氫能汽車產(chǎn)業(yè)化要突破四大瓶頸

□ 陳遠明

目前，我國氫能汽車產(chǎn)業(yè)處于產(chǎn)業(yè)化初期，亟待突破發(fā)展面臨的四大瓶頸。在國家相關政策文件明確定位國家發(fā)展燃料電池的戰(zhàn)略方向之后，國內(nèi)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進入蓬勃發(fā)展期，氫能汽車商業(yè)化可期。

當前，以人工智能、清潔技術等技術革命為代表的人類第四次工業(yè)革命正在席卷全球，汽車工業(yè)也正經(jīng)歷一場百年未遇的科技革命，道路運載領域正向電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化等汽車“新四化”加速變革。汽車設備的控制、運算和智能化要求能源的供給必須是電力，控制精細化的極致就是自動駕駛汽車的實現(xiàn)，而內(nèi)燃機的機械設備根本無法滿足這些要求。因此，汽車電動化是汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化的物質(zhì)基礎和前提條件。

氫能汽車產(chǎn)業(yè)處于產(chǎn)業(yè)化初期

在新一輪工業(yè)革命、汽車“新四化”變革的驅(qū)動下，新能源汽車已成為我國乃至全球汽車工業(yè)的戰(zhàn)略重點?！吨袊圃?025》將節(jié)能與新能源汽車列為重點發(fā)展十大領域之一，這標志著建設汽車強國正式上升為國家戰(zhàn)略，并成為汽車行業(yè)必然承擔的重大使命。根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》的總體目標，到2020年、2025年、2030年，我國新能源汽車年銷量預計將分別達到210萬輛、500萬輛和1500萬輛。“十二五”以來，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)化進程穩(wěn)步推進，新能源汽車銷量快速增長，市場份額逐漸提高。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會提供的數(shù)據(jù)，2018年在汽車行業(yè)整體產(chǎn)銷分別下降4.2%和2.8%的情況下，我國新能源汽車累計產(chǎn)銷127.05萬輛和125.62萬輛，比上年增長59.92%和61.74%，占全國汽車產(chǎn)銷量的比例分別為4.57%和4.47%。

我國重點發(fā)展的新能源汽車包括純電動汽車、插電式混合動力和燃料電池汽車。純電動汽車和燃料電池汽車是通過鋰電池或燃料電池輸出電力給驅(qū)動電機來推動汽車前進，雖然都屬于電動汽車的范疇，但兩者有重要區(qū)別：前者的鋰電池只是電力的存儲裝置，其電力能源來自外部充電，汽車只是電機對來自電池所存儲電力能源的消費過程，而后者燃料電池本身并不存儲電量，電力能源產(chǎn)生于車載燃料電池發(fā)電裝置，燃料電池以較高的轉(zhuǎn)換效率，將氫氣的化學能通過電化學反應直接轉(zhuǎn)換為電能，其轉(zhuǎn)換過程相當于電解水的逆反應。因此，燃料電池汽車既有電力能源的生產(chǎn)過程，也有電力能源的消費過程。

燃料電池汽車由于具有清潔零污染、續(xù)航里程長、加氫時間快、氫能來源廣、轉(zhuǎn)換效率高、能量密度高等多方面優(yōu)點，已經(jīng)成為中國汽車動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略方向，是中國新能源汽車戰(zhàn)略的重要組成部分。在2019年政府工作報告中，首次提到了氫能建設——“推動充電、加氫等設施建設”，加快發(fā)展氫能與燃料電池已提上了更加重要的日程?？偟膩砜?，我國的燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了電動汽車科技發(fā)展專項規(guī)劃“十五”（2001～2005）、“十一五”（2006～2010）、“十二五”（2011～2015）、“十三五”（2016～2020）連續(xù)四個五年國家科技計劃的推動發(fā)展，分別從科技驅(qū)動、形成研發(fā)基礎，示范應用、積累運營經(jīng)驗，整車牽引、加速產(chǎn)業(yè)布局進入市場拉動、全面推進階段。2016年以來，國家發(fā)布了一系列文件支持氫能燃料電池技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化：國家發(fā)改委、國家能源局《能源技術革命創(chuàng)新行動計劃（2016～2030）》將氫能與燃料電池技術創(chuàng)新列為重點任務之一；國務院《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》和《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》提出開發(fā)氫能、燃料電池等新一代能源技術；國務院《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出系統(tǒng)推進燃料電池汽車研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，到2020年，實現(xiàn)燃料電池汽車批量生產(chǎn)和規(guī)?；痉稇?；工信部、科技部、國家發(fā)改委《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》提出逐步擴大燃料電池汽車試點示范范圍。

