“氢”装上阵，哪四大技术领域亟待突围？

尽管在过去五年内，我国商用车清洁化进程不断提速，但数据显示，整体零排放化率仅3.21%。随着双碳目标的提出和实施，对我国商用车零排放提出了更紧迫的需求。除了不断加快新能源车占比外，氢能源汽车已进入发展快车道，正获得更多车企和市场的重视。

至2021年底，全球有29个国家发布了国家氢能战略，全球主要经济体规划建设的GW级可再生能源制氢项目已经达到30个。仅欧洲已建成约200个加氢站，目标未来在40到50公里范围内就能找到加氢站。据国际能源署预测：2021-2030年，全国燃料电池车保有量年复合增长率将达到81.32%-89.34%，到2030年，全球燃料电池车保有量将达1050万-1550万辆。

我国氢能源汽车现状

同样截至2021年年底，我国已建成加氢站255座，氢燃料电池汽车保有量约9315辆，已成为全球最大的产氢国和燃料电池商用车市场。从产业未来规划来看，目前已有北京市、河北省、上海市、河南省、浙江省、山东省、四川省、重庆市、山西省、内蒙古自治区、广州市、武汉市、苏州市、佛山市、兰州市等数十个省（市）和地区发布了氢能产业发展规划/实施方案/行动计划。

随着绿氢开发的大规模推广及制氢技术的成熟，目前我国绿氢的平均成本价已经可以达到20元每千克左右，中石化的“绿电制绿氢”项目，制氢成本降低到每千克13-16元。

2021年，能源龙头——中国石化的制氢产能约445万吨，占全国的13.3%，有9家企业建成氢提纯及充桩设施，拥有三条20公里以上的氢气输送管道。在加氢站建设方面，中国石化目前建成83座加氢站（包含了油氢合建站），已经成为全球建设和运营加氢站最多的企业。

亟待突围的四大技术领域

当然，这距离中石化规划的到2025年建成1000座加氢站的目标还有较大差距。尽管中国氢能科技攻关取得长足进步，在电解水制氢技术及燃料电池质子交换膜、膜电极、电堆等核心零部件方面取得了很大突破，但是在设备可靠性和耐久性方面与国外先进水平有一定差距，部分关键的零部件仍然依靠进口。

除了制氢外，氢燃料电池和储氢、加氢技术同样是我国氢能源加速落地前要攻克的难题。

氢燃料电池与常见的锂电池不同，系统更为复杂，主要由电堆和系统部件（空压机、增湿器、氢循环泵、氢瓶）组成。近年来，氢燃料电池技术研究集中在电堆、双极板、控制技术等方面，但整体来看，我国所掌握的核心技术水平、综合技术体系与领先国家还有一定距离。

目前我国氢燃料电池系统的国产化程度已从2017年的30%提高到2020年的60%。预计到 2025年，金属BPs可完全国产化，低功耗、高速、无油的空气压缩机进入小规模自主生产阶段；机械强度高、孔隙率均匀、抗碳腐蚀的碳纤维制备技术有望取得突破，大电流密度条件下的GDL水气通畅传质问题有望得到解决。

在储氢方面，液氨、甲醇、氢化物、液体有机氢载体（LOHC）储氢在国外已有成熟产品和项目应用，而国内仍处于小规模实验阶段。催化剂、GDL 等关键零部件或材料处在研究与小规模生产阶段，批量化产品的可靠性、耐久性还需要长期验证，主要技术为国外公司所掌握。

在加氢站方面，包括压缩机、加氢枪及其软管、流量计、安全阀、氢气管道和阀件等核心零部件依赖进口，外供氢式加氢站的建设成本中，压缩机成本占比约30%。国内加氢站主要采用美国PDC隔膜压缩机，PDC占据着全球氢气隔膜压缩机市场约70%-75%的份额。

总的来说，高性能燃料电池催化材料、质子交换膜电解水制氢、加氢站关键设备国产化等领域亟需更大的突破。

重型卡车或成我国氢能源应用突破口

丰田便携式氢燃料电池发电系统（图片来源：WNEVC）

中国石化集团公司副总经理凌逸群认为，氢能技术突破需要整个全产业链升级发展。在绿氢炼化领域，于现有炼化煤化工制氢的基础上，要进一步扩大氢气生产利用的规模，需要大力发展可再生电力制氢。

从长远来看，大力发展氢能和燃料电池不仅有助于交通行业早日实现“双碳”目标，推进碳中和进程，还有助于有效吸纳不平衡的可再生能源资源，加快我国能源结构调整，保障能源安全，打造更多零碳排放应用场景。

以欧洲为例，氢能源的应用已经布局“海陆空”。欧洲的氢燃料电池车辆以重型卡车为主。近几年开始尝试在船只中使用，一开始以较小的游艇为主，现已在较大型海洋船只上搭载氢气及燃料电池作为补充。部分小型航空公司也在部分较小的飞行器中尝试使用氢能源。2018年，德国甚至出现了第一列用氢燃料电池驱动的火车。

但对于中国来说，似乎不需要那么急功近利，光是做好重型卡车的油改氢就能产生巨大的效益。在中国交通领域的碳排放中，公路上的机动车排放占87%，其中货车占到60%以上。由此看来，以燃料电池商用车为先导带动绿色氢能全产业链商业化才是我国氢能源行业的当务之急。

以柴油车为例，燃料电池汽车被公认是最好的替代者。2018年中国柴油车的总量是2103万辆，占汽车保有量9.1%，年耗柴油5亿吨，二氧化碳排放15亿吨。若通过可再生能源制氢和燃料电池技术耦合发展，把柴油车都替代为零排放的燃料电池汽车，每年可实现至少5亿吨二氧化碳减排的目标。

赛道鸣锣，“氢”风徐来

国际氢能燃料电池协会理事长、中国科学院院士欧阳明高表示：氢能源汽车是先导，不是氢能的全部，但是一个突破口。我国氢能源发展路线应该从工业副产氢，鼓励可再生能源制氢，到完全可再生能源制氢逐步过渡。目标到2030年，燃料电池汽车保有量将达到80万辆，2035年突破100万辆，届时我国需要建立5000余座加氢站，原料成本将降低到10元以下。保守估计，2050年氢能在我国终端能源体系中的占比可达10%，2060年占比将达约15%。

超万亿元的新蓝海也引来了全国各地的争相布局和提前规划。北京、辽宁、河南省、陕西各省市相继专门出台文件支持氢能产业发展。其中，《辽宁省氢能产业发展规划（2021-2025年）》提出，到2025年，全省氢能产业将实现产值600亿元，培育10家左右具有核心竞争力和影响力的知名企业，建成国内顶尖、世界一流的氢能产业研发与创新基地。

目前，上海、广州等地已开启氢能源网约车运营，拉开了燃料电池汽车民用化的序幕。在产业之外积极探索新应用场景的落地和建设。

根据国际氢能委员会预计，到2050年，氢能将承担全球18%的能源终端需求，市场价值超过2.5万亿美元，氢燃料电池汽车将占据全球车辆的20%-25%，氢能将成为与汽油、柴油并列的终端能源体系消费主体。

我国在电动汽车赛道中的出色表现给了氢能源汽车非常宝贵的经验和捷径。我们有理由相信未来的中国汽车市场将形成氢、电为主的新格局。氢能源应用也将改写我国能源格局，很快，我们就能“氢”装上阵。

来源：国际汽车设计及制造-荣格工业资源网 杂志 11月刊

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