氫能前景廣闊

文／周 軍

加氫汽車(chē)技術(shù)不斷進(jìn)步，應(yīng)用更加廣泛，加氫站的建設(shè)自然如虎添翼。

加氫3 分鐘，續(xù)航700 公里，真正實(shí)現(xiàn)零排放……近年來(lái)，作為新能源汽車(chē)的主要技術(shù)路徑之一，“氫汽車(chē)”正帶給人們無(wú)窮的想象空間。而隨著氫汽車(chē)的逐步發(fā)展，必將給加氫站的建設(shè)增添動(dòng)力。

▲前景雖然廣闊，但是氫燃料電池技術(shù)還需要持續(xù)攻關(guān)。供圖/視覺(jué)中國(guó)

最環(huán)保的能源

氫能被視為21 世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗且环N二次能源。其來(lái)源多樣，能實(shí)現(xiàn)終端零排放、環(huán)境友好；用途廣泛，除發(fā)電、發(fā)熱外還是理想的交通替代能源。

上世紀(jì)70 年代起，氫能的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)被國(guó)際社會(huì)矚目。一些國(guó)家積極開(kāi)發(fā)氫能、燃料電池等新一代能源技術(shù)。近年來(lái)，我國(guó)大力支持氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。將氫能應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)，打造氫燃料電池汽車(chē)，是各方深思熟慮的結(jié)果。

氫燃料電池汽車(chē)加注時(shí)間短、續(xù)航里程長(zhǎng)、零排放、無(wú)污染，被業(yè)界視為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)理想的替代解決方案。氫能效能高且穩(wěn)定，僅少量水就能制備出可觀的氫氣，再轉(zhuǎn)換成電能，簡(jiǎn)單便利。

從技術(shù)原理看，氫燃料電池由電堆、電控、供氫裝置、供空氣裝置等部件組成。電堆是組成燃料電池的最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵的核心部件。電堆中的氫氣和氧氣相遇，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電。其中的技術(shù)難點(diǎn)在于，整個(gè)過(guò)程必須實(shí)現(xiàn)氣、水、熱、電、力這五個(gè)要素的相互協(xié)同，才能釋放出最大的效能。

▲氫能源的突破催生了氫動(dòng)力車(chē)，氫動(dòng)力車(chē)的擴(kuò)大生產(chǎn)反過(guò)來(lái)又帶動(dòng)了氫能的發(fā)展。 供圖/視覺(jué)中國(guó)

我國(guó)是世界上氫資源最豐富的國(guó)家，擁有最大的汽車(chē)市場(chǎng)。但我國(guó)氫燃料電堆技術(shù)距離世界領(lǐng)先水平，還有一定的差距。電堆關(guān)鍵技術(shù)主要由國(guó)際主流車(chē)企掌握，電堆設(shè)計(jì)技術(shù)門(mén)檻高，對(duì)材料、加工工藝等要求極高。想要發(fā)展得好，必須依靠自主創(chuàng)新。

因此，尋找適合的商業(yè)化路徑不容忽視。

當(dāng)下，國(guó)內(nèi)氫能汽車(chē)多數(shù)采取“鋰電池+氫燃料電池”的電電混合模式，未來(lái)將向純氫燃料汽車(chē)方向發(fā)展。多家國(guó)內(nèi)企業(yè)大膽嘗試、持續(xù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)氫燃料電池在大巴車(chē)、物流車(chē)、重卡、專用車(chē)等不同應(yīng)用場(chǎng)景的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

制氫途徑多樣

近年來(lái)，隨著技術(shù)成熟度的提升，我國(guó)氫燃料電池技術(shù)路線逐漸受到關(guān)注，“氫汽車(chē)”發(fā)展也駛?cè)肓恕翱燔?chē)道”。

2019 年，氫能首次寫(xiě)進(jìn)了我國(guó)的政府工作報(bào)告，要求“推動(dòng)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”。國(guó)家有關(guān)部門(mén)密集出臺(tái)政策，引導(dǎo)并鼓勵(lì)氫能和氫燃料電池技術(shù)的開(kāi)發(fā)利用。全國(guó)大部分省區(qū)市出臺(tái)了氫能發(fā)展規(guī)劃，即將到來(lái)的2022 年冬奧會(huì)有望為產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新機(jī)遇……

氫燃料電池技術(shù)已經(jīng)逐漸進(jìn)入產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入期，前景廣闊。國(guó)內(nèi)氫燃料電池汽車(chē)的保有量已經(jīng)超過(guò)6000 輛。通過(guò)這幾千輛車(chē)逐步做驗(yàn)證，有了支撐，就能促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步、降低成本，為規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。

氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展不僅是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，而且依賴于整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的支撐，特別是上游的氫氣制取、儲(chǔ)運(yùn)以及加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施。只有打造出一體化的產(chǎn)業(yè)鏈，才能進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)氫燃料電池汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)化和氫能的商業(yè)化。

