續航里程長、加氫時間快、氫能來源廣、轉換效率高、能量密度高等多方面優點，已經成為中國汽車動力系統轉型的重要戰略方向，是中國新能源汽車戰略的重要組成部分。在2019年政府工作報告中，首次提到了氫能建設——“推動充電、加氫等設施建設”，加快發展氫能與燃料電池已提上了更加重要的日程。總的來看，我國的燃料電池汽車產業發展經歷了電動汽車科技發展專項規劃“十五”（2001～2005）、“十一五”（2006～2010）、“十二五”（2011～2015）、“十三五”（2016～2020）連續四個五年國家科技計劃的推動發展，分別從科技驅動、形成研發基礎，示范應用、積累運營經驗，整車牽引、加速產業布局進入市場拉動、全面推進階段。2016年以來，國家發布了一系列文件支持氫能燃料電池技術創新和產業化：國家發改委、國家能源局《能源技術革命創新行動計劃（2016～2030）》將氫能與燃料電池技術創新列為重點任務之一；國務院《國家創新驅動發展戰略綱要》和《“十三五”國家科技創新規劃》提出開發氫能、燃料電池等新一代能源技術；國務院《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》提出系統推進燃料電池汽車研發與產業化，到2020年，實現燃料電池汽車批量生產和規模化示范應用；工信部、科技部、國家發改委《汽車產業中長期發展規劃》提出逐步擴大燃料電池汽車試點示范范圍。

氫燃料汽車成為新能源風口。胡慶明 攝

在相關部門的組織下，我國已經發布了關于燃料電池汽車的發展規劃，描繪了我國氫能與燃料電池汽車產業化未來幾十年的發展藍圖。由中國標準化研究院和全國氫能標準化技術委員會聯合組織編著的《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書（2016）》，首次提出了我國氫能產業基礎設施的發展路線和技術發展路線圖：到2020年，全國加氫站達到100座以上，燃料電池汽車達到1萬輛，氫能產業產值目標為3000億元以上；到2030年，全國加氫站達到1000座以上，燃料電池汽車達到200萬輛，氫能產業產值目標為1萬億元以上；到2050年，加氫站網絡構建完成，全國燃料電池汽車達到1000萬輛，氫能產業產值目標達到4萬億元以上。

在國家政策的驅動下，燃料電池及燃料電池汽車技術近年來取得突破進展，隨著更多的資本和企業持續投入開展燃料電池及燃料電池汽車研發，燃料電池及燃料電池汽車成本顯著下降，燃料電池汽車在動力性、安全性、續航里程、低溫啟動等性能指標已接近商業化水平。氫能技術在美國、日本、歐盟等國家和地區已進入系統應用階段，然而我國氫能與燃料電池產業仍處于產業化初期，相比之下我國燃料電池及燃料電池汽車產業的發展落后不少。根據中國汽車工業協會提供的數據，2018年燃料電池汽車產銷為1527輛，僅占當年新能源汽車產銷量的1.2%；全國燃料電池汽車累計保有量遠未達到1萬輛，而且幾乎都是客車、貨車等商用車。有關統計數據顯示，截至2018年底，國內在運營加氫站僅23座。對比美國，截至2019年4月1日，美國燃料電池汽車已售出或租出6315輛，運營的燃料電池巴士達30輛；而加氫站方面，截至3月26日，僅加利福尼亞州在運營零售加氫站就達到39座。