氫燃料汽車成為新能源風口。胡慶明 攝

在相關部門的組織下，我國已經(jīng)發(fā)布了關于燃料電池汽車的發(fā)展規(guī)劃，描繪了我國氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化未來幾十年的發(fā)展藍圖。由中國標準化研究院和全國氫能標準化技術委員會聯(lián)合組織編著的《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎設施發(fā)展藍皮書（2016）》，首次提出了我國氫能產(chǎn)業(yè)基礎設施的發(fā)展路線和技術發(fā)展路線圖：到2020年，全國加氫站達到100座以上，燃料電池汽車達到1萬輛，氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值目標為3000億元以上；到2030年，全國加氫站達到1000座以上，燃料電池汽車達到200萬輛，氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值目標為1萬億元以上；到2050年，加氫站網(wǎng)絡構建完成，全國燃料電池汽車達到1000萬輛，氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值目標達到4萬億元以上。

在國家政策的驅(qū)動下，燃料電池及燃料電池汽車技術近年來取得突破進展，隨著更多的資本和企業(yè)持續(xù)投入開展燃料電池及燃料電池汽車研發(fā)，燃料電池及燃料電池汽車成本顯著下降，燃料電池汽車在動力性、安全性、續(xù)航里程、低溫啟動等性能指標已接近商業(yè)化水平。氫能技術在美國、日本、歐盟等國家和地區(qū)已進入系統(tǒng)應用階段，然而我國氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)仍處于產(chǎn)業(yè)化初期，相比之下我國燃料電池及燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展落后不少。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會提供的數(shù)據(jù)，2018年燃料電池汽車產(chǎn)銷為1527輛，僅占當年新能源汽車產(chǎn)銷量的1.2%；全國燃料電池汽車累計保有量遠未達到1萬輛，而且?guī)缀醵际强蛙?、貨車等商用車。有關統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2018年底，國內(nèi)在運營加氫站僅23座。對比美國，截至2019年4月1日，美國燃料電池汽車已售出或租出6315輛，運營的燃料電池巴士達30輛；而加氫站方面，截至3月26日，僅加利福尼亞州在運營零售加氫站就達到39座。

氫能汽車發(fā)展面臨四大瓶頸

發(fā)展氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)的系統(tǒng)規(guī)劃的缺位，政府協(xié)調(diào)統(tǒng)籌潛力未充分發(fā)揮，這是目前制約燃料電池汽車發(fā)展的最大瓶頸。氫能是一種清潔、高效、安全的二次能源，燃料電池是清潔高效利用氫能的最佳方式，發(fā)展氫能可以實現(xiàn)能源生產(chǎn)和能源消費的變革，應該將氫能源納入國家整體能源體系，從構建氫能社會、打造氫能經(jīng)濟出發(fā)，在國務院層面制定國家氫能發(fā)展戰(zhàn)略和路線圖。如果僅僅局限于燃料電池汽車單一應用層面發(fā)展，接下來肯定還會遇到更多頭痛醫(yī)頭腳痛醫(yī)腳的問題，像類似氫氣應該繼續(xù)執(zhí)行危化品管理還是執(zhí)行能源屬性管理這樣的問題，都沒有辦法從根本上得到解決。而只有從國家戰(zhàn)略層面統(tǒng)籌氫能發(fā)展和定位，從氫能在整體能源體系中發(fā)揮重要作用出發(fā)，才能理順發(fā)展氫能體制機制上的一系列問題。日本將發(fā)展氫能源放到國家基本戰(zhàn)略的地位，明確經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)?。ㄏ喈斢谖覀儑业陌l(fā)改委）作為推動氫能發(fā)展的主導部門，從氫燃料電池汽車、家用燃料電池熱電聯(lián)供系統(tǒng)（ENE-FARM）等多個應用方向同時施策推動，積極跟進產(chǎn)業(yè)和技術發(fā)展，及時修訂、調(diào)整氫能路線圖，為氫能產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展提供政策協(xié)調(diào)和保駕護航。日本在發(fā)展氫能源及氫燃料電池汽車方面的這些措施和做法值得我們借鑒。

