氫燃料電池汽車：商用汽車的新賽道

比起傳統燃油車，氫燃料電池汽車在使用過程中零排放、更綠色；與鋰電車相比，氫燃料電池汽車在續航、補能速度和低溫環境中的穩定性有明顯優勢。唯一的問題，便是價格昂貴，其發展有賴于政策支持和大量的財政補貼。

國際貨幣基金組織這樣總結全球能源的過去和未來：“如果1990年代是風能的十年，2000年代是太陽能的十年，2010年代是電池的十年，那么在2020年代我們將迎來能源轉型的下一個前沿：氫能。”氫能因其零排放、高效率，被稱為人類的“終極能源”，包括中國在內，全世界已有40多個國家制定了氫能戰略。發展氫能，燃料電池汽車是一個重要突破口。

2021年，財政部、工業和信息化部、科技部、國家發展改革委和國家能源局發布《關于啟動燃料電池汽車示范應用工作的通知》（財建〔2021〕266號），北京市、上海市、廣東省城市群成為首批入選氫燃料電池汽車示范城市群的重點區域，若完成示范任務，每個城市群擬獎勵金額最高18.7億元，共56.1億元。

目前，我國氫燃料電池汽車市場表現出積極的增長勢頭，但仍處于起步階段。考慮到氫燃料電池汽車的價格、配套設施的現狀，我國氫能汽車的發展途徑是優先發展氫能商用車，由此帶動氫燃料電池技術提升，健全加氫設施網絡。同時，氫燃料電池在商用車、城市公交、物資流通等領域的率先應用，可促進氫燃料電池技術發展及成本下降，從而擴大其應用范圍，帶動氫燃料電池乘用車的發展等。2022年，國家發展改革委、國家能源局印發《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》明確“重點推進氫燃料電池中重型車輛應用，有序拓展氫燃料電池等新能源客、貨汽車市場應用空間，逐步建立燃料電池電動汽車與鋰電池純電動汽車的互補發展模式。”

對于氫燃料電池汽車的未來，業內普遍認為，行業爆發仍取決于技術進步、市場需求和政策支持等多方面因素的綜合作用。國聯證券研報分析稱，2020年至2025年是氫燃料電池的導入期，未來五至十年是燃料電池車的培育發展期，預計2030-2035年能實現百萬輛。

政策的支持和引導將是推動氫燃料電池汽車行業邁向新高度的重要力量。陜西也迅速布局氫能產業，2022年連發三文：《陜西省“十四五”氫能產業發展規劃》《陜西省氫能產業發展三年行動方案（2022-2024年）》《陜西省促進氫能產業發展的若干政策措施》，確定打造“一核引領，兩軸聯通，三心支撐”的氫能發展格局。在今年召開的第二屆西部氫能博覽會上，陜西省發改委、交通廳發布《關于支持開展高速公路分布式光伏、加氫站建設及氫能汽車通行有關事項的通知》，宣布自2024年9月1日至2027年9月1日，對安裝使用ETC裝備的氫能車輛，在陜西省全額免除高速公路通行費；對省內在高速公路上建設的日加氫能力500公斤以上的固定式加氫站，單站給予最高300萬元的補貼。

燃料電池做起來

所謂氫能車，正確的叫法應是“氫燃料電池汽車”，它并不燃燒氫氣，其本質仍是電動汽車。氫燃料電池是一個能量轉換裝置，讓氫與空氣中的氧產生化學反應，生成水和電能，相當于一個發電機。這個反應唯一的排放物是水，所以環保清潔。

電堆是氫燃料電池的核心部件，是以上電化學反應的發生場所。“電堆由膜電極和雙極板交替堆疊組成，雙極板又由陰極和陽極兩塊極板貼合而成。”陜西旭氫時代科技有限公司（后稱旭氫時代）的氫燃料電池堆產線廠房內，電池研發工程師鄒文俊介紹著公司自主研發的氫燃料電池堆全自動產線。只見十幾臺設備呈U形排列，前半部分是極板的密封產線，后邊是電堆的自動裝配產線。最前面的上料臺放置著石墨極板，極板上有像迷宮一樣的凹槽。“這塊板上要通氫氣、空氣、冷卻液等，這些凹槽能確保各種介質按照我們給的軌跡均勻分配到各個點上。為了保證介質在流通中不漏出、不互滲，我們用點膠工藝把兩塊極板密封貼合、烘烤固化，之后再用國內領先的雙壓力、多流向、多片共點的技術進行氣密檢測，然后一塊雙極板就成了”，鄒文俊說，“在這個產線上，以上流程生產效率可以達到45秒每片。”

