氫出于藍 氫能前景可期

李雪嬌

“水氫發(fā)動機在南陽正式下線，這意味著車載水可以實時制取氫氣，車輛只需加水即可行駛。”5月23日，河南《南陽日報》一篇題為《水氫發(fā)動機在南陽下線，市委書記點贊！》的報道直登微博熱搜榜，引起大范圍討論。

雖然技術(shù)落地、公司資質(zhì)、政府支持的質(zhì)疑掀起了更大的的爭議，但隨著氫能利用技術(shù)發(fā)展成熟，氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在世界各國備受關(guān)注。從原始社會的秸稈茅草，到蒸汽革命的機器混戰(zhàn)，再到電氣時代的信息交互，可以說，人類社會的發(fā)展是隨著能源的進步而進步的。根據(jù)科學調(diào)查，能源更替的歷史是從固體到液體再到氣體的過程，氫氣與天然氣同為氣體，因此在能源應用給了世人更多想象的空間。

“氫”出于“藍”

氫，在化學元素周期表位于第一位，在燃燒時產(chǎn)生水，英國化學家亨利·卡文迪便用拉丁文把它命名為“水的生成者”。氫氣是一種無色透明、無臭無味的氣體。氫能是指氫和氧進行化學反應所釋放出的化學能，熱量相當于汽油的三倍，是一種清潔的二次能源。

“21世紀初葉人類正面臨的兩大危機：一是人為因素導致的氣候變化是真實存在的，至21世紀末，氣溫的升高將會呈現(xiàn)一個相當大的幅度，并將會給人類、動物、植物以及人類文化遺產(chǎn)帶來災難性的后果。二是傳統(tǒng)化石能源或核能源燃料被少數(shù)幾個國家寡頭壟斷的情況正不斷加劇，這不利于大多數(shù)國家利用能源?！边@是摘自2006年11月，國際氫能界的主要科學家聯(lián)名向加拿大、法國、德國、美國等八國集團領(lǐng)導人以及聯(lián)合國相關(guān)部門負責人提交的《百年備忘錄》選段。

氫能作為“究極能源”，無疑是最優(yōu)方案，對全球戰(zhàn)略發(fā)展的意義無需贅述。氫能具有來源廣、燃燒熱值高、能量密度大、可儲存、可再生、可電可燃、零污染、零碳排等優(yōu)點，它將為人類提供足夠的清潔能源。

早在20世紀70年代，美國就成功將燃料電池應用于雙子星五號太空船和“阿波羅”登月飛船，成為第一個實現(xiàn)氫能源技術(shù)應用的國家。然而20世紀末期至21世紀初期，因成本問題，氫能源技術(shù)的發(fā)展近乎停滯。直到2014年日本氫燃料電池技術(shù)取得突破，加上石油、煤炭等能源的儲量逐漸減少導致能源緊缺，各國想象中的“氫能社會”被重拾歷史舞臺，氫能源也重新受到重視。

日前，山東氫能汽車運營公司相關(guān)負責人表示，氫能物流車的續(xù)航里程可達400公里，運行過程中唯一的產(chǎn)物是水，可以做到污染物零排放。在山東省德州市經(jīng)開區(qū)，《經(jīng)濟》雜志、經(jīng)濟網(wǎng)記者坐在氫燃料電池物流車上清晰地感受到：氫能，未來已來。

“氫”裝上陣

“推進充電、加氫等設施建設”，2019年氫能首次被寫入《政府工作報告》。時間向后推移十幾天，在博鰲亞洲論壇2019年年會上，國務院總理李克強首次提出發(fā)展氫燃料電池行業(yè)。高層密集發(fā)聲后，我國氫能產(chǎn)業(yè)一片火熱，而這把火一直持續(xù)到現(xiàn)在。

