氫燃料電池在能源密度和快速充氫上具有優(yōu)勢(shì)，發(fā)展前景較好，但存在技術(shù)難題。中國(guó)石化經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院專家指出，目前的主要問(wèn)題包括氫氣和電池(催化劑)生產(chǎn)成本高、儲(chǔ)氫材料量產(chǎn)及成本降低難以實(shí)現(xiàn)突破等。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，包括氫燃料電池車在內(nèi)的新能源汽車的關(guān)鍵技術(shù)終將實(shí)現(xiàn)質(zhì)的突破，將從根本上改變目前以石油為基礎(chǔ)的能源格局。石化企業(yè)可在氫氣供應(yīng)、加油加氣-充電-加氫一體化運(yùn)營(yíng)，以及汽車輕量化材料、高端化材料開(kāi)發(fā)方面適時(shí)介入新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)石化產(chǎn)業(yè)鏈的轉(zhuǎn)型與調(diào)整，培育新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。

未來(lái)能源的替代可能

“發(fā)達(dá)國(guó)家把氫作為能源管理，創(chuàng)制了科學(xué)安全的氫加注站建設(shè)和車載氫罐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)測(cè)體系，有力地推動(dòng)了燃料電池汽車商業(yè)化。建議借鑒先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，盡快破除標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)障礙和市場(chǎng)準(zhǔn)入壁壘，加強(qiáng)和完善氫能生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)和供銷體系建設(shè)，及時(shí)的推動(dòng)燃料電池產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化。”全國(guó)政協(xié)副主席、中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主席萬(wàn)鋼在中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)(2019)論壇中表示。

迄今為止，人類歷史上已發(fā)生過(guò)兩次能源革命。第一次能源革命是煤炭取代木材成為主導(dǎo)能源，第二次能源革命是石油取代煤炭成為主導(dǎo)能源。盡管目前化石能源仍居主導(dǎo)地位，但是考慮到化石能源資源的緊缺性日益凸顯，汽車排放造成的環(huán)境污染和石油資源枯竭正日益加劇，尋找清潔的替代能源是每一個(gè)國(guó)家必須解決的問(wèn)題。燃料電池完全不進(jìn)行燃料燃燒，而是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，因此能量轉(zhuǎn)化效率可高達(dá)45%～60%，約是內(nèi)燃機(jī)的兩倍，隨著技術(shù)的進(jìn)步還可以更高。氫燃料電池汽車不排放硫化物、氮氧化物等有害氣體，也不產(chǎn)生溫室氣體二氧化碳。氫燃料電池汽車不存在純電動(dòng)車充電時(shí)間長(zhǎng)、續(xù)航里程短的弊病。

早在20世紀(jì)60年代，燃料電池就因其體積小，容量大的特點(diǎn)成功應(yīng)用于航天領(lǐng)域。進(jìn)入70年代后，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，氫燃料電池逐步被應(yīng)用于發(fā)電和汽車。如今，伴隨各類電子智能設(shè)備的崛起及新能源汽車的風(fēng)靡，氫燃料電池主要應(yīng)用于固定領(lǐng)域、運(yùn)輸領(lǐng)域、便攜式領(lǐng)域等三大領(lǐng)域。目前氫燃料電池的主流發(fā)展方向是氫燃料電池汽車。燃料電池直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，能量轉(zhuǎn)換效率高。相比純電動(dòng)車搭載的動(dòng)力鋰電池，氫燃料電池質(zhì)量輕，補(bǔ)充能量的時(shí)間短，加氫只需3至5分鐘，續(xù)航里程長(zhǎng)，大于600千米。

面對(duì)需求缺口，中國(guó)欲“彎道超車”

據(jù)了解，氫能源公交車加一次氫氣只需要5～10分鐘，一天只需加氫氣一次，能跑400公里。從第一臺(tái)燃料電池車1966年問(wèn)世，歷經(jīng)31年靜默期，美日和歐盟重新認(rèn)識(shí)到，氫燃料電池除了軍工國(guó)防的作用外，還能廣泛應(yīng)用在能源互聯(lián)網(wǎng)、新能源汽車等領(lǐng)域。于是2000年前后，燃料電池汽車的應(yīng)用開(kāi)始被發(fā)達(dá)國(guó)家所關(guān)注。

在那之后，一些國(guó)家通過(guò)建立能源法案、能源戰(zhàn)略、技術(shù)路線圖等途徑，積極發(fā)展氫能源在內(nèi)的清潔能源，嘗試以此減少對(duì)傳統(tǒng)一次能源的依賴。從全球加氫站建設(shè)來(lái)看，國(guó)外加氫站設(shè)施建設(shè)更為完善，發(fā)展較為迅速。目前，大力發(fā)展燃料電池汽車加氫站的國(guó)家主要由美國(guó)、德國(guó)、日本，并制定了長(zhǎng)期的發(fā)展規(guī)劃，其中日本成為世界上加氫站最多的國(guó)家。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球目前建成的加氫站已經(jīng)超過(guò)了300座。相比國(guó)外，我國(guó)加氫站發(fā)展較為滯后。

