氫能產業發展前景及其在中國的發展路徑

宋超，謝淑賢，徐瑞峰(中車山東機車車輛有限公司，山東 濟南 250022)

0 引言

氫能源目前在我國稱之為二次能源的載體被廣泛使用在各大企業與產業內部，可通過多種途徑加工制取得出。氫氣本身屬于無毒的氣體，易于燃燒，其燃燒后的產物主要是水，對大氣不會產生污染。同時廢棄物中也不含有對環境有害的物質，利用率較高且形式較為多樣化。目前全球處于清潔能源開發與使用的熱門階段，生產出更為低碳環保的能源是全球范圍內的目標和終極戰略，因此氫能產業被我國寄予了厚望。為保障中國氫能產業集中發展，進一步加強對氫能產業的相關技術標準和檢查體系，在發展的過程中對氫能產業的安全予以高度重視，并通過具體的發展路徑實現氫能產業在我國的長遠發展。

1 全球氫能產業發展現狀

1.1 氫氣利用的范圍領域

氫能的整條產業鏈包括對氫氣的制取、儲存以及運輸應用等多個環節。氫氣主要由化石能源經過加工而轉化為制氫，由此被稱為“灰氫”。目前針對全球范圍內的氫氣主要通過煉油以及化工原料制成，其廠內的氫氣主要用作于自產自用，減少對一級能源的使用率。很少與相鄰的制氫裝置和途徑進行氫氣的管道運輸。其原因是由于運輸氫氣過程中相對投入的成本較高，使得跨地域的氫氣交易市場份額會相對較少[1]。筆者期望在儲運技術上對氫氣能源能有更大突破，對能源的利用率會由此提高。

1.2 氫能重要應用的方向

因氫燃料電池具有能量的轉化利用率高、噪音污染較小以及排放實現零污染等幾大優點，成為了未來氫能源利用的重點方向。在20世紀60年代初期，氫燃料電池就已經在載人航天以及潛水等國家軍事領域有較為廣泛地使用。而當前歐美的部分發達國家通過對氫能的研究和利用發現了氫能的特點，并以此對燃料電池技術的研發和商業化應用提出了若干實施計劃，并為此出臺了相關的政策補貼以引導更多的研究機構以及企業投入大量的資金對燃料電池的開發和關鍵技術裝備的研究。歐美國家在此項研究上已經實現了突破，同時走到了世界的前沿。例如：德國所在的主流汽車公司已經對氫燃料電池汽車的開發取得了巨大的研究成果，同時已經規劃建設了將近數百座加氫站，并且覆蓋率達到一半以上。日本主要是將氫能作為燃料，在日常的生活以及經濟產業活動中廣泛地應用。同時把氫能作為二次能源的核心，致力于建設一個“氫能社會”。日本目前在新能源產業的研發機構已經投入了大量的人力物力，并在燃料汽車的開發和設備制造方面對于技術的使用已有了驕人的成績。而我國對燃料電池汽車的發展還有一定的提升空間。

1.3 氫氣的制取與可再生能源二者相結合是發展的方向

氫氣的制取目前主要通過與可再生能源電力二者的有效結合促使整個氫能產業鏈的整體運行，以實現對氫能使用過程中的零排放，同時可有效拓展對再生能源的二次利用。目前氫能針對于可再生能源的載體，在全球范圍內依托與對可再生能源如風能、太陽能等二次能源的基礎上加強對氫氣的制取，以實現用更多清潔能源對氫能產業的支持。

2 中國氫能產業發展情況

因中國對氫能產業的重視程度相對于國外來說較晚，目前仍處于發展的初始階段，其具體的發展情況如下：

(1)我國氫氣主要來源于煤制氫，在“灰氫”變為“藍氫”方面面臨著巨大的挑戰。我國其實富含有豐富的氫氣資源，在化工產業以及煉油產業快速發展的時期，我國的氫氣年產量應從20世紀初的年產值679.0×104t增長到了21世紀初2 100.0×104t以上。預計當到達21世紀20年代的時候我國氫氣的年產值增速將變為5%。利用煤對氫氣的制取是當前氫能產業中利用的最低成本，當前中國的氫能產業中使用的氫源一般以上是使用煤作為原材料[2]。原因是我國是煤炭資源較為發達的國家，其氣和油的資源相對較少。除此之外剩余的氫源通常是來天然氣或電解氫的制取。而作為氫能源的消費者一般均集中才化工產業內，因此依舊是依靠工業原料為主要的制取方式。