加氫站基礎設施建設推進緩慢，加氫站建設運營舉步維艱，這是制約燃料電池汽車當前發(fā)展的第二個關鍵瓶頸。加氫站是氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化不可缺少的基礎設施，而目前在用的加氫站寥寥無幾，加氫站的投資建設運營面臨諸多困難和挑戰(zhàn)。一是加氫站建設的頂層政策缺失，沒有全國統(tǒng)一配套的加氫站建設規(guī)劃，加氫站的主管部門不明確、國家層面加氫站建設補貼政策不連續(xù)，在加氫站用地規(guī)劃、土地性質(zhì)、建設審批、建設補貼到推廣補貼等方面的扶持政策不清晰、相應制度不健全。加氫站建設審批流程繁復且不一致，加氫站“準生證”難以取得，需要政府層面協(xié)調(diào)推進，需要政府對加氫站管理的相關法律法規(guī)加以完善，對加氫站審批手續(xù)進行簡化使之清晰明了。二是目前加氫站建設運營成本高企。氫氣目前是作為易燃易爆品管理，那么在建設加氫站的時候，需投入額外的硬件設施，在運作過程中還要遵守更嚴苛的標準，意味著硬件成本增加，運營成本也相應增加。除了相關技術和安全要求所導致的成本提高，建設加氫站所需的關鍵部件如傳感器、減壓器、瓶口閥、壓縮機等核心產(chǎn)品的技術儲備薄弱，大多依賴進口也進一步推高了加氫站的投資費用。目前建設一座加氫站僅設備成本就在1000萬元以上，基礎設備技術標準的不統(tǒng)一又會使整體成本進一步上升。另外，目前階段燃料電池汽車處于起步階段，加氫站數(shù)量少，受限于規(guī)模和效率，也會導致加氫站的建設運營成本高企不下，短期內(nèi)無法平衡現(xiàn)金流。

國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)鏈，特別是氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈尚不完整，一些關鍵材料和核心零部件還依賴國外進口，導致車用燃料電池系統(tǒng)的整體成本相對較高，這是制約燃料電池汽車發(fā)展的第三個瓶頸。燃料電池中的一個關鍵材料——質(zhì)子交換膜，目前雖然國內(nèi)有企業(yè)已經(jīng)研發(fā)出來，但使用比較穩(wěn)定可靠的還是依賴國外進口。燃料電池輔助系統(tǒng)中的一個核心零部件空壓機，目前主要依賴進口，價格較高。當然隨著國內(nèi)幾家公司引進國外技術在國內(nèi)生產(chǎn)，相信價格可以逐步下降。由于燃料電池汽車的保有數(shù)量比較少，氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，因此如果國家層面制定氫能戰(zhàn)略，從氫燃料電池的多個應用場景同時推動發(fā)展，就可以相互促進形成合力將燃料電池產(chǎn)業(yè)的整體規(guī)模和產(chǎn)業(yè)鏈培育起來，就能促進氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)成本快速下降。日本政府最近幾年推廣家庭用燃料電池熱電聯(lián)供系統(tǒng)（ENE-FARM）幾十萬套，通過家用燃料電池訂單帶動了車用燃料電池的發(fā)展，促進培育了日本國內(nèi)的氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈。