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)高度重視，出臺(tái)了系列有利于氫能和發(fā)展的相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策。2016年4月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局等聯(lián)合發(fā)布的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016—2030年)》，提出了能源技術(shù)革命重點(diǎn)創(chuàng)新行動(dòng)路線圖，部署了15項(xiàng)具體任務(wù)，“氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新”位列其中，標(biāo)志著氫能產(chǎn)業(yè)已被納入國(guó)家能源戰(zhàn)略。

2016年6月，國(guó)家發(fā)展改革委、能源局、工信部聯(lián)合發(fā)布《中國(guó)制造2025-能源裝備實(shí)施方案》將燃料電池和氫能開(kāi)發(fā)利用作為專門(mén)章節(jié);被《國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要(2016)》列為引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù);2017年，國(guó)家能源局批準(zhǔn)多項(xiàng)棄風(fēng)棄光制氫儲(chǔ)能項(xiàng)目;2018年1月，國(guó)家科技部已將“可再生能源與氫能技術(shù)”列入重點(diǎn)專項(xiàng)，積極加以支持研究。從各國(guó)氫能源產(chǎn)業(yè)規(guī)劃來(lái)看，多數(shù)國(guó)家是以氫燃料電池為突破口，逐步完善氫能源產(chǎn)業(yè)配套，并在2040～2050年實(shí)現(xiàn)氫能源社會(huì)。國(guó)際氫能委員會(huì)發(fā)布的《氫能源未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)調(diào)研報(bào)告》顯示，到2050年，氫能源需求將是目前的10倍，到2030年，全球燃料電池乘用車預(yù)計(jì)將達(dá)到1000萬(wàn)至1500萬(wàn)輛。在這一輪新“競(jìng)賽”中，中國(guó)正摩拳擦掌準(zhǔn)備“彎道超車”。

技術(shù)進(jìn)步促成本下降

實(shí)現(xiàn)氫燃料電池車在世界范圍內(nèi)的領(lǐng)先和“彎道超車”，仍需解決全產(chǎn)業(yè)鏈的多個(gè)難題，其中氫氣的制備、存儲(chǔ)技術(shù)難題需要首先解決。中國(guó)可再生能源協(xié)會(huì)專委會(huì)主任蔣利軍教授認(rèn)為，氫能源的制作和儲(chǔ)運(yùn)方面仍有許多需要攻克的問(wèn)題。

目前氫氣的儲(chǔ)存方式主要由三種：高壓氣態(tài)儲(chǔ)存、低溫液態(tài)儲(chǔ)存、固態(tài)吸氫材料儲(chǔ)存。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫目前應(yīng)用最廣泛，常用35Mpa和70Mpa壓力等級(jí)。對(duì)于大規(guī)模儲(chǔ)氫，液氫在安全性、儲(chǔ)氫量、成本、擴(kuò)容能力和氫氣品質(zhì)等方面具備優(yōu)勢(shì)。

我國(guó)氫氣運(yùn)輸體系也尚不完善。氫氣輸送方式主要有氣氫輸送、液氫輸送等。目前，世界氫能產(chǎn)業(yè)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)，如歐洲、北美和日本等都在發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，重點(diǎn)推進(jìn)氫液化和液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。但液化1kg的氫氣需要耗電4-10千瓦時(shí)，液氫的存儲(chǔ)也需要耐超低溫和保持超低溫的特殊容器，成本較高。氣氫輸送分為管道輸送、長(zhǎng)管拖車和氫氣鋼瓶輸送。管道輸送一般用于輸送量大的場(chǎng)合，美國(guó)、加拿大及歐洲多個(gè)工業(yè)地區(qū)都有氫氣管道，目前氫氣管道總長(zhǎng)度已經(jīng)超過(guò)1.6萬(wàn)千米，法國(guó)和比利時(shí)之間建有世界最長(zhǎng)的輸氫管道，長(zhǎng)約400千米。長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸距離不宜太遠(yuǎn)，用于輸送量不大的場(chǎng)合;氫氣鋼瓶則用于輸送量小且用戶比較分散的場(chǎng)合。液氫輸送一般采用罐車和船，可進(jìn)行長(zhǎng)距離輸送。目前氫氣輸送網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)尚不成熟，不利于氫燃料電池技術(shù)大規(guī)模商用化應(yīng)用。