據(jù)記者不完全統(tǒng)計，北京、上海、浙江、山東、廣州等地都在開展氫能應用示范園區(qū)建設，大力支持燃料電池系統(tǒng)及核心部件技術(shù)攻關(guān)，推進氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化，爭當中國“氫能之都”，一場氫能產(chǎn)業(yè)拉力賽正在如火如荼地進行中。

南京大學現(xiàn)代工程與應用科學學院教授劉建國在接受《經(jīng)濟》雜志、經(jīng)濟網(wǎng)記者采訪時表示，本世紀初在國家政策的大力支持下，我國的氫能和燃料電池技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，并且燃料電池汽車示范應用在2008年-2010年間達到了一個高潮。

2008年的北京奧運會倡導“綠色奧運”，以氫燃料電池為動力的客車試運行在北京的部分公交路線，而2010年上海世博會將190多輛燃料電池車投入到交通服務中，進一步驗證了燃料電池技術(shù)的可行性。盡管后面因為各種原因，中國的燃料電池行業(yè)沉寂了一段時間，但不可否認這兩次大規(guī)模的應用示范為今天燃料電池產(chǎn)業(yè)化推進打下了人才和技術(shù)的基礎。

盡管燃料電池在世博會之后的發(fā)展碰到了很多困難，但劉建國在擔任南京大學昆山創(chuàng)新研究院執(zhí)行院長期間，一直堅持燃料電池研發(fā)，并開始嘗試燃料電池技術(shù)的應用。通過多年的努力，劉建國團隊建設了具有國家CMA、CNAS標識的燃料電池專業(yè)檢測實驗室-南京大學昆山創(chuàng)新研究院檢測檢驗中心，這也是目前國內(nèi)最早也是迄今為止檢測項目最全的燃料電池檢測實驗室。劉建國坦言，那時的燃料電池行業(yè)比鋰電池市場落寞許多。由于國際上尤其是美國對燃料電池政策的調(diào)整，以及燃料電池成本高和供氫網(wǎng)路的高難度，鋰電池在新能源汽車的應用更加“受寵”，燃料電池技術(shù)作為氫能產(chǎn)業(yè)商業(yè)化應用的重要領(lǐng)域，就像苦練才藝的女子，還沒有驚艷亮相就被束之高閣。

“當時很多人都轉(zhuǎn)向鋰電池或儲能電池了，他們認為燃料電池離商用還有很長一段距離?！痹谛袠I(yè)信心不足的情況下，劉建國仍舊看好燃料電池的未來，一直在堅持燃料電池的研發(fā)工作?！拔蚁嘈畔U伏是爆發(fā)前必要的階段，這個過程不能省略，總要有人去實踐、去嘗試，才能推進燃料電池發(fā)展?！?/p>

不過短短幾年時間，鋰電池相繼出現(xiàn)續(xù)航能力、安全問題、電池回收以及騙補蹭補等事件，加上日本燃料電池技術(shù)取得重大突破，氫燃料電池汽車相比于純電動汽車有非常明顯的優(yōu)勢，中國開始奮起直追燃料電池產(chǎn)業(yè)。

2014年，日本豐田汽車發(fā)售燃料電池汽車“Mirai”，同時宣布燃料電池技術(shù)取得重大突破，氫燃料電池動力相比于鋰電池在長航時乘用車以及重卡方向上表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，各國開始布局氫能與燃料電池，再次掀起了燃料電池的一個新的高潮。劉建國說，這次不再簡單是技術(shù)上的示范，而是在區(qū)域范圍內(nèi)的大規(guī)模示范，同時全球共同探索燃料電池產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化。到現(xiàn)在為止，全世界燃料電池汽車已經(jīng)超過1萬臺，加氫站超過300座，而且這個速度還在不斷增長。