這是西北首條全自動化氫燃料電池堆生產線，它的研發者旭氫時代成立于2021年11月，是陜西旭強瑞清潔能源有限公司布局氫能產業的核心子公司。公司位于西安涇河智造創新產業園，主要從事氫燃料電池電堆的研發、生產、銷售。2023年8月，陜西省首臺自研自產車用大功率氫燃料電池堆正式發布，該電池堆由旭氫時代與中國科學院院士、西安交通大學教授陶文銓的團隊聯合研發，填補了陜西本土氫燃料電池堆生產空白。“去年發布的電堆是我們的一代產品，發電功率為75千瓦，二代產品功率為100千瓦，現在正在開發第三代膨脹石墨板電堆，單堆功率將達150千瓦，裝載電池系統后輸出功率為240千瓦。”鄒文俊說，“車用電堆需要考慮空間和重量的匹配性，單堆150千瓦，雙堆300千瓦，系統輸出功率240千瓦，是現有能滿足車載空間和經濟效益較優的解決方案。我們的三代產品面世后是有市場領先作用的。”據悉，旭氫時代研發氫燃料電池投資近千萬元。

要讓氫燃料電池輸出電能，還需要一些配套系統，供氫系統、空壓機、管路閥、控制器等，位于西咸新區涇河新城智造創新產業園的德創未來創新驗證研發中心項目便面向氫燃料電池、電驅動系統、動力電池及整車，開展試驗能力建設。試制平臺一期預計于2024年底投入運營，試驗平臺一期將于2026年下半年投入運營。“我們之前是不做電池系統的，但是開發整車中感覺到燃料電池系統應該和整車做一體化設計。比如說燃料電池、電動機、動力電池都有散熱的需求，駕駛室又有供熱的需求。傳統的做法是各個部件的供應商把各自的系統裝好提供過來，相當于他只處理了自己的熱管理的需求，最后兩套散熱系統不僅增加了車重，能效又低，現在我們的電池系統和整車其他模塊做集成設計，可以有效提高能效。”德創未來質子汽車副總李滿說。

今年10月，西安市科技局公布了2024年度西安市創新聯合體擬批準組建名單，由旭氫時代牽頭組建的“西安市大功率車用氫燃料電池創新聯合體”成功入選。該聯合體依托西安交通大學熱流科學與工程教育部重點實驗室開展相關研究，提升氫燃料電池堆性能，使其進一步提高電池效率、延長使用壽命、提升功率效率、降低制造成本、增強環境適應性、提升系統集成度；成員單位還有涇河新城產業園區發展有限公司、陜西大秦重塑能源科技有限公司、秦氫元（陜西）能源科技有限公司等。

據悉，目前我國氫燃料汽車產業鏈基本完善，但核心原材料的國產化替代尚顯不足，尤其是電池的關鍵零部件質子交換膜、催化劑和碳質等，質量和壽命與進口的成熟產品相比仍有差距。

有專家認為目前國內燃料電池制造企業各有標準，產生了許多型號的配套商，這些配套商并未產生規模經濟效應。中集集團總裁戰略顧問鄭賢玲認為，應積極推動燃料電池的標準化以實現規模經濟效益：“燃料電池型號是由生產企業主導而非整車企業，當燃料電池的功率越做越高，型號越來越多時，外圍企業配套的難度也越來越大，同時在賣不了幾臺車的情況下，整個行業都難以產生規模經濟效益……單靠ToG或ToB的商用車是遠遠不夠的，如果行業使用標準化的產品，燃料電池固定在一個型號上，那么所有配套商的成本都會降下來。”

用定制與創新打入市場

據中汽協數據顯示，今年前三季度，氫燃料電池汽車銷量約4133輛，同比實現44%的顯著增長。

氫燃料電池汽車走向市場的方式是根據使用場景按需定制。在上海臨港，有160多臺新型氫燃料電池渣土車，這是德創未來針對上海的規定和場景專門設計的：除了符合要求的整車質量、拉運尺寸，渣土車運行于復雜的揚塵環境中，有很高的防塵設計要求；跑在上海的渣土車，在離開工地前要進行全車沖淋，有很高的絕緣防水要求；上海要求渣土車軟加蓋，需要安裝電動簾布……“我們針對上海的城建場景，專門設計了高絕緣、高防塵、全自動化、信息化水平非常高的氫燃料電池渣土車。”李滿說，“這是目前國內全時運營的唯一一款氫燃料電池渣土車。整車最高車速、坡道起步能力、爬坡能力、裝載能力等動力性能指標高于行業平均水平。”

