避重就“氫”會成未來趨勢嗎？

江镕?馮蕓清

在2019年11月份印制的《能源統(tǒng)計(jì)報(bào)表制度》里，國家統(tǒng)計(jì)局要求，氫氣和煤炭、天然氣、原油、電力、生物燃料等一起，納入2020年能源統(tǒng)計(jì)。

國家統(tǒng)計(jì)局將氫氣作為能源的一種，跟煤炭石油天然氣等并列，一起納入能源統(tǒng)計(jì)，信號意義明顯——中國是富煤貧油少氣的能源結(jié)構(gòu)，制約了能源安全和實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立，而氫能源是實(shí)現(xiàn)替代化石能源的有效載體，這意味著一個(gè)影響人類命運(yùn)發(fā)展和生存環(huán)境的新時(shí)代或許將要到來。

事實(shí)上，在京津冀、長三角和珠三角地區(qū)，氫能產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，氫能已有成為國內(nèi)清潔能源新風(fēng)口的架勢。

在珠三角，廣州從2017年就已經(jīng)開始著手發(fā)展氫能源產(chǎn)業(yè)，2020年7月30日頒布了《廣州市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2019—2030）》（以下簡稱《廣州氫能規(guī)劃》），成為國內(nèi)首個(gè)將氫能列入能源系統(tǒng)來統(tǒng)籌謀劃氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的城市。

最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?/p>

氫是自然界存在最普遍的元素。據(jù)估計(jì)，它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%，除空氣中含有氫氣外，它主要以化合物的形態(tài)貯存于水中。而水是地球上最廣泛的物質(zhì)，據(jù)推算，如果把海水中的氫全部提取出來，它們所能產(chǎn)生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大9000倍。

而且氫本身無毒，與其他燃料相比，氫燃燒時(shí)十分清潔，除生成水和少量氨氣外，不會產(chǎn)生諸如一氧化碳、二氧化碳、碳?xì)浠衔铩U化物和粉塵顆粒等污染物質(zhì)。少量的氨氣經(jīng)過適當(dāng)處理也不會污染環(huán)境，燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫，反復(fù)循環(huán)使用。

因而氫能被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础Ｊ聦?shí)上，人類對氫能應(yīng)用自200年前就產(chǎn)生了興趣，20世紀(jì)70年代以來，世界上許多國家和地區(qū)更是廣泛開展了氫能研究。

近年來，歐洲、美國、日本、韓國都相繼發(fā)布了氫能源規(guī)劃。根據(jù)規(guī)劃，到2030年時(shí)，歐洲氫能汽車將達(dá)到500萬臺，氫能供暖進(jìn)入1300萬戶家庭。

日韓已經(jīng)把氫能源發(fā)展作為國家經(jīng)濟(jì)增長極來培育，日本計(jì)劃到2030年對于燃料電池的開發(fā)投入將達(dá)到1萬億日元。

2016年，美國在燃料電池和氫能源方面的研發(fā)投入就已經(jīng)超過了7600萬美元，目前在加州已建成31個(gè)加氫站，計(jì)劃2023年將建設(shè)超過100個(gè)加氫站。

我國作為世界第一產(chǎn)氫大國，產(chǎn)能超過2000萬噸/年。煤、天然氣、石油等化石燃料生產(chǎn)的氫氣占了將近70%，工業(yè)副產(chǎn)氣體制得氫氣約占30%，電解水占不到1%。我國制氫潛力巨大，煤炭、天然氣制氫幾乎不受資源約束，焦炭、氯堿、甲醇、合成氨的副產(chǎn)氫氣產(chǎn)能也超過千萬噸，2018年全國可再生能源棄電量為1023億千瓦時(shí)，理論制氫潛力達(dá)到186萬噸。

氫能源發(fā)展與國家能源安全戰(zhàn)略、綠色高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略高度協(xié)同。全國政協(xié)人口資源環(huán)境委員會委員，國家能源投資集團(tuán)有限公司董事、總經(jīng)理，中國工程院院士凌文在2019年就曾提出：建議將氫能納入能源體系，制定發(fā)展戰(zhàn)略。凌文認(rèn)為，氫能開發(fā)與利用是能源清潔化發(fā)展的重要方向。在優(yōu)化能源系統(tǒng)方面，氫能作為一種二次能源，可實(shí)現(xiàn)多異質(zhì)能源跨地域和跨季節(jié)的優(yōu)化配置，形成可持續(xù)高彈性的創(chuàng)新型多能互補(bǔ)系統(tǒng)。