“氫”有獨鐘

“燃料電池與常規(guī)電池不同，它的燃料和氧化劑不是貯存在電池內(nèi)部，而是儲存在電池外部的裝置中?！敝袊|(zhì)量認證中心新能源產(chǎn)品認證部高級工程師、中國電器工業(yè)協(xié)會燃料電池分會副秘書長王剛告訴《經(jīng)濟》雜志、經(jīng)濟網(wǎng)記者，燃料電池技術(shù)屬于電化學反應，不燃燒，不受卡諾循環(huán)限制，其能量轉(zhuǎn)換效率相對較高。

“我經(jīng)常把燃料電池技術(shù)比喻成是一個煤氣灶，只要外面有源源不斷的原料進來，它就可以不斷地發(fā)電?！蓖鮿偤唵谓榻B了燃料電池的工作原理，實際上，燃料電池是一種水電解的逆過程，在催化劑的作用下，氫氣被分解成電子和氫離子，氫離子通過質(zhì)子交換膜到達氧氣側(cè)，電子通過外電路定向流動、作功。又在催化劑的作用下，氧氣、氫離子、電子進行反應，生成水，電子的定向流動而對外供應電能。

“燃料電池技術(shù)的優(yōu)點有很多，除高效外，它還具有良好的環(huán)境友好性。因為它的產(chǎn)物理論上只是水，不對外排放，所以可以大大減少對大氣的污染。這也是各國都在積極發(fā)展燃料電池技術(shù)的原因之一?！绷硗?，王剛說，報廢的燃料電池，在壽命到期后其零部件經(jīng)處理還是可以再利用的?！耙驗槿剂想姵乩锩鎺讉€核心的部件，像碳板、雙極板經(jīng)一定的處理可以直接二次使用，涂在碳紙上的催化劑通過燒結(jié)可以將催化劑進行提煉，如果是催化劑涂在膜上的，可以用高壓釜把它再提煉出來?！贝呋瘎┍惶釤挸鰜砗?，它的質(zhì)子交換膜也被融化了，形成新的可利用溶液，因此燃料電池的全生命周期是很少或沒有污染物的。相比而言，鋰電池和其他鉛酸電池，回收過程需要非常復雜的工藝，對環(huán)境有很多的影響，帶來新的環(huán)保問題。

佛山（云浮）氫能產(chǎn)業(yè)與新材料發(fā)展研究院常務副院長劉志祥向《經(jīng)濟》雜志、經(jīng)濟網(wǎng)記者談到燃料電池行業(yè)變化時表示，近年來人們對于氫能和燃料電池的了解程度有了極大程度地提高。越來越多的企業(yè)和地方政府對燃料電池技術(shù)及發(fā)展表達出更多見解，而并不局限在基礎概念。

按照《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎設施發(fā)展藍皮書》提出的目標，到2020年，中國燃料電池車輛要達到1萬輛、加氫站數(shù)量達到100座，行業(yè)總產(chǎn)值達到3000億元。到2030年，燃料電池車輛保有量要“撞線”200萬，加氫站數(shù)量達到1000座，產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將突破1萬億元。發(fā)展氫能燃料電池技術(shù)，已被寫入《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中。

“以前，由于沒有形成批量化產(chǎn)品，尋找燃料電池零部件供應商很難，尋找整車企業(yè)進行裝車驗證更難;而現(xiàn)在，零部件生產(chǎn)企業(yè)愿意主動與燃料電池生產(chǎn)企業(yè)合作，開發(fā)零部件，整車企業(yè)也愿意與燃料電池生產(chǎn)企業(yè)合作開發(fā)整車?！眲⒅鞠橛H身感受到，越來越多上下游企業(yè)積極布局燃料電池的整體產(chǎn)業(yè)鏈，燃料電池行業(yè)真正走向?qū)嶋H應用，產(chǎn)品逐漸走向成熟?！耙苑鹕綖槔?，每天燃料電池公交車在正常載客運行，而不是試驗運行或示范運行，讓老百姓能實實在在地感受到其優(yōu)點，車輛的技術(shù)問題也在逐步得以解決?！?/p>