對商用車來說，更大的載重意味著更多的利潤。我國交通運輸部對上路的商用車總質量限值為49噸，準拖重量上限40噸，所以車頭就要控制在9噸以下。而電動汽車有比較重的電池或者儲氫系統，重量要高于傳統的柴油車，所以新能源商用車需要在輕量化上多作努力。為此，2022年底，德創未來研發出“氫車鎂掛”技術，使用輕巧的鎂合金制作一些零部件。

這個被稱為“質鎂融合”的項目，由德創未來質子汽車與位于榆林市府谷縣的榆鎂集團合作。府谷縣是全國第一大鎂金屬產地，產量連續十二年穩居全國第一，占比全國、全球持續超過50%、40%，在這里發展氫產業鏈和鎂產業鏈，有很大的區域優勢。只是鎂合金強度較低，不能做為承壓結構件使用，但用在前儀表臺、氫瓶架等不太負重的地方，能顯著減少車重。李滿說，僅將掛車的側柵板由鋼材替換為鎂合金，就能減重大約1.5噸左右，這1.5噸的減重能提高大約一年8萬元左右的收益。此外，鎂產合金還有一個好處——回收率高。鐵或鋼材發生銹蝕后會變成氧化鐵、二氧化三鐵或者三氧化四鐵，之后就不好回收了。但是鎂不僅不容易氧化，而且即便經氧化成為氧化鎂，只要用800度以上的高溫就可還原，所以鎂的回收率能達到97%。

貴是鎂合金的弱點，原來9萬元一輛的掛車，用鎂合金輕量化做下來，價格可能翻一倍。“但是因為它回收率比較高，所以我們做掛車銀行，即用持有租賃的方式，租給我們的客戶用。”李滿說。

德創未來的“氫車鎂掛”在榆林已經做了幾十萬公里小批量的路試，即將增加投放5輛，做大批量的試驗工作。“我們會逐漸增加工作量，驗證金屬強度等等，還需要再驗證六個月。”李滿說。

增加載重的同時，增加空間也是商用車提高利潤的方向。德創未來是行業內最早把輕卡的儲氫瓶底置的企業。節省的這一點上裝的空間甚至可以直接改變車的功用。“原來輕卡的駕駛室的后邊背著氫瓶，空間就只能做普通貨箱，沒法帶壓縮機組之類的冷鏈設備。我們將氫瓶放到底盤上面去了，駕駛室后面所有的空間就可以做冷鏈車了。”李滿說，“我們這個創新本來就是針對冷鏈車，銷量還是很不錯的。”氫瓶底置的優勢如此明顯，技術難度在哪里呢？“氫瓶底置有兩個問題，第一是底盤上要有空間，我們用電驅橋的方式，把本來在底盤上的東西全去掉，第二是對氫瓶防護的要求比較高。后背的氫瓶不需要抵擋太多飛濺物，而底置的需要重點防護。”李滿繼續解答。

氫燃料電池冷鏈車的優勢是很明顯的。冷鏈車因為載有壓縮機，且全程不能停車，耗電量特別大，所以如果是用鋰電池，續航會很短。所以冷鏈車一般是用柴油。但有些地方不允許柴油車進城，或者白天不能進城，就只能用新能源車。

壓縮物流成本，還有一次機會，便是減少人力開支。有人測算過，一輛車至少要配兩個司機倒班，一年開支40萬，占總成本的15%。德創未來有專門的團隊在做商用車特有的高級輔助駕駛系統（ADAS，L2+級別），能有效降低駕駛員的勞動強度、提升安全性和駕駛舒適度，同時能減少司機數量（從2個司機減少到1個司機），降低保險費用開支。該系統已是質子汽車全系列標配了。此外，德創未來也在一些封閉場景和半封閉道路（固定、可預測交通場景）嘗試全無人駕駛。但在長途干線物流上，李滿認為短期內很難大規模商業化：“第一，目前法規還不允許全無人的車輛在高速干線上行駛，即使車輛具備無人駕駛能力，也需要有安全員在駕駛位上監控。第二，技術成熟度尚有不足，目前自動駕駛技術還存在場景的長尾問題，不能完全覆蓋所有的非預測性交通場景。第三，成本較高，目前整套自動駕駛解決方案（包含傳感器、執行器和計算單元）成本高，經濟賬比較難算。”