氫能汽車發展面臨四大瓶頸

發展氫能與燃料電池產業的系統規劃的缺位，政府協調統籌潛力未充分發揮，這是目前制約燃料電池汽車發展的最大瓶頸。氫能是一種清潔、高效、安全的二次能源，燃料電池是清潔高效利用氫能的最佳方式，發展氫能可以實現能源生產和能源消費的變革，應該將氫能源納入國家整體能源體系，從構建氫能社會、打造氫能經濟出發，在國務院層面制定國家氫能發展戰略和路線圖。如果僅僅局限于燃料電池汽車單一應用層面發展，接下來肯定還會遇到更多頭痛醫頭腳痛醫腳的問題，像類似氫氣應該繼續執行危化品管理還是執行能源屬性管理這樣的問題，都沒有辦法從根本上得到解決。而只有從國家戰略層面統籌氫能發展和定位，從氫能在整體能源體系中發揮重要作用出發，才能理順發展氫能體制機制上的一系列問題。日本將發展氫能源放到國家基本戰略的地位，明確經濟產業省（相當于我們國家的發改委）作為推動氫能發展的主導部門，從氫燃料電池汽車、家用燃料電池熱電聯供系統（ENE-FARM）等多個應用方向同時施策推動，積極跟進產業和技術發展，及時修訂、調整氫能路線圖，為氫能產業健康快速發展提供政策協調和保駕護航。日本在發展氫能源及氫燃料電池汽車方面的這些措施和做法值得我們借鑒。

加氫站基礎設施建設推進緩慢，加氫站建設運營舉步維艱，這是制約燃料電池汽車當前發展的第二個關鍵瓶頸。加氫站是氫燃料電池汽車產業化不可缺少的基礎設施，而目前在用的加氫站寥寥無幾，加氫站的投資建設運營面臨諸多困難和挑戰。一是加氫站建設的頂層政策缺失，沒有全國統一配套的加氫站建設規劃，加氫站的主管部門不明確、國家層面加氫站建設補貼政策不連續，在加氫站用地規劃、土地性質、建設審批、建設補貼到推廣補貼等方面的扶持政策不清晰、相應制度不健全。加氫站建設審批流程繁復且不一致，加氫站“準生證”難以取得，需要政府層面協調推進，需要政府對加氫站管理的相關法律法規加以完善，對加氫站審批手續進行簡化使之清晰明了。二是目前加氫站建設運營成本高企。氫氣目前是作為易燃易爆品管理，那么在建設加氫站的時候，需投入額外的硬件設施，在運作過程中還要遵守更嚴苛的標準，意味著硬件成本增加，運營成本也相應增加。除了相關技術和安全要求所導致的成本提高，建設加氫站所需的關鍵部件如傳感器、減壓器、瓶口閥、壓縮機等核心產品的技術儲備薄弱，大多依賴進口也進一步推高了加氫站的投資費用。目前建設一座加氫站僅設備成本就在1000萬元以上，基礎設備技術標準的不統一又會使整體成本進一步上升。另外，目前階段燃料電池汽車處于起步階段，加氫站數量少，受限于規模和效率，也會導致加氫站的建設運營成本高企不下，短期內無法平衡現金流。

國內氫能產業鏈，特別是氫燃料電池產業鏈尚不完整，一些關鍵材料和核心零部件還依賴國外進口，導致車用燃料電池系統的整體成本相對較高，這是制約燃料電池汽車發展的第三個瓶頸。燃料電池中的一個關鍵材料——質子交換膜，目前雖然國內有企業已經研發出來，但使用比較穩定可靠的還是依賴國外進口。燃料電池輔助系統中的一個核心零部件空壓機，目前主要依賴進口，價格較高。當然隨著國內幾家公司引進國外技術在國內生產，相信價格可以逐步下降。由于燃料電池汽車的保有數量比較少，氫能和燃料電池產業規模小，因此如果國家層面制定氫能戰略，從氫燃料電池的多個應用場景同時推動發展，就可以相互促進形成合力將燃料電池產業的整體規模和產業鏈培育起來，就能促進氫能與燃料電池產業成本快速下降。日本政府最近幾年推廣家庭用燃料電池熱電聯供系統（ENE-FARM）幾十萬套，通過家用燃料電池訂單帶動了車用燃料電池的發展，促進培育了日本國內的氫能與燃料電池產業鏈。

