氫出于藍 氫能前景可期

李雪嬌

“水氫發動機在南陽正式下線，這意味著車載水可以實時制取氫氣，車輛只需加水即可行駛。”5月23日，河南《南陽日報》一篇題為《水氫發動機在南陽下線，市委書記點贊！》的報道直登微博熱搜榜，引起大范圍討論。

雖然技術落地、公司資質、政府支持的質疑掀起了更大的的爭議，但隨著氫能利用技術發展成熟，氫能產業的發展在世界各國備受關注。從原始社會的秸稈茅草，到蒸汽革命的機器混戰，再到電氣時代的信息交互，可以說，人類社會的發展是隨著能源的進步而進步的。根據科學調查，能源更替的歷史是從固體到液體再到氣體的過程，氫氣與天然氣同為氣體，因此在能源應用給了世人更多想象的空間。

“氫”出于“藍”

氫，在化學元素周期表位于第一位，在燃燒時產生水，英國化學家亨利·卡文迪便用拉丁文把它命名為“水的生成者”。氫氣是一種無色透明、無臭無味的氣體。氫能是指氫和氧進行化學反應所釋放出的化學能，熱量相當于汽油的三倍，是一種清潔的二次能源。

“21世紀初葉人類正面臨的兩大危機：一是人為因素導致的氣候變化是真實存在的，至21世紀末，氣溫的升高將會呈現一個相當大的幅度，并將會給人類、動物、植物以及人類文化遺產帶來災難性的后果。二是傳統化石能源或核能源燃料被少數幾個國家寡頭壟斷的情況正不斷加劇，這不利于大多數國家利用能源。”這是摘自2006年11月，國際氫能界的主要科學家聯名向加拿大、法國、德國、美國等八國集團領導人以及聯合國相關部門負責人提交的《百年備忘錄》選段。

氫能作為“究極能源”，無疑是最優方案，對全球戰略發展的意義無需贅述。氫能具有來源廣、燃燒熱值高、能量密度大、可儲存、可再生、可電可燃、零污染、零碳排等優點，它將為人類提供足夠的清潔能源。

早在20世紀70年代，美國就成功將燃料電池應用于雙子星五號太空船和“阿波羅”登月飛船，成為第一個實現氫能源技術應用的國家。然而20世紀末期至21世紀初期，因成本問題，氫能源技術的發展近乎停滯。直到2014年日本氫燃料電池技術取得突破，加上石油、煤炭等能源的儲量逐漸減少導致能源緊缺，各國想象中的“氫能社會”被重拾歷史舞臺，氫能源也重新受到重視。

日前，山東氫能汽車運營公司相關負責人表示，氫能物流車的續航里程可達400公里，運行過程中唯一的產物是水，可以做到污染物零排放。在山東省德州市經開區，《經濟》雜志、經濟網記者坐在氫燃料電池物流車上清晰地感受到：氫能，未來已來。

“氫”裝上陣

“推進充電、加氫等設施建設”，2019年氫能首次被寫入《政府工作報告》。時間向后推移十幾天，在博鰲亞洲論壇2019年年會上，國務院總理李克強首次提出發展氫燃料電池行業。高層密集發聲后，我國氫能產業一片火熱，而這把火一直持續到現在。

據記者不完全統計，北京、上海、浙江、山東、廣州等地都在開展氫能應用示范園區建設，大力支持燃料電池系統及核心部件技術攻關，推進氫燃料電池汽車產業化，爭當中國“氫能之都”，一場氫能產業拉力賽正在如火如荼地進行中。

南京大學現代工程與應用科學學院教授劉建國在接受《經濟》雜志、經濟網記者采訪時表示，本世紀初在國家政策的大力支持下，我國的氫能和燃料電池技術得到了迅猛的發展，并且燃料電池汽車示范應用在2008年-2010年間達到了一個高潮。

2008年的北京奧運會倡導“綠色奧運”，以氫燃料電池為動力的客車試運行在北京的部分公交路線，而2010年上海世博會將190多輛燃料電池車投入到交通服務中，進一步驗證了燃料電池技術的可行性。盡管后面因為各種原因，中國的燃料電池行業沉寂了一段時間，但不可否認這兩次大規模的應用示范為今天燃料電池產業化推進打下了人才和技術的基礎。

盡管燃料電池在世博會之后的發展碰到了很多困難，但劉建國在擔任南京大學昆山創新研究院執行院長期間，一直堅持燃料電池研發，并開始嘗試燃料電池技術的應用。通過多年的努力，劉建國團隊建設了具有國家CMA、CNAS標識的燃料電池專業檢測實驗室-南京大學昆山創新研究院檢測檢驗中心，這也是目前國內最早也是迄今為止檢測項目最全的燃料電池檢測實驗室。劉建國坦言，那時的燃料電池行業比鋰電池市場落寞許多。由于國際上尤其是美國對燃料電池政策的調整，以及燃料電池成本高和供氫網路的高難度，鋰電池在新能源汽車的應用更加“受寵”，燃料電池技術作為氫能產業商業化應用的重要領域，就像苦練才藝的女子，還沒有驚艷亮相就被束之高閣。