一般來(lái)說(shuō)，在制氫方面有電解水、煤制氫、天然氣制氫等主要方法。

我國(guó)氫能來(lái)源廣泛，既有大量的工業(yè)副產(chǎn)氫氣，又有大量的棄風(fēng)棄光電、低谷電等可供制氫的存量資源。氫制備出來(lái)后，需要運(yùn)輸至加氫站并貯存。我國(guó)普遍采用20 兆帕的氣態(tài)高壓運(yùn)輸，經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)輸效率較低。

我國(guó)長(zhǎng)期把氫歸于危化品管理，在一定程度上制約了氫能的利用。只有認(rèn)可氫的能源屬性，按照車(chē)用能源進(jìn)行管理，才能進(jìn)一步滿足氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化的需要。

作為氫燃料電池汽車(chē)的基礎(chǔ)設(shè)施，加氫站也需大量新建。據(jù)了解，從2006 年第一座加氫站落地至今，我國(guó)已累計(jì)建成了61 座加氫站，僅去年一年就建成了30 座加氫站。

建設(shè)一座日加氫能力在500～1000 千克的加氫站，成本為1500 萬(wàn)～2500 萬(wàn)元。未來(lái)，可采取加氫、加油、充電站混建的方式逐步降低運(yùn)營(yíng)成本，擴(kuò)大加氫站的建設(shè)規(guī)模。

國(guó)家層面開(kāi)始重視氫燃料電池汽車(chē)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。今年4 月，國(guó)家能源局發(fā)布了《能源法（征求意見(jiàn)稿）》，首次將氫能納入能源種類。6 月，住建部辦公廳發(fā)布了關(guān)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《加氫站技術(shù)規(guī)范（局部修訂條文征求意見(jiàn)稿）》，擬新增液態(tài)氫儲(chǔ)存相關(guān)內(nèi)容及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。一系列政策的落地，有望進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)全產(chǎn)業(yè)鏈的降本增效。

氫氣的制取、儲(chǔ)運(yùn)以及加氫站等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，直接決定了氫氣的加注價(jià)格，即車(chē)輛的使用成本。現(xiàn)在氫燃料汽車(chē)的能源成本與燃油車(chē)差不多，急需通過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈上游的規(guī)模化來(lái)降低氫燃料的使用成本。

▲供圖/視覺(jué)中國(guó)

打通上下游產(chǎn)業(yè)鏈

過(guò)去10 年，我國(guó)新能源汽車(chē)?yán)塾?jì)推廣超過(guò)450 萬(wàn)輛，但大部分以純電動(dòng)汽車(chē)為主。2016 年，中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖》預(yù)計(jì)，我國(guó)氫燃料電池汽車(chē)?yán)塾?jì)銷量2020 年、2025年和2030 年，將分別達(dá)到5000 輛、5 萬(wàn) 輛 和100 萬(wàn)輛。

近年來(lái)，我國(guó)氫燃料電池汽車(chē)銷量增速明顯。

我國(guó)從2015 年僅有10 輛，到2019 年全年銷售2737 輛，累計(jì)銷量達(dá)6000 多輛，已達(dá)成了2020年的階段性目標(biāo)。其中，氫燃料電池商用車(chē)發(fā)展較快，在物流配送、公共出行等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了氫燃料汽車(chē)的商業(yè)化落地。乘用車(chē)方面，國(guó)內(nèi)一些車(chē)企雖然在積極研發(fā)，但規(guī)模相對(duì)較小，占比較低。

乘用車(chē)生產(chǎn)量大，又面向消費(fèi)端，開(kāi)發(fā)、驗(yàn)證的周期較長(zhǎng)。此外，加氫站目前還沒(méi)有形成網(wǎng)絡(luò)，使得氫燃料電池乘用車(chē)相對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)仍然發(fā)展較緩。一旦技術(shù)突破帶動(dòng)成本的降低，乘用車(chē)市場(chǎng)巨大。

技術(shù)層面，我國(guó)已經(jīng)初步掌握了氫燃料電池電堆、空壓機(jī)等關(guān)鍵材料技術(shù)，大部分零部件能實(shí)現(xiàn)不同程度的國(guó)產(chǎn)化，但與國(guó)外先進(jìn)水平相比仍存在一定的差距。

氫燃料電池電堆的核心零部件，如催化劑、質(zhì)子交換膜等，一些關(guān)鍵材料和部件仍依賴進(jìn)口，核心技術(shù)離產(chǎn)業(yè)化還有一定的距離。

今年4 月，財(cái)政部等公布了《四部委關(guān)于完善新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》，提出爭(zhēng)取通過(guò)4 年左右時(shí)間，建立氫能和燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈，關(guān)鍵核心技術(shù)取得突破，形成布局合理、協(xié)同發(fā)展的良好局面。技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展需要一定的沉淀，要從產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的角度出發(fā)，不斷加大研發(fā)投入，把知識(shí)成果轉(zhuǎn)化成產(chǎn)業(yè)，并通過(guò)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合促進(jìn)創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展。

放眼新能源汽車(chē)領(lǐng)域，氫燃料電池汽車(chē)與純電動(dòng)汽車(chē)既有一定程度的競(jìng)爭(zhēng)又相輔相成，關(guān)鍵是要能夠形成能源革命的合力，共同驅(qū)動(dòng)一個(gè)更加美好的未來(lái)。