氫能及燃料電池技術作為近幾年才逐漸進入人們視野的新能源科技，人們對氫能技術的了解不多，甚至還對氫能存在一些誤解，這是阻礙燃料電池汽車發展的第四個瓶頸。首先，氫氣目前是作為危化品管理，很多人因此對氫能源產生誤解，以為氫能源就是氫彈，其實完全是兩回事。其次，人們對車載氫瓶的安全性了解不多，對燃料電池汽車上使用的氫瓶產生不必要的擔心。在燃料電池汽車中，氫氣以35～70兆帕的壓力儲存在專用氫瓶中。車載氫瓶屬于壓力容器、特種設備，生產廠家和氫瓶產品都要接受國家質檢部門的管理，儲氫瓶在出廠投入使用前要經過嚴苛的安全檢驗，實施過破裂、火焰、射擊、跌落等接近20項的安全測試。幾十年來氫氣一直被用于石油化工、煉油、半導體和食品加工等工業領域，很多安全管理方面的專業知識已經得以積累。根據美國和韓國的有關技術團體評估，氫氣與汽油和天然氣相比，其綜合性危險度是最小的。如果對氫能的安全性了解不夠甚至產生誤解，將對氫能技術的推廣應用產生非常不利的影響，因此非常有必要加強氫能與燃料電池技術、安全性方面的科普及宣傳，為氫能先進技術的大規模普及應用鋪平道路。這除了需要政府科技部門作為工作職責加強氫能科普，氫能產業鏈上的相關企業也要配合政府科技部門，積極投入公眾知識普及，提高氫能源的公眾認知，為行業的健康發展創造良好的認知氛圍。

氫能汽車商業化可期

自豐田公司于2015年發布氫燃料電池汽車Mirai以來，燃料電池汽車就受到全球汽車行業的廣泛關注，其氫能源動力的概念已經深入人心，被認為是汽車動力的終極發展目標。燃料電池汽車與鋰電池汽車相比，具有能量密度更高（單位體積能量密度約為鋰電池的7倍以上）、續航里程長（單次加氫至少續航500公里以上）、加注時間快（加氫時間為3～5分鐘）等優勢，并能夠通過可再生能源制氫的綠色方式實現汽車真正意義上的“零排放”。豐田汽車Mirai上市以來，國內汽車行業對于Mirai的氫動力概念已經取得了普遍的理解和共識，在國家《汽車產業中長期發展規劃》《中國制造2025》等政策文件明確定位國家發展燃料電池的戰略方向之后，國內燃料電池汽車產業已經進入了蓬勃發展期，2018年更是被稱為氫能與燃料電池汽車產業發展的元年。

2019年4月16日，福田汽車在第十八屆上海國際汽車工業展覽會上展出的歐馬可智藍車型是為京東物流生產的氫能源物流車。視覺中國 供圖

在第四次工業革命大潮的裹挾下，氫能與燃料電池汽車能夠引起世界各國的廣泛矚目并非偶然。如果把目光放到最近5～10年全球科技前沿最重要的技術變革：萬物互聯傳感器技術和人工智能技術的發展進入一個全新的階段，燃料電池技術的量產及產品成本的下降，這三項技術的成熟，使得燃料電池汽車成為大眾普及品變得觸手可及，而且有了這三項技術的支持，能源系統的調整得到了內生性的推動力量。氫能行業不僅包括后端燃料電池及應用領域，更為重要的是包括前端的制氫、儲氫、運氫、加氫等環節。我國氫氣來源廣泛，各地根據當地資源稟賦布局前端環節，在能源端打通了可再生能源和傳統化石能源的通道，增加了能源來源的多樣性，這才是氫能源無論對于能源安全還是節能環保所帶來的更重要意義。

2030年之后，新能源汽車將形成純電動、插電混動、燃料電池三足鼎立之勢。燃料電池是發電裝置，而鋰電池是電力儲能裝置，未來兩者更多的是互補關系。目前，鋰電池汽車更適合乘用車領域，而燃料電池汽車適合有載重、長續航要求的交通領域。經過全世界幾十年的研發與積累，燃料電池系統與零部件從技術和成本上已經到了可以商業化的地步。根據國際能源署和日經BP清潔技術研究所的預測，2030年全球燃料電池汽車銷量將達到350萬輛，占新能源汽車銷量的10%。2030年之后，燃料電池汽車的市場份額還會繼續擴大，同時鋰電純電動汽車銷量占比將出現拐點。到2050年，純電動、插電混動、燃料電池汽車將形成三分天下之勢。