“當時很多人都轉向鋰電池或儲能電池了，他們認為燃料電池離商用還有很長一段距離。”在行業信心不足的情況下，劉建國仍舊看好燃料電池的未來，一直在堅持燃料電池的研發工作。“我相信蟄伏是爆發前必要的階段，這個過程不能省略，總要有人去實踐、去嘗試，才能推進燃料電池發展。”

不過短短幾年時間，鋰電池相繼出現續航能力、安全問題、電池回收以及騙補蹭補等事件，加上日本燃料電池技術取得重大突破，氫燃料電池汽車相比于純電動汽車有非常明顯的優勢，中國開始奮起直追燃料電池產業。

2014年，日本豐田汽車發售燃料電池汽車“Mirai”，同時宣布燃料電池技術取得重大突破，氫燃料電池動力相比于鋰電池在長航時乘用車以及重卡方向上表現出明顯的優勢，各國開始布局氫能與燃料電池，再次掀起了燃料電池的一個新的高潮。劉建國說，這次不再簡單是技術上的示范，而是在區域范圍內的大規模示范，同時全球共同探索燃料電池產業化和商業化。到現在為止，全世界燃料電池汽車已經超過1萬臺，加氫站超過300座，而且這個速度還在不斷增長。

“氫”有獨鐘

“燃料電池與常規電池不同，它的燃料和氧化劑不是貯存在電池內部，而是儲存在電池外部的裝置中。”中國質量認證中心新能源產品認證部高級工程師、中國電器工業協會燃料電池分會副秘書長王剛告訴《經濟》雜志、經濟網記者，燃料電池技術屬于電化學反應，不燃燒，不受卡諾循環限制，其能量轉換效率相對較高。

“我經常把燃料電池技術比喻成是一個煤氣灶，只要外面有源源不斷的原料進來，它就可以不斷地發電。”王剛簡單介紹了燃料電池的工作原理，實際上，燃料電池是一種水電解的逆過程，在催化劑的作用下，氫氣被分解成電子和氫離子，氫離子通過質子交換膜到達氧氣側，電子通過外電路定向流動、作功。又在催化劑的作用下，氧氣、氫離子、電子進行反應，生成水，電子的定向流動而對外供應電能。

“燃料電池技術的優點有很多，除高效外，它還具有良好的環境友好性。因為它的產物理論上只是水，不對外排放，所以可以大大減少對大氣的污染。這也是各國都在積極發展燃料電池技術的原因之一。”另外，王剛說，報廢的燃料電池，在壽命到期后其零部件經處理還是可以再利用的。“因為燃料電池里面幾個核心的部件，像碳板、雙極板經一定的處理可以直接二次使用，涂在碳紙上的催化劑通過燒結可以將催化劑進行提煉，如果是催化劑涂在膜上的，可以用高壓釜把它再提煉出來。”催化劑被提煉出來后，它的質子交換膜也被融化了，形成新的可利用溶液，因此燃料電池的全生命周期是很少或沒有污染物的。相比而言，鋰電池和其他鉛酸電池，回收過程需要非常復雜的工藝，對環境有很多的影響，帶來新的環保問題。

佛山（云浮）氫能產業與新材料發展研究院常務副院長劉志祥向《經濟》雜志、經濟網記者談到燃料電池行業變化時表示，近年來人們對于氫能和燃料電池的了解程度有了極大程度地提高。越來越多的企業和地方政府對燃料電池技術及發展表達出更多見解，而并不局限在基礎概念。

按照《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書》提出的目標，到2020年，中國燃料電池車輛要達到1萬輛、加氫站數量達到100座，行業總產值達到3000億元。到2030年，燃料電池車輛保有量要“撞線”200萬，加氫站數量達到1000座，產業產值將突破1萬億元。發展氫能燃料電池技術，已被寫入《“十三五”國家科技創新規劃》中。

“以前，由于沒有形成批量化產品，尋找燃料電池零部件供應商很難，尋找整車企業進行裝車驗證更難;而現在，零部件生產企業愿意主動與燃料電池生產企業合作，開發零部件，整車企業也愿意與燃料電池生產企業合作開發整車。”劉志祥親身感受到，越來越多上下游企業積極布局燃料電池的整體產業鏈，燃料電池行業真正走向實際應用，產品逐漸走向成熟。“以佛山為例，每天燃料電池公交車在正常載客運行，而不是試驗運行或示范運行，讓老百姓能實實在在地感受到其優點，車輛的技術問題也在逐步得以解決。”