目前全國30多個(gè)省市相繼出臺了氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，中國氫能聯(lián)盟發(fā)布的《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》指出，預(yù)計(jì)2020年至2025年間，中國氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達(dá)到1萬億元，氫能源車數(shù)量達(dá)到5萬輛，加氫站數(shù)量200座;2026年至2035年產(chǎn)值達(dá)到5萬億元，加氫站數(shù)量達(dá)1500座，實(shí)現(xiàn)燃料電池車1500萬輛。而根據(jù)北京、上海、廣州三市的規(guī)劃，氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比將達(dá)到總產(chǎn)值的20%以上。

截至2020年7月，全國累計(jì)建成加氫站76座，投入運(yùn)營的有52座。其中，廣東省擁有量最大，有15座運(yùn)營，17座在建。

很是引人注目的氫能汽車

在《廣州市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2019—2030）》中，廣州正式提出打造“一核、一樞紐、三基地”的產(chǎn)業(yè)布局，瞄準(zhǔn)建設(shè)大灣區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)中心、網(wǎng)絡(luò)樞紐和氫能交易中心的戰(zhàn)略定位，將廣州建成我國南部地區(qū)氫能樞紐。

按照《規(guī)劃》，到2022年，廣州市氫能產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值預(yù)計(jì)200億元以上。到2025年，初步建成廣州氫能樞紐、產(chǎn)業(yè)集聚中心和比較完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈，培育廣州氫能及燃料電池相關(guān)企業(yè)超過100家，公交、環(huán)衛(wèi)領(lǐng)域燃料電池汽車占比不低于30%，燃料電池乘用車實(shí)現(xiàn)千輛級規(guī)模的商業(yè)化推廣應(yīng)用，氫能產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值預(yù)計(jì)600億元以上。到2030年，建成加氫站100座以上，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值預(yù)計(jì)2000億元以上。

身為“探路者”，2020年6月，廣州市將15臺氫能燃料電池車投放到廣州公交388線。每天早七點(diǎn)到晚九點(diǎn)，這些公交車同時(shí)從黃埔區(qū)南崗總站與科學(xué)城南部公交總站出發(fā)，分別駛往總站，行駛距離近20公里。

這些氫能公交車的氫氣瓶安裝在車頂，車身整體高度達(dá)到3.5米，和普通公交車相比絕對屬于“大塊頭”，藍(lán)色車身上的“黃埔·氫能”字樣也十分引人注目。

據(jù)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，作為廣州市目前唯一一條氫能源車示范運(yùn)營線，車輛上線籌備工作在2019年3月便已開始?！氨M管路線不長、車輛不多，但氫能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈條長、技術(shù)門檻高，核心關(guān)鍵零部件、氫能系統(tǒng)集成、整車制造、實(shí)際承載應(yīng)用單位、氫氣供應(yīng)、氫氣加注各環(huán)節(jié)牽一發(fā)而動全身，打通上下游也很不容易?！?/p>

之所以這批公交車率先在黃埔區(qū)投放，主要緣于該區(qū)是廣州氫能產(chǎn)業(yè)的核心區(qū)。截至今年7月，黃埔區(qū)已引進(jìn)20個(gè)氫能項(xiàng)目，總投資超40億元，建成3座加氫站，并擬建設(shè)總面積近兩百公頃的國際氫能產(chǎn)業(yè)園。

388線的每輛氫能公交車每天需加13公斤左右的氫氣，位于開發(fā)區(qū)西區(qū)的廣州目前唯一試運(yùn)營的加氫站，可以保證這些公交車較為便捷地就近加氣，氣源主要來自從多地采購的工業(yè)副產(chǎn)氫。

盡管視覺上較為醒目，但只有一條線路運(yùn)行的氫能公交車卻顯得有些“孤零零”。之所以“曲高和寡”，氫氣價(jià)格貴是制約氫能產(chǎn)業(yè)大規(guī)模商用的關(guān)鍵因素。