“氫”難兩全

截至2018年底，我國氫燃料電池汽車大約運行近千輛。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會最新發(fā)布的數(shù)據(jù)，2018年商用車新增了1500多輛氫燃料電池汽車，其中客車1400多輛、貨車100多輛，數(shù)據(jù)表明，燃料電池的產(chǎn)業(yè)化開始起步。

盡管氫能源汽車行業(yè)前景一片光明，作為氫燃料電池汽車的配套設施，加氫站的建設卻不容樂觀。

近日，在挪威桑特維卡，Uno-X公司的一座加氫站發(fā)生爆炸并起火。這座城市繁忙的交叉路口一度因為此次爆炸而被迫關(guān)閉。此后，Uno-X在挪威的另外兩座加氫站暫時關(guān)閉，負責運營的公司暫時停止對挪威、丹麥等國家的氫燃料供給業(yè)務。甚至，豐田和現(xiàn)代汽車也暫停了氫燃料電池汽車在挪威的銷售。

只要按照標準規(guī)范和法規(guī)生產(chǎn)、存儲及使用，氫的安全是可以得到保障的。遺憾的是，今年5月，韓國江原道江陵市發(fā)生氫燃料儲存罐爆炸事件，造成2人死亡，6人受傷。6月初，美國加州一處化工廠儲氫罐和氫氣運輸拖車發(fā)生爆炸和火災，幸好沒有人員傷亡。這一連串事件公眾很難不會將加氫站建設聯(lián)系起來。

對于安全問題，王剛認為無需過分擔憂，“氫氣是世界上已知的密度最小的氣體，假設氫氣罐被打漏，氫氣受到壓力釋放出去，會向上擴散，與汽油不同，氫氣不會下沉燃燒，所以氫氣要比汽油更安全?！钡瑫r，王剛提出自己另外的顧慮：目前國內(nèi)加氫站的建設多是以示范形式建設，還沒有一套國家統(tǒng)一的審批管理流程，行業(yè)發(fā)展亟待解決這個問題。

除此之外，劉建國表示，高壓儲氫是目前主流的存儲方式。根據(jù)制氫方式不同，成本不一樣，目前大多數(shù)氫氣出廠價格在每公斤30元-35元左右，加上運輸與管理費用，氫氣市場價格基本在每公斤60元左右?！皻錃鈨r格還是處在折中磨合階段。以家用轎車為例，5公斤氫氣可以提供500公里續(xù)航里程，這與燃油車同等續(xù)航所需費用相當，但費用高于純電池新能源汽車?！睆氖袌鰬媒嵌确治?，燃料電池行業(yè)的發(fā)展，需要不斷降低氫氣成本。劉建國認為，短期來看，燃料電池續(xù)航能力更強、壽命更長，具有發(fā)展前景;中期來看，燃料電池行業(yè)發(fā)展取決于氫氣基礎設施的普及，這不僅包括儲氫、運氫和加氫的成本，還取決于各項法律法規(guī)的重新梳理，為氫氣大規(guī)模應用奠定基礎;長期來看，燃料電池產(chǎn)業(yè)取決于氫氣價格，只有氫氣的價格和電力的價格相當，才有可能在未來配合可再生能源發(fā)展進行大規(guī)模普及。

“氫”路漫漫

2003年，時任美國總統(tǒng)布什宣布對于保護環(huán)境方面必須邁出關(guān)鍵的一步。他將啟動一項耗資12億美元的計劃在全國范圍內(nèi)發(fā)展氫能源的基礎建設，即建立一個連接東海岸和西海岸的網(wǎng)絡，生產(chǎn)和運送能夠為數(shù)百萬輛使用燃料電池的汽車提供能源的氫。他曾承諾：“我們的科學家和工程師們將克服各種困難，把這樣的汽車從實驗室?guī)У秸故緩d，這樣今天出生的孩子們駕駛的第一輛車將由氫提供能源，沒有污染?！庇媱澋牡谝浑A段為期兩年，花費了7.2億美元，可現(xiàn)在看來，實現(xiàn)繁榮的氫能源經(jīng)濟還遠未成功。