2023年10月，在秦創原新能源商用車科技發布會上，德創未來的全新氫能概念車“曜靈”閃亮登場，以人機共駕和靈敏互動為優勢亮點，構建了以伴駕模式、托管模式和駐車模式為主的三大場景，以及智能辦公、多功能餐廚、車架互聯、多元娛樂、車載衛浴在內的五大功能板塊。這是以氫能為主導的、新一代長途物流貨車的標桿產品。2024年，“曜靈”憑借其準確的市場定位、前沿的設計理念斬獲有“國際工業設計奧斯卡”之稱的“德國紅點獎”。近期，氫能概念車“曜靈”二代產品已試制完成，即將發布。

2023年12月4日，德創未來百輛氫燃料輕卡，用七天時間完成所有裝配、保壓等測試，為氫能車輛的進一步市場化推廣提供了強有力的技術、生產及售后保障；2024年9月3日，德創未來300輛氫燃料重卡，陸續安全完成裝配、加氫置換、電堆調試，按期交付河北唐山。這筆300臺的訂單，刷新了國內氫燃料重卡的單筆銷售紀錄。

2024年10月23日，德創未來隨著陜北地區首張氫能源ETC卡簽成功發行，成為首家入駐陜西省氫能云服務平臺的新能源商用車企業，也是首家享受陜西省氫能重卡高速免費通行政策的品牌。

據悉，德創未來累計生產氫燃料車1381輛，累計簽單氫燃料車1964臺。截至2024年10月，德創未來的氫燃料重卡銷量位居行業第一，已成功在唐山、上海、天津、重慶、榆林、新疆等多地市主導參與了氫能示范運營項目。

讓氫車跑起來

“氫燃料電池汽車要發展，有賴于市場驅動。”維納氫能科技有限公司（下稱維納氫能）副總經理廖偉說，“所以發展的路徑是先找到氫燃料電池汽車的應用場景，再根據場景需要定制整車，然后才有氫燃料電池及其他零部件的需求。”他認為，陜西有很好的發展氫燃料電池汽車的條件：“陜西省是副產氫大省，產量大意味著氫價低，成本低。再者，陜西有大量的礦廠，短倒運輸的場景多。運輸半徑不超過100公里，但是每天要跑好多趟，一個加氫站就能滿足需求。”

陜西發展氫能物流的第一步邁在韓城。韓城龍門國家生態工業示范區大約有1萬輛重卡運輸車運營，具備成熟獨特的短倒運輸應用場景，此外還有煤炭和鋼鐵等大宗商品城際物流運輸的需求，同時韓城有著目前陜西最穩定的氫源。韓城市焦爐煤氣資源豐富，煤化工產業基礎成熟，具備年產20億立方米氫氣的潛力。2020年，主要從事液化天然氣生產的陜西旭強瑞清潔能源有限公司（下稱旭強瑞）在年產10萬噸液化天然氣生產裝置的基礎上，建成了綜合利用液化天然氣余氣制氫5000萬立方米/年項目。旭強瑞還將富余氫氣通過再加工提純生產為高純氫氣，純度達到99.999%。同步引入了年產1.5億標方天然氣裂解制氫項目，全市氫氣總產能提升至2億立方米。

2022年，《陜西省“十四五”氫能產業發展規劃》中明確提出要打造“韓城-渭南-西安”城際氫能廊道。同年，韓城市建成陜西關中地區首座加氫站，并與維納氫能、北京氫璞創能等企業合作制造氫燃料電池重卡，共交付45輛氫燃料電池重卡用于龍門國家生態工業示范區內短倒運輸及陜北、山西等周邊長途運輸。

2023年2月8日，維納氫能與旭強瑞合作的“韓城-西安城際氫能重卡運輸測試運營”正式啟動。氫燃料電池重卡滿載貨物，清晨從韓城出發，途徑京昆高速、榆藍高速、連霍高速、西安繞城高速到達西咸新區維納長慶加氫示范站加注氫氣，將貨物配送至咸陽市后返程，單程全長270公里，在當天室溫近零度的低溫環境下依舊出色地完成了運輸作業。

