基于車輛角度分析氫能源汽車行業(yè)現(xiàn)狀

吳垚　朱治宇

一、氫燃料電池汽車再獲重視 市場規(guī)模有望突破1萬億

國家大力支持的氫燃料電池汽車，其實是燃料電池汽車的一種，另外還有甲醇、天然氣、乙醇燃料電池汽車等。目前，占比最大、最有大規(guī)模量產(chǎn)前景的就是氫燃料電池車（也叫氫能源汽車）。甚至可以說，現(xiàn)階段在全球范圍內(nèi)談燃料電池汽車，基本就是指的氫燃料電池汽車。自國家開始推廣新能源汽車以來，燃料電池汽車就受到了高度重視。

（一）國內(nèi)車企研發(fā)的氫燃料電池汽車

早在2009年出臺的《節(jié)能與氫能源汽車示范推廣財政補助資金管理暫行辦法》中，就提出了由中央財政對燃料電池汽車進行6-60萬不等的成本差價補貼。隨后2011年的《中華人民共和國車船稅法》又規(guī)定燃料電池汽車與純電動汽車、插混車一樣，享受免征車船稅的優(yōu)惠。在純電動汽車補貼不斷退坡的當下，氫燃料電池汽車則仍是寵兒。2018年，財政部、工信部、科技部、發(fā)改委聯(lián)合發(fā)布了《關于調(diào)整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》，規(guī)定燃料電池乘用車按搭載的電池額定功率進行補貼，補貼標準為6000元/kW，上限為20萬/輛;客車、貨車進行定額補貼，依據(jù)車型大小補貼上限為30-50萬/輛。

（二）財政部對燃料電池汽車補貼標準

同年，《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎設施發(fā)展藍皮書》指出，到2030年，中國燃料電池汽車保有量要達到200萬臺，加氫站數(shù)量達到1000座，產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將突破1萬億元。在國家的大力號召下，地方政府也積極響應。補貼方面，多地政府實施與國補1：1的補貼政策，以某價值130萬的氫燃料客車為例，經(jīng)過國家和地方各50萬的補貼后，最終售價僅為30萬。加氫站建設方面，地方政府也成為了補貼的主力軍。4月22日，六安市人民政府發(fā)布《關于大力支持氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》，對不同加氫能力的加氫站進行最高200萬-400萬的補貼。據(jù)國內(nèi)媒體報道，廣東佛山南海區(qū)單個加氫站最高可拿到800萬的補貼。

二、現(xiàn)狀慘不忍睹 全球銷量不足1萬臺

（一）2018年中國新能源汽車銷量

在新能源車內(nèi)部相比，2018年中國新能源汽車總銷量達125.6萬輛，其中純電動汽車98.4萬輛，插混汽車27.1萬輛，氫燃料電池汽車占比不足0.12%，可謂是慘不忍睹。

（二）2016-2018年中國新能源汽車銷量

從歷史數(shù)據(jù)來看，2016年-2018年，中國氫燃料汽車銷量分別為629輛、1272輛、1527輛。而今年，作為氫燃料電池車發(fā)展提到新高度的一年，其3月份銷量僅為86輛，整個第一季度總計銷售273輛。如果不考慮某月銷量大爆發(fā)等特殊情況（例如政府大單），今年總銷量也難有質(zhì)的突破。在車東西看來，氫燃料汽車發(fā)展緩慢的背后，是其面臨的技術研發(fā)困難、制氫成本高昂，以及用車不便三大困境。

三、技術研發(fā)困境：兩大核心零部件技術研發(fā)難度大

（一）高壓儲氫罐研發(fā)難度大

1.豐田70MPa高壓儲氫罐

由于“氫氣很輕”，其質(zhì)量能量密度很大。但反過來說，如果從單位體積燃氣釋放的能量來看，氫氣的熱值是常見燃料里最低的，僅為12.74MJ/Nm^3，是甲烷的1/3，汽油的1/10。這就意味著，如果要釋放同樣的能量，汽車需要消耗巨量體積的氫氣，因而氫燃料電池車上都有高壓儲氫罐來壓縮儲存氫氣。車載高壓儲氫罐一般可以儲存6kg左右高壓氫氣，總體積在150L-200L上下，有些大的儲氫罐甚至會擠壓車內(nèi)空間，比如豐田Mirai的后排就只能乘坐兩人。