湖北電動汽車專委會秘書長鄧亞東對《經(jīng)濟》雜志、經(jīng)濟網(wǎng)記者分析稱，以最受公眾關(guān)注的氫能源汽車為例，發(fā)展進度緩慢一是技術(shù)成熟度問題。燃料電池的科學問題早就不是問題，燃料電池技術(shù)是電解水的逆過程，依賴電解質(zhì)完成氫質(zhì)子交換，實現(xiàn)發(fā)電功能。但這種電化學過程的效率，對電池材料的耐久性、電解質(zhì)和催化層的材料制造工藝要求很高，也對氫氧氣體純凈度要求很高，加之車載氫燃料系統(tǒng)的高能量密度要求，使得燃料電池汽車驅(qū)動系統(tǒng)成本很高，因此車載燃料電池系統(tǒng)的技術(shù)標準還在探索和完善。二是氫能源技術(shù)和市場體系問題。氫是清潔高效的能源無可非議，但從全球能源體系角度來看，氫并沒有成為像石油、天然氣、煤炭、電力那樣被廣泛工業(yè)應用，沒有形成系統(tǒng)性的全球能源資源和體系，可以說，氫能源現(xiàn)在是被燃料電池汽車的開發(fā)“炒”起來了?！翱傮w來說，燃料電池汽車是成熟的氫能源和車載燃料電池系統(tǒng)的集成，不能一蹴而就，是需要時間的。”鄧亞東表示，目前，建一座制氫加氫站，裝一批集成度并不高的燃料電池汽車，運行一條示范路線是可以做到的，但大量商業(yè)應用還有待時日。

在山東省德州市經(jīng)開區(qū)的氫氣站，《經(jīng)濟》雜志、經(jīng)濟網(wǎng)記者從工作人員口中得知，今年以來，迎來了一批又一批來自五湖四海的考察團。然而在概念大熱的外表之下，資本對于加氫站的投入，罕見地保持著謹慎的態(tài)度。

一邊是想象中的氫能社會，另一邊是現(xiàn)實帶來的種種壓力。受訪專家認為，氫燃料電池汽車最大的問題是加氫站的成本。劉建國說，有些地區(qū)，僅一個加氫站的土地成本就高達數(shù)千萬元?！耙驗榧託湔拘枰虡I(yè)用地，安全距離要求很高，一般要三五畝地大小?！?/p>

實際上，燃料電池技術(shù)在電動汽車上的應用受到了全世界的關(guān)注，基本上世界所有的汽車公司都在往這個方向發(fā)展，氫能及燃料電池技術(shù)應用非常廣泛，動力電源、熱電聯(lián)供、移動電源、分布式電站等領(lǐng)域都有示范運行或規(guī)?；茝V，未來游覽車、無人機、潛艇，甚至小到玩具，都可以使用燃料電池技術(shù)。

在王剛看來，國內(nèi)氫燃料電池對比國外產(chǎn)品，尤其是日韓及歐美的一些公司還有一定差距，還處在追趕的狀態(tài)?！爱斎贿@里說的國外公司，是排在最前面的公司，并不是指國外所有公司的產(chǎn)品都比國內(nèi)的好。但是，這種差距正在明顯縮小。”我們國內(nèi)一些公司產(chǎn)品現(xiàn)在做得也非常好，有些核心部件，例如膜、MEA等已經(jīng)在幾年前就開始向國外出口，并得到海外用戶的好評。在電堆技術(shù)上，國內(nèi)部分公司已經(jīng)做到了5000小時穩(wěn)定運行。