“氫”難兩全

截至2018年底，我國氫燃料電池汽車大約運行近千輛。根據中國汽車工業協會最新發布的數據，2018年商用車新增了1500多輛氫燃料電池汽車，其中客車1400多輛、貨車100多輛，數據表明，燃料電池的產業化開始起步。

盡管氫能源汽車行業前景一片光明，作為氫燃料電池汽車的配套設施，加氫站的建設卻不容樂觀。

近日，在挪威桑特維卡，Uno-X公司的一座加氫站發生爆炸并起火。這座城市繁忙的交叉路口一度因為此次爆炸而被迫關閉。此后，Uno-X在挪威的另外兩座加氫站暫時關閉，負責運營的公司暫時停止對挪威、丹麥等國家的氫燃料供給業務。甚至，豐田和現代汽車也暫停了氫燃料電池汽車在挪威的銷售。

只要按照標準規范和法規生產、存儲及使用，氫的安全是可以得到保障的。遺憾的是，今年5月，韓國江原道江陵市發生氫燃料儲存罐爆炸事件，造成2人死亡，6人受傷。6月初，美國加州一處化工廠儲氫罐和氫氣運輸拖車發生爆炸和火災，幸好沒有人員傷亡。這一連串事件公眾很難不會將加氫站建設聯系起來。

對于安全問題，王剛認為無需過分擔憂，“氫氣是世界上已知的密度最小的氣體，假設氫氣罐被打漏，氫氣受到壓力釋放出去，會向上擴散，與汽油不同，氫氣不會下沉燃燒，所以氫氣要比汽油更安全。”但同時，王剛提出自己另外的顧慮：目前國內加氫站的建設多是以示范形式建設，還沒有一套國家統一的審批管理流程，行業發展亟待解決這個問題。

除此之外，劉建國表示，高壓儲氫是目前主流的存儲方式。根據制氫方式不同，成本不一樣，目前大多數氫氣出廠價格在每公斤30元-35元左右，加上運輸與管理費用，氫氣市場價格基本在每公斤60元左右。“氫氣價格還是處在折中磨合階段。以家用轎車為例，5公斤氫氣可以提供500公里續航里程，這與燃油車同等續航所需費用相當，但費用高于純電池新能源汽車。”從市場應用角度分析，燃料電池行業的發展，需要不斷降低氫氣成本。劉建國認為，短期來看，燃料電池續航能力更強、壽命更長，具有發展前景;中期來看，燃料電池行業發展取決于氫氣基礎設施的普及，這不僅包括儲氫、運氫和加氫的成本，還取決于各項法律法規的重新梳理，為氫氣大規模應用奠定基礎;長期來看，燃料電池產業取決于氫氣價格，只有氫氣的價格和電力的價格相當，才有可能在未來配合可再生能源發展進行大規模普及。

“氫”路漫漫

2003年，時任美國總統布什宣布對于保護環境方面必須邁出關鍵的一步。他將啟動一項耗資12億美元的計劃在全國范圍內發展氫能源的基礎建設，即建立一個連接東海岸和西海岸的網絡，生產和運送能夠為數百萬輛使用燃料電池的汽車提供能源的氫。他曾承諾：“我們的科學家和工程師們將克服各種困難，把這樣的汽車從實驗室帶到展示廳，這樣今天出生的孩子們駕駛的第一輛車將由氫提供能源，沒有污染。”計劃的第一階段為期兩年，花費了7.2億美元，可現在看來，實現繁榮的氫能源經濟還遠未成功。

湖北電動汽車專委會秘書長鄧亞東對《經濟》雜志、經濟網記者分析稱，以最受公眾關注的氫能源汽車為例，發展進度緩慢一是技術成熟度問題。燃料電池的科學問題早就不是問題，燃料電池技術是電解水的逆過程，依賴電解質完成氫質子交換，實現發電功能。但這種電化學過程的效率，對電池材料的耐久性、電解質和催化層的材料制造工藝要求很高，也對氫氧氣體純凈度要求很高，加之車載氫燃料系統的高能量密度要求，使得燃料電池汽車驅動系統成本很高，因此車載燃料電池系統的技術標準還在探索和完善。二是氫能源技術和市場體系問題。氫是清潔高效的能源無可非議，但從全球能源體系角度來看，氫并沒有成為像石油、天然氣、煤炭、電力那樣被廣泛工業應用，沒有形成系統性的全球能源資源和體系，可以說，氫能源現在是被燃料電池汽車的開發“炒”起來了。“總體來說，燃料電池汽車是成熟的氫能源和車載燃料電池系統的集成，不能一蹴而就，是需要時間的。”鄧亞東表示，目前，建一座制氫加氫站，裝一批集成度并不高的燃料電池汽車，運行一條示范路線是可以做到的，但大量商業應用還有待時日。