(2)對燃料電池的生產環節缺少核心技術支持，對國外技術和設備有較大的依賴。在以氫氣為主要用途的燃料電池產業領域范圍內，我國目前只形成了京津冀、華北、華南、東北等六大產業的聚集中心，具備了生產和研發的條件。而在我國中東部地區作為實力較強的三角洲等地帶主要聚集了我國燃料電池發展的中心企業。隨著全球化的燃料電池產品以及相關資訊的熱議，對于燃料電池相關企業的數量猛然增加，到2018年底，全國已有309家企業參與到燃料電池的研發與生產當中。當然雖然研發與生產的規模形成較大，但是部分企業仍然在研發的投資以及重大發明專利創造等諸多方面存在較多的問題，真正能掌握行業領先技術和核心設備的企業數量較少。國內目前對于燃料電池關鍵性零件以及電堆、檢測以及整車開發的企業主要集中在上海廣州等經濟較為領先的城市。諸如零部件以及輔助系統的相關設備的研發和生產目前依舊依賴于國外。這對我國燃料電池的生產和研發具有十分重大的影響。

(3)氫燃料電池汽車和基礎設施發展處于起步階段。從2018年起，我國的氫燃料電池汽車的年銷量逐漸成增加的趨勢。從車型上分析，我國針對商務性用車上對氫燃料電池的使用較為廣泛。但由于目前商用車的使用處于示范性的運行階段，因此在動能和綜合效率上來看，其使用感與國外還存在較大的差距，因此我國應加大對氫燃料電池以及基礎設備的發展。

3 中國氫能產業發展展望

3.1 頂層設計應適時加強，做好氫能產業的發展規劃

筆者建議國家將氫能納入到二次能源的長期戰略發展體系當中，科學制定并研發氫能產業的發展規劃，系統地構建氫能的各個環節體系，明確具體發展的路線，做到各地區和產業布局協調發展。特別是對于示范工程的相關建設，應重點考慮到長江三角發展的經濟走勢，并與周圍各地區形成密切的產業規劃和部分產業調整。盡量完善相關的企業扶持政策，堅持高質量與高標準的雙重發展模式，使其頂層設計感逐漸加強，在氫能的整體產業鏈中做好與其他可再生能源發展的協調性[3]。

3.2 過渡時期重點關注藍氫與綠氫的協同供應，建立藍綠氫氣的結合發展模式

充分考慮到我國能源結構主要以煤為主的特點以及對可再生能源的發展仍然需要大力的整合優化。因我國氫能的生產一直以化石作為基礎原料。因此我國應加大對化石燃料市場的建設以及投入大量的資金扶持，為石化能源中創造“綠氫”提供有效地支持。對于部分地區采用水電解制氫的發展，應鼓勵更多的企業生產“綠氫”以實現對環境的零污染。

3.3 對氫燃料電池以及儲氫等環節的關鍵技術得以加強

目前我國對氫燃料的汽車生產與制造已經有了相應的計劃，同時對于加氫站也實施了相應的布局調整。但對于汽車內的核心零件和材料確缺少相應的技術性支持，因此不能實現汽車的量產。這一關鍵性問題嚴重制約了我國對氫能產業的發展。所以我國在此問題上應加大研究力度，把研究的目標制定在氫能和燃料電池的關鍵技術環節，降低氫氣的運輸成本同時對氫管道的運輸以及儲氫的材料上加大研究力度。政府設立專項計劃，從基礎研究到關鍵技術的攻克以及應用示范到產業的轉化創新等方面予以提升，以進一步保障氫能的產業核心發展。

3.4 發展氫能的進程中應高度重視產業的安全

據相關報道，自從2019年以來，有部分國外企業在氫能的產業鏈中引發了多起關于氫氣爆炸致損的事故[4]。此類事件的發生對氫能產業的各個環節發出了警示。因此在氫能的發展進程中應在保障產業發展的同時，重點關注安全性問題。我國在氫能的發展過程中務必要加強對產業鏈內部安全體制的有效建立，了解氫氣爆炸所帶來的嚴重后果。因此相關產業需提高安全意識，強化產業安全管理條例，各地方政府應加大監管力度并制定相關的安全標準，對氫氣的泄漏以及發生爆炸的相關因素做好安全預案，盡量在氫能的生產和運輸等環節做到全自動模式，并通過智能設備對氫氣的安全問題加以保障，以實現整個產業鏈的高效運行。

4 結語

由于我國是對能源需求較大的國家，因此發展氫能產業對我國經濟以及能源的利用等方面都能帶來較多的益處。隨著對我國綠色能源的不斷深入研究，基于發展“綠氫”的氫能產業，是我國現階段內對氫能發展最好的選擇。因此我國應充分借鑒國外關于氫能產業的發展經驗，在立足于國內發展的優勢和產業特點之上，使我國的氫能產業發展更加趨于國際化水平。