據(jù)了解，根據(jù)原料來源和制取技術(shù)的差別，目前國內(nèi)一公斤氫氣的制取成本約為5元至30元，本身已不便宜。再經(jīng)過壓縮成高壓氣態(tài)，經(jīng)過儲運(yùn)等環(huán)節(jié)，加到汽車上不會低于70元/公斤。如果沒有補(bǔ)貼，幾乎沒有下游企業(yè)愿意負(fù)擔(dān)。

對此，負(fù)責(zé)388線運(yùn)營的廣州公交集團(tuán)第三汽車有限公司第四分公司副經(jīng)理湛錦恩坦言：除各環(huán)節(jié)企業(yè)的協(xié)作外，氫能公交車能夠上線，政府補(bǔ)貼也是重要推動力。

一臺氫能公交整車采購價(jià)約為250萬元，相當(dāng)于柴油車的5倍、純電動車的1.5倍。此外，氫氣的市場單價(jià)約為每公斤68元，行駛每公里的成本是純電動車的四倍。但在黃埔區(qū)政府的支持下，氫能公交的實(shí)際運(yùn)營成本與純電動車持平。

氫氣的成本，僅是氫能源產(chǎn)業(yè)投資成本的冰山一角。以氫能基礎(chǔ)設(shè)施加氫站為例，據(jù)美國加利福尼亞州能源局2018年的一項(xiàng)工作匯報(bào)顯示，一座外供氫高壓氫氣站的建設(shè)成本為200萬美金，液氫加氫站和電解水加氫站的成本則分別高達(dá)280萬和320萬美金。

另一方面，加氫站審批政策規(guī)定尚未完備，審批流程較為復(fù)雜，歸口管理單位和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)還不明確，各地都在摸索之中。

較為令人擔(dān)憂的技術(shù)研發(fā)

盡管看起來前景一片向好，但也必須承認(rèn)，除成本難題外，缺乏核心技術(shù)、關(guān)鍵零部件生產(chǎn)能力不夠、原材料依賴進(jìn)口等問題都是需要跨越的一道道坎。

一個(gè)業(yè)內(nèi)公認(rèn)的現(xiàn)狀是：中國氫能的發(fā)展落后世界先進(jìn)水平數(shù)年，有些領(lǐng)域甚至差距數(shù)十年。而且國內(nèi)氫能源產(chǎn)業(yè)的技術(shù)瓶頸并非僅僅存在于某項(xiàng)技術(shù)、某個(gè)環(huán)節(jié)，而是幾乎貫穿了制氫、儲氫、運(yùn)氫、加氫、用氫的整個(gè)鏈條。

這其中的原因之一就在于，氫能源產(chǎn)業(yè)本身的技術(shù)門檻較高。

在制氫方面，國內(nèi)的“灰氫（制氫過程中產(chǎn)生較多碳排放的氫能）制取技術(shù)已經(jīng)基本成熟，并擁有多項(xiàng)制氫催化劑的自主知識產(chǎn)權(quán)，但穩(wěn)定的碳捕捉和封存技術(shù)及低成本“綠氫”（制氫過程中完全無碳排放的氫能）技術(shù)仍在研發(fā)中。

氫氣的儲運(yùn)更是世界級難題。氫氣的體積能量密度小，與汽油相比，同樣是占一升空間體積，常壓氫氣的能量卻很少，儲存起來并不經(jīng)濟(jì)。國內(nèi)的主流解決方案是將氫氣壓縮成高壓氣態(tài)后運(yùn)輸，但因?yàn)闅浞肿邮亲钚〉姆肿樱瑲錃馐亲钊菀仔孤┑臍怏w，而且易燃易爆，所以這些特性使得對運(yùn)輸氣瓶瓶身、閥蓋、閥門的材質(zhì)要求異常嚴(yán)苛，稍有不慎，可能就會發(fā)生安全事故。

以目前的技術(shù)條件，國產(chǎn)氣瓶僅能儲運(yùn)35兆帕的氫氣，如果使用70兆帕氣瓶，則仍需要依賴進(jìn)口。這意味著，在搭載相同氣瓶數(shù)量的情況下，國外氫能源汽車的續(xù)航里程是國內(nèi)的兩倍，差別顯而易見。

相對樂觀的是用氫環(huán)節(jié)，當(dāng)下最為普遍的用氫方式是氫燃料電池組，又稱氫堆、電堆等。氫氣進(jìn)入氫堆后，會和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成電離子，產(chǎn)生動力。目前，日本在氫能燃料電池領(lǐng)域擁有的優(yōu)先權(quán)專利占全球的50%左右，并在多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先。