此外，氫能和燃料電池的技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，是典型的跨領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展的過(guò)程。為了使氫燃料電池降低成本和提高耐久性，技術(shù)進(jìn)步是降低氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化成本的首要手段。攻克的目標(biāo)主要指向膜電極組件和雙極板：現(xiàn)有的高分子質(zhì)子交換膜生產(chǎn)工藝復(fù)雜，急需改進(jìn)和優(yōu)化，比如降低催化劑中鉑含量，提高利用率。將金屬和石墨復(fù)合制成的復(fù)合雙極板性能優(yōu)良，且加工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，材料成本也較低，可以重點(diǎn)發(fā)展用以替代脆性大的石墨雙極板。成本的降低不僅依靠技術(shù)的進(jìn)步，而且有賴于規(guī)?；a(chǎn)。美國(guó)能源局經(jīng)過(guò)測(cè)算，認(rèn)為只有當(dāng)燃料電池的成本降至50美元/千瓦時(shí)，才能與內(nèi)燃機(jī)汽車相競(jìng)爭(zhēng)。

基礎(chǔ)設(shè)施鋪設(shè)待提速

在氫能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈上， 加氫站是上游制氫運(yùn)氫與下游燃料電池汽車應(yīng)用的重要樞紐。完善加氫站的建設(shè)，有利于加快氫能源汽車的普及和技術(shù)研發(fā)進(jìn)程。

據(jù)勢(shì)銀智庫(kù)統(tǒng)計(jì)，截止2017年年底，全球目前約有328座加氫站。截止2018年3月，日本是第一個(gè)達(dá)到100座加氫站的國(guó)家。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2018年12月，中國(guó)共有25座建成的加氫站，另有多座在建，全國(guó)各地很多城市的加氫站也都在建設(shè)/規(guī)劃中， 據(jù)估計(jì)，2019年預(yù)計(jì)將達(dá)到100座左右。根據(jù)全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書(shū)》(2016)，為氫燃料電池基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)設(shè)定了近期、中期及遠(yuǎn)期目標(biāo)。規(guī)定2020年在京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角、武漢等氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)率先實(shí)現(xiàn)氫能汽車及加氫站的規(guī)?；茝V應(yīng)用，建成小規(guī)模的氫基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，加氫站總數(shù)達(dá)100座以上;固定式燃料發(fā)電達(dá)20萬(wàn)千瓦，燃料電池運(yùn)輸車輛達(dá)到1萬(wàn)輛。2030年，燃料電池車輛保有量達(dá)200萬(wàn)輛，加氫站總數(shù)達(dá)1000座以上，初步形成與燃料電池車輛保有量相匹配的供氫網(wǎng)絡(luò)。2050年，加氫站服務(wù)區(qū)域覆蓋全國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，參照加油站分布狀況及要求，完成高速公路加氫站布局;燃料電池車輛保有量達(dá)到1000萬(wàn)輛。

同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院副教授呂洪指出，對(duì)氫能的認(rèn)識(shí)和戰(zhàn)略定位至關(guān)重要。雖然我國(guó)已在國(guó)家戰(zhàn)略層面明確將氫能作為能源架構(gòu)中的一個(gè)重要組成部分，并將燃料電池汽車定位為我國(guó)汽車行業(yè)發(fā)展的主流方向之一，但如果仍將氫氣歸屬于危險(xiǎn)化學(xué)品而非能源，會(huì)導(dǎo)致難以在普通消費(fèi)者群體中進(jìn)行產(chǎn)品的推廣和普及。專家指出，加氫站的建設(shè)必須由點(diǎn)及線、由線到面地進(jìn)行布局。氫能源汽車通常優(yōu)先發(fā)展商用客車。加氫站早起的布置可以選區(qū)公交線路的起點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)行建設(shè)，然后在公交線路的沿途增設(shè)適當(dāng)?shù)臄?shù)量，這是由點(diǎn)及線的過(guò)程。氫能源商用車促進(jìn)加氫站網(wǎng)絡(luò)線的形成，氫能源乘用車加氫也會(huì)變得便捷起來(lái)。氫能源乘用車的能源補(bǔ)給服務(wù)得到完善，又會(huì)促進(jìn)加氫站由線拓展到面，進(jìn)而逐漸形成完整的區(qū)域化加氫網(wǎng)絡(luò)。加氫站的結(jié)構(gòu)與加油站相差不大，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)氖侄螌⒓佑驼靖脑斐杉託湔尽?/p>

我國(guó)有世界上最龐大的汽車消費(fèi)市場(chǎng)，對(duì)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型需求迫切，對(duì)氫燃料電池汽車的扶持政策十分優(yōu)越，且產(chǎn)業(yè)鏈也在加緊布局，這些條件都為氫能源汽車在中國(guó)的發(fā)展提供最佳契機(jī)。