如今，韓城的加氫站每天大約有50臺車需要加氫，供不應求，維納氫能計劃在韓城建一個全國最大的加氫站，設計加注量達10噸。“我們的選址距離氫源就是一墻之隔，氫通過管道傳輸，可以節省拉運的成本。”廖偉說，“氫氣的儲運是世界難題，目前主要運氫方式是氣態長管拖車，成本極高，管道運輸必須在氫源附近，難以大規模推廣。”

除了氣態儲氫，還有液態儲氫和固態儲氫兩種方式，只是技術尚未實現商業化。液態儲氫包含低溫液態儲氫和有機液態儲氫兩種技術路線，只是受制于高昂的成本，目前兩種技術路線仍處于研發示范階段。固態儲氫是近年來的新亮點，時有技術突破，但其材料成本以及規模化應用條件仍未成熟，同樣處于研發和商業化應用的早期階段。

“帶動氫燃料汽車市場，最重要的是讓氫車跑起來。”廖偉說。維納氫能自我定位為氫能產業鏈上的運營商和服務商，是一個穿針引線的角色。為了將產業鏈閉環，維納氫能自主研發維納氫運系統，集氫站管理、氫車調度、駕駛員管理、運單管理、安全監管、碳追溯為一體的氫能運力平臺，恰好解決了當前氫能運力管理普遍面臨的運力調配不合理、車務管理繁復、運輸數據難利用、氫車運營經驗少的問題。

維納氫能希望，陜西能盡快出臺加氫站的管理辦法，支持氫燃料電池汽車行業運營的政策能盡快落地，同時給予氫燃料電池汽車一些補貼。“我們積極做前面的事情，當國家政策的東風來了，我們陜西能承接住，共同把這個產業能做上去，那才是我們收獲的季節。”廖偉說。

“西部氫能之都”

其實，整個陜西發展氫能最合適的地方是陜北，尤其是榆林市。首先，榆林有發達的煤化工業，為制備氫氣提供了很好的條件；其次，榆林因煤炭運輸需要，有超過十萬輛重卡汽車在周邊短途運輸線路上，氫能源重卡在這里有廣泛的應用場景。也是為此，《陜西省“十四五”氫能產業發展規劃》中明確提出要打造的另一條城際氫能廊道是“榆林-延安-西安”。

榆林的目標是“打造西部氫能之都”。早在2020年，榆林便引進華秦新能源公司打造氫能產業園，布局裝備制造、制氫、儲氫、用氫等氫能利用的全產業鏈。2022年，由陜西延長石油、國家電網陜西新能源、陜煤集團、陜汽控股等企業共同出資的陜西氫能產業發展公司落地榆林，注冊資本22.8億元，計劃在榆林投資2800億元，建成從制氫、儲氫、加氫到氫能應用的完整產業鏈。

2023年，榆林開始舉辦西部氫能博覽會，先后獲批創建能源革命創新示范區，入圍全國首批碳達峰試點城市，氫能產業也迎來了空前的發展機遇期。今年8月14日，榆林市政府辦印發《榆林市打造氫能產業示范區若干政策（修訂）》，從八個方面對榆林氫能產業發展提出了全方位的支持政策，并明確榆林每年繼續設立3億元專項資金支持氫能產業發展。其中對于氫能在交通領域的應用也給予大力支持：“對一次性購置10輛（含）以上氫燃料電池貨車，按照車輛購置金額的40%給予輕中小型貨車、重型貨車分別不超過每臺30萬元、60萬元的補貼。對購置氫燃料電池公交車，按照車輛購置金額的40%給予補貼、最高不超過80萬元。對氫氣終端銷售價格不高于每公斤20元的加氫站，給予每公斤15元、最高不超過400萬元的運營補貼。”

2023年4月，陜西首個氫能運營平臺重卡短倒運力場景在榆林投運，該場景將以容納1萬輛氫能重卡為目標。預計到2026年，榆林將完成氫能運力運營平臺的搭建，推廣5000輛氫燃料電池重卡，重點在榆林市開展短倒運輸場景示范應用，在榆林市和周邊地區的交通樞紐和高速公路布局50-100座加氫站供應重卡運營的氫能消耗。

（圖片由受訪單位提供，特此致謝！）