國內(nèi)雖起步較晚，但近幾年進(jìn)展十分迅猛。到2019年底，國內(nèi)采用自主技術(shù)建設(shè)的膜電極生產(chǎn)線超過5條，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)正逐步接近國際先進(jìn)水平，成本快速降低。部分公司已成功研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的氫動力系統(tǒng)。

正是由于國內(nèi)相關(guān)技術(shù)起步晚，整體技術(shù)和發(fā)達(dá)國家存在不小差距，所以擺在眾多氫能產(chǎn)業(yè)研發(fā)端企業(yè)的一個(gè)兩難抉擇是——在自主研發(fā)與引進(jìn)技術(shù)之間該如何取舍。

多位業(yè)內(nèi)人士與專家均認(rèn)為，盡管“市場換技術(shù)”短期來看確有必要性，但如果放松科研投入，忽視自主知識產(chǎn)權(quán)，便有可能落入“引進(jìn)-落后-再引進(jìn)”的怪圈。從國外的普遍經(jīng)驗(yàn)來看，氫能源領(lǐng)域的研發(fā)投入動輒上億，所以需要政府和資本都具有強(qiáng)有力的決心。

2019年12月，上市國企廣州市恒運(yùn)集團(tuán)和廣州市開發(fā)區(qū)牽頭組建了氫能母基金，基金池總規(guī)模6億，用以培育氫能企業(yè)。

恒運(yùn)集團(tuán)引進(jìn)和氫能部總經(jīng)理李迎慶認(rèn)為，引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)是必要的，但要注重在國內(nèi)配備具有承接、消化、吸收、升級技術(shù)、技術(shù)轉(zhuǎn)化能力的團(tuán)隊(duì)，要通過國際技術(shù)合作等方式大力發(fā)展自主知識產(chǎn)權(quán)。

為此，在2020年1月獲批后，恒運(yùn)集團(tuán)牽頭成立了廣州市中德氫能源研究院，旨在與歐洲的頂尖科研單位、企業(yè)合作，共建氫能中國工程化、本地化、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化平臺。

作為膜電極和燃料電池電催化方面的頂尖專家，葉思宇和他的團(tuán)隊(duì)則是帶著技術(shù)來到廣州市黃埔區(qū)。2018年11月，葉思宇擔(dān)任鴻基創(chuàng)能科技（廣州）有限公司副董事長和首席技術(shù)官，專注氫能燃料電池的核心零部件——膜電極的研發(fā)。2019年初，鴻基創(chuàng)能發(fā)布了首款擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的膜電極產(chǎn)品Hykey1.0。

Hykey1.0研發(fā)過程中采用了國際先進(jìn)的雙面直涂工藝、封裝技術(shù)和膠黏劑技術(shù)，產(chǎn)品比國外進(jìn)口產(chǎn)品的性能提升35%，成本下降了30%。

葉思宇的觀點(diǎn)很明確，他說：“如果不能應(yīng)用在產(chǎn)品上，技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)又如何？”將實(shí)驗(yàn)室中先進(jìn)的技術(shù)和市場上先進(jìn)的制造業(yè)連接起來，對產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證，是中國氫能產(chǎn)業(yè)亟需突破的瓶頸，而這正是政府投入資金開通示范運(yùn)營線的意義所在。

的確，據(jù)湛錦恩透露，廣州黃埔區(qū)388線運(yùn)營的一大任務(wù)便是為廠家搜集信息、提供反饋，例如促進(jìn)設(shè)計(jì)改善，提高用戶體驗(yàn);記錄報(bào)錯(cuò)信息，提醒廠家調(diào)試等。只有在使用中不斷發(fā)現(xiàn)問題，才能支持技術(shù)不斷迭代。

而展望未來的發(fā)展，李迎慶認(rèn)為，當(dāng)資金、技術(shù)、人才、政策方方面面到位之后，或許還需要一點(diǎn)耐心。“未來兩三年，將一直是廣州氫能產(chǎn)業(yè)的推廣、示范階段，廣州應(yīng)該充分利用后發(fā)優(yōu)勢，不用急功近利追求大規(guī)模化，要給企業(yè)技術(shù)投入留窗口期，給民族企業(yè)一定的成長時(shí)間。”