2.豐田Mirai結(jié)構(gòu)

在儲氫罐體積只能減小不能增大的情況下，儲氫壓力成為了重要的評價指標。同等體積下，儲氫壓力升高一倍，儲氫量會增加50-70%，續(xù)航里程提升50%，但是成本會增加近7倍。目前中外儲氫罐技術差距主要集中在儲氫罐材質(zhì)上，包括內(nèi)襯、纖維纏繞層和過渡層材料。我國車載儲氫罐主流是金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶（Ⅲ型瓶），內(nèi)襯材料為金屬鋁，儲氫壓力為35MPa，質(zhì)量儲氫密度（氫氣占儲氫罐總質(zhì)量的比重）在3%左右。

（二）氫燃料電池多項關鍵技術還未突破

1.本田氫燃料電池

正如前文所言，燃料電池是燃料電池車最核心、成本最高的零部件，其也有質(zhì)子交換膜、鉑催化劑、雙極板三大部件需要突破。質(zhì)子交換膜被稱為氫燃料電池的心臟，它處于燃料電池正負極板的中間，起到了隔離其他離子，僅允許質(zhì)子通過的功能，同時還要隔離兩極反應氣體，支撐兩側(cè)催化劑層，性能要求非常高。如此重要的電池“心臟”，卻一直被握在國外公司手心里，我國研發(fā)氫燃料電池的核心材料幾乎全靠進口。質(zhì)子交換膜技術從上世紀60年代起就被美國杜邦公司壟斷，杜邦膜的價格約為 120 美元/kW，我國常用的燃料電池功率為35-50kW，以50kW燃料電池計算，一套燃料電池里，僅質(zhì)子交換膜的成本就高達4萬元人民幣。

2.燃料電池結(jié)構(gòu)

質(zhì)子交換膜的兩側(cè)是鉑（Pt）催化劑，氫氣通到陽極板后，在鉑催化劑的作用下，失去電子變成質(zhì)子，再通過質(zhì)子交換膜與另一側(cè)的氧原子結(jié)合生產(chǎn)水。難點在于催化劑只能用鉑，而鉑的價格非常昂貴，均價約200元/克，使用100克鉑的情況下，一套氫燃料電池所用鉑催化劑的成本近2萬元。因此，降低催化劑中鉑的使用量，是降低電池成本的一大關鍵手段。

而目前，我國的低鉑催化劑技術尚處于實驗研發(fā)階段，離規(guī)模量產(chǎn)還有很長的距離。

3.雙極板

除此之外，作為燃料電池的“骨架”，雙極板的工藝水平仍待突破。雙極板（Bipolar Plate，BP）又叫流場板，與膜電極層疊裝配成電堆，在燃料電池中起到支撐、收集電流、為冷卻液提供通道等作用，其質(zhì)量好壞直接決定了電池輸出功率和使用壽命。雙極板的三種材質(zhì)中，石墨板和復合板的技術已相對成熟，而金屬板因為能大幅提高電池輸出功率，近年來成為了燃料電池的一大突破方向，仍待解決掉問題是金屬板在電池環(huán)境下易受腐蝕，導致電池壽命較短。在燃料電池的零部件上，還有膜電極、膜加濕器、氫氣循環(huán)泵等關鍵技術有待突破，篇幅有限，不再一一贅述。

結(jié)語：

氫燃料電池車在曲折中前行如今，不可再生的化石燃料越來越少，同時全球?qū)剂系男枨髤s越來越大，在電動汽車銷量迅速增長，油耗、排放法規(guī)日益嚴格的情況下，全球化石燃料的總使用量不降反升。也就是說，如今電動汽車的增長、可再生能源比例的增長，僅抵消了人口和經(jīng)濟增長所增加的能源需求。如果要進一步緩解全球能源短缺的現(xiàn)狀，必須有更多的新能源汽車與可再生能源扛起重任，而氫燃料電池汽車與氫能源就是中國政府選擇的方向。