“燃料電池整個產(chǎn)業(yè)鏈非常長，涉及的技術(shù)領(lǐng)域也很廣，產(chǎn)業(yè)的門檻自然就被抬高。但隨著這么多年來的發(fā)展，全產(chǎn)業(yè)鏈上的各個環(huán)節(jié)要點，都有國內(nèi)團隊在進行研究。80%-90%燃料電池系統(tǒng)核心零部件，從基礎的質(zhì)子交換膜、催化劑、MEA、雙極板，到電堆、系統(tǒng)，再到整車，國內(nèi)都可以生產(chǎn)。只是在具體的某些指標上，與世界頂級產(chǎn)品相比，我們還有提升的空間，例如，鉑用量、體積比功率等?！蓖鮿?cè)缡钦f。

另外，國內(nèi)有些企業(yè)已經(jīng)建成或正在建自動化生產(chǎn)線，通過自動化生產(chǎn)線生產(chǎn)的產(chǎn)品除了提高產(chǎn)品一致性外，更重要的是說明這個行業(yè)正在從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化，也說明我們初步掌握了工藝技術(shù)。

據(jù)測算，到2030年我國氫能汽車產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值有望突破萬億元。上汽大通、宇通客車、中通客車、比亞迪、金龍汽車、北汽集團、福田汽車等商用車企業(yè)都緊盯氫燃料這片“新藍海”。其中加氫站建設不乏“國家隊”的加入。通過這些車輛的生產(chǎn)、使用，為氫能產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)了一批相關(guān)人才，累積了很多技術(shù)數(shù)據(jù)。

劉志祥坦言，目前整體市場環(huán)境仍然有待提高?！叭剂想姵爻杀揪痈卟幌?，這使得燃料電池行業(yè)在高額補貼前提下才有商業(yè)模式可言。但是，高額的地方補貼為地方政府帶來較大的財政壓力?！眲⒅鞠楸硎?，地方政府給予企業(yè)地方補貼的前提是產(chǎn)業(yè)到地方落地生產(chǎn)，為地方經(jīng)濟發(fā)展做出貢獻。在此模式下，地方政府以公交車、特種車等市場訂單作為籌碼換取產(chǎn)業(yè)落地，但所給市場訂單不能滿足企業(yè)產(chǎn)能落地的長期發(fā)展，帶來了各個地方重復投資、低水平投資的現(xiàn)象。“一方面企業(yè)已形成產(chǎn)能無法得以充分釋放，另一方面企業(yè)不得不四處尋找更大的市場進行產(chǎn)業(yè)落地投資。這個現(xiàn)象繼續(xù)梳理，否則會影響產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展?！?/p>

王剛建議，燃料電池技術(shù)還屬于比較前沿的科技，世界上還沒有大范圍推廣。只要我們?nèi)サ舾≡?，潛心研究，攻克更多的技術(shù)難點，相信我國一定不會在氫燃料電池行業(yè)輸給任何國家，也不會被任何國家“卡住”脖子。

一位不愿透露姓名的業(yè)內(nèi)專家向《經(jīng)濟》雜志、經(jīng)濟網(wǎng)記者表示，現(xiàn)在的政策是針對燃料電池電動汽車這一個具體產(chǎn)品，通過對補貼帶動整個燃料電池行業(yè)的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?，F(xiàn)階段應用反響非常好的產(chǎn)品，例如燃料電池的叉車、熱電聯(lián)供、集中式電站、無人機等并不在補貼的范圍內(nèi)，但這些產(chǎn)品中或多或少可以減少對大型加氫站的依賴。如果對這些產(chǎn)品進行補貼是否可以更好地加快燃料電池技術(shù)的發(fā)展？這就需要我們討論一個問題。燃料電池應用廣泛，因此建議國家可以在政策上對應用燃料電池技術(shù)的更多產(chǎn)品進行補貼，可以是商用汽車、叉車、熱電聯(lián)供、集中式電站、通訊基站備用電源、無人機等。