氫能及燃料電池技術作為近幾年才逐漸進入人們視野的新能源科技，人們對氫能技術的了解不多，甚至還對氫能存在一些誤解，這是阻礙燃料電池汽車發(fā)展的第四個瓶頸。首先，氫氣目前是作為危化品管理，很多人因此對氫能源產(chǎn)生誤解，以為氫能源就是氫彈，其實完全是兩回事。其次，人們對車載氫瓶的安全性了解不多，對燃料電池汽車上使用的氫瓶產(chǎn)生不必要的擔心。在燃料電池汽車中，氫氣以35～70兆帕的壓力儲存在專用氫瓶中。車載氫瓶屬于壓力容器、特種設備，生產(chǎn)廠家和氫瓶產(chǎn)品都要接受國家質(zhì)檢部門的管理，儲氫瓶在出廠投入使用前要經(jīng)過嚴苛的安全檢驗，實施過破裂、火焰、射擊、跌落等接近20項的安全測試。幾十年來氫氣一直被用于石油化工、煉油、半導體和食品加工等工業(yè)領域，很多安全管理方面的專業(yè)知識已經(jīng)得以積累。根據(jù)美國和韓國的有關技術團體評估，氫氣與汽油和天然氣相比，其綜合性危險度是最小的。如果對氫能的安全性了解不夠甚至產(chǎn)生誤解，將對氫能技術的推廣應用產(chǎn)生非常不利的影響，因此非常有必要加強氫能與燃料電池技術、安全性方面的科普及宣傳，為氫能先進技術的大規(guī)模普及應用鋪平道路。這除了需要政府科技部門作為工作職責加強氫能科普，氫能產(chǎn)業(yè)鏈上的相關企業(yè)也要配合政府科技部門，積極投入公眾知識普及，提高氫能源的公眾認知，為行業(yè)的健康發(fā)展創(chuàng)造良好的認知氛圍。

氫能汽車商業(yè)化可期

自豐田公司于2015年發(fā)布氫燃料電池汽車Mirai以來，燃料電池汽車就受到全球汽車行業(yè)的廣泛關注，其氫能源動力的概念已經(jīng)深入人心，被認為是汽車動力的終極發(fā)展目標。燃料電池汽車與鋰電池汽車相比，具有能量密度更高（單位體積能量密度約為鋰電池的7倍以上）、續(xù)航里程長（單次加氫至少續(xù)航500公里以上）、加注時間快（加氫時間為3～5分鐘）等優(yōu)勢，并能夠通過可再生能源制氫的綠色方式實現(xiàn)汽車真正意義上的“零排放”。豐田汽車Mirai上市以來，國內(nèi)汽車行業(yè)對于Mirai的氫動力概念已經(jīng)取得了普遍的理解和共識，在國家《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》《中國制造2025》等政策文件明確定位國家發(fā)展燃料電池的戰(zhàn)略方向之后，國內(nèi)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進入了蓬勃發(fā)展期，2018年更是被稱為氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的元年。

2019年4月16日，福田汽車在第十八屆上海國際汽車工業(yè)展覽會上展出的歐馬可智藍車型是為京東物流生產(chǎn)的氫能源物流車。視覺中國 供圖

在第四次工業(yè)革命大潮的裹挾下，氫能與燃料電池汽車能夠引起世界各國的廣泛矚目并非偶然。如果把目光放到最近5～10年全球科技前沿最重要的技術變革：萬物互聯(lián)傳感器技術和人工智能技術的發(fā)展進入一個全新的階段，燃料電池技術的量產(chǎn)及產(chǎn)品成本的下降，這三項技術的成熟，使得燃料電池汽車成為大眾普及品變得觸手可及，而且有了這三項技術的支持，能源系統(tǒng)的調(diào)整得到了內(nèi)生性的推動力量。氫能行業(yè)不僅包括后端燃料電池及應用領域，更為重要的是包括前端的制氫、儲氫、運氫、加氫等環(huán)節(jié)。我國氫氣來源廣泛，各地根據(jù)當?shù)刭Y源稟賦布局前端環(huán)節(jié)，在能源端打通了可再生能源和傳統(tǒng)化石能源的通道，增加了能源來源的多樣性，這才是氫能源無論對于能源安全還是節(jié)能環(huán)保所帶來的更重要意義。

2030年之后，新能源汽車將形成純電動、插電混動、燃料電池三足鼎立之勢。燃料電池是發(fā)電裝置，而鋰電池是電力儲能裝置，未來兩者更多的是互補關系。目前，鋰電池汽車更適合乘用車領域，而燃料電池汽車適合有載重、長續(xù)航要求的交通領域。經(jīng)過全世界幾十年的研發(fā)與積累，燃料電池系統(tǒng)與零部件從技術和成本上已經(jīng)到了可以商業(yè)化的地步。根據(jù)國際能源署和日經(jīng)BP清潔技術研究所的預測，2030年全球燃料電池汽車銷量將達到350萬輛，占新能源汽車銷量的10%。2030年之后，燃料電池汽車的市場份額還會繼續(xù)擴大，同時鋰電純電動汽車銷量占比將出現(xiàn)拐點。到2050年，純電動、插電混動、燃料電池汽車將形成三分天下之勢。