在山東省德州市經開區的氫氣站，《經濟》雜志、經濟網記者從工作人員口中得知，今年以來，迎來了一批又一批來自五湖四海的考察團。然而在概念大熱的外表之下，資本對于加氫站的投入，罕見地保持著謹慎的態度。

一邊是想象中的氫能社會，另一邊是現實帶來的種種壓力。受訪專家認為，氫燃料電池汽車最大的問題是加氫站的成本。劉建國說，有些地區，僅一個加氫站的土地成本就高達數千萬元。“因為加氫站需要商業用地，安全距離要求很高，一般要三五畝地大小。”

實際上，燃料電池技術在電動汽車上的應用受到了全世界的關注，基本上世界所有的汽車公司都在往這個方向發展，氫能及燃料電池技術應用非常廣泛，動力電源、熱電聯供、移動電源、分布式電站等領域都有示范運行或規模化推廣，未來游覽車、無人機、潛艇，甚至小到玩具，都可以使用燃料電池技術。

在王剛看來，國內氫燃料電池對比國外產品，尤其是日韓及歐美的一些公司還有一定差距，還處在追趕的狀態。“當然這里說的國外公司，是排在最前面的公司，并不是指國外所有公司的產品都比國內的好。但是，這種差距正在明顯縮小。”我們國內一些公司產品現在做得也非常好，有些核心部件，例如膜、MEA等已經在幾年前就開始向國外出口，并得到海外用戶的好評。在電堆技術上，國內部分公司已經做到了5000小時穩定運行。

“燃料電池整個產業鏈非常長，涉及的技術領域也很廣，產業的門檻自然就被抬高。但隨著這么多年來的發展，全產業鏈上的各個環節要點，都有國內團隊在進行研究。80%-90%燃料電池系統核心零部件，從基礎的質子交換膜、催化劑、MEA、雙極板，到電堆、系統，再到整車，國內都可以生產。只是在具體的某些指標上，與世界頂級產品相比，我們還有提升的空間，例如，鉑用量、體積比功率等。”王剛如是說。

另外，國內有些企業已經建成或正在建自動化生產線，通過自動化生產線生產的產品除了提高產品一致性外，更重要的是說明這個行業正在從實驗室走向產業化，也說明我們初步掌握了工藝技術。

據測算，到2030年我國氫能汽車產業產值有望突破萬億元。上汽大通、宇通客車、中通客車、比亞迪、金龍汽車、北汽集團、福田汽車等商用車企業都緊盯氫燃料這片“新藍海”。其中加氫站建設不乏“國家隊”的加入。通過這些車輛的生產、使用，為氫能產業培養了一批相關人才，累積了很多技術數據。

劉志祥坦言，目前整體市場環境仍然有待提高。“燃料電池成本居高不下，這使得燃料電池行業在高額補貼前提下才有商業模式可言。但是，高額的地方補貼為地方政府帶來較大的財政壓力。”劉志祥表示，地方政府給予企業地方補貼的前提是產業到地方落地生產，為地方經濟發展做出貢獻。在此模式下，地方政府以公交車、特種車等市場訂單作為籌碼換取產業落地，但所給市場訂單不能滿足企業產能落地的長期發展，帶來了各個地方重復投資、低水平投資的現象。“一方面企業已形成產能無法得以充分釋放，另一方面企業不得不四處尋找更大的市場進行產業落地投資。這個現象繼續梳理，否則會影響產業健康發展。”

王剛建議，燃料電池技術還屬于比較前沿的科技，世界上還沒有大范圍推廣。只要我們去掉浮躁，潛心研究，攻克更多的技術難點，相信我國一定不會在氫燃料電池行業輸給任何國家，也不會被任何國家“卡住”脖子。

一位不愿透露姓名的業內專家向《經濟》雜志、經濟網記者表示，現在的政策是針對燃料電池電動汽車這一個具體產品，通過對補貼帶動整個燃料電池行業的技術、產業化發展。現階段應用反響非常好的產品，例如燃料電池的叉車、熱電聯供、集中式電站、無人機等并不在補貼的范圍內，但這些產品中或多或少可以減少對大型加氫站的依賴。如果對這些產品進行補貼是否可以更好地加快燃料電池技術的發展？這就需要我們討論一個問題。燃料電池應用廣泛，因此建議國家可以在政策上對應用燃料電池技術的更多產品進行補貼，可以是商用汽車、叉車、熱電聯供、集中式電站、通訊基站備用電源、無人機等。