居重馭“氫”

○ 文／本刊記者 鄭 丹

氫能產業的發展，取決于國家政策規劃、技術難關破解和生態圈形成。

北歐國家冰島，面積不大，人口只有30萬左右。這個國家沒有加油站，16個加氫站提供了全國汽車的交通用能，形成了覆蓋全國的加氫站網絡。這得益于冰島得天獨厚的資源稟賦：71%是水力、29%是地熱，可再生能源發電和制氫成本極低。

另一個北歐國家丹麥，擁有12個加氫站，也已經建成全國范圍的加氫站網絡。在國土面積不大的丹麥，國內一半以上的人口駕車15公里便可以找到一個加氫站。

雖然這兩個氫能源發展的理想范本能在多少國家實現尚未可知，但能看到的是氫能熱潮已至，且來勢洶涌。

氫能產業先鋒日本提出“氫經濟社會”的奮斗目標，并發布《氫能與燃料電池戰略路線圖》和“三步走”策略；韓國頒布《氫燃料電池汽車產業生態戰略路線圖》，提出盡快布局包括氫能燃料電池汽車、加氫站、氫能源在內的產業生態系統；德國計劃通過建立429個加氫站組成覆蓋全國的加氫網絡；北歐國家將在歐洲北部打造一條“北歐氫能走廊”。中國，也發布了在氫能產業示范領先地區長三角建設氫走廊的發展規劃。

中國工程院院士、中國石化集團原副總經理曹耀峰指出：“發展氫能一直是世界各國能源布局中的重點。日本、韓國、美國和歐洲的發達國家先后制定了多項氫能研究計劃，將其列入國家戰略。”

乘著低碳理想之風，氫能源來日能飛多遠？

專家認為，新產業的發展之路總是榮耀與荊棘相伴，困難與挑戰同在。氫能產業化和商業化發展，仍需假以時日。

待入國家發展戰略

在今年兩會上，來自汽車界的多位人大代表提出了發展氫能源汽車產業的建議，使“氫”這個字眼一再映入人們的眼簾。

3月16日，兩會發布的政府工作報告明確提出“推動充電、加氫等設施建設”，這是氫能源首次被寫入國務院政府工作報告。

被寫入政府工作報告，是否意味著氫能產業將被打上國家標簽，成為戰略產業？

在中國國際經濟交流中心信息部研究員景春梅看來，《能源技術革命創新行動計劃（2016-2030年）》《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》《“十三五”國家科技創新規劃》和《國家創新驅動發展戰略綱要》等都將氫能發展與燃料電池技術創新提升到國家戰略高度，列為重點發展任務。2019年，我國第一次將氫能相關內容納入政府工作報告，表明國家將更加重視氫能發展。

北京清潔燃料協會會長、北京郵電大學教授張永澤表示：“氫能2018年來在我國發展迅猛，但從第三方角度觀察，國家層面對氫能產業發展仍然十分謹慎和理性。”

我國需不需要一個氫能發展國家戰略？

國家能源局信息中心副主任何勇健表示：“由于我國可再生能源布局具有大規模大范圍逆向分布的特征，系統調峰、儲能和消納的壓力更大，更需要穩定大容量的儲能手段和載體，氫能從現有技術路線看是最佳選擇。目前，國內對這方面缺乏系統深入的研究論證，或有意無意回避了這方面的尖銳矛盾。這對我國能源的清潔低碳轉型是一個潛在的巨大隱患。從這個意義上說，我國對氫能戰略的需要比日本和歐美更加緊迫。”

2016年10月，我國發布《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書（2016）》，為2030年前的氫能產業發展設定了目標。藍皮書要求，2020年率先實現氫能汽車及加氫站的規模化推廣應用，建成加氫站100座；氫來源由化石能源為主到逐步提高綠色制氫等。

盡管有了一些規劃和目標，在一些專家和企業人士看來，當前一些與氫能產業發展的相關問題沒有界定和明確，比如加氫站如何建設、相關標準如何確定、技術路線如何選擇，等等。

曹耀峰表示：“國家應盡快建立頂層設計，統籌氫能產業發展，建立規范化標準，對氫能全產業鏈發展予以規范引導。讓氫能產業鏈上下游協同創新、發展，全產業鏈發力，多點突破，帶動全面。汽車行業、能源行業應攜手破解氫能產業化、商業化的難題。”

據最新消息，有專家表示，氫能產業發展的相關規劃或指導最快可能于近兩年出臺。

待解“朱棣文之問”

10年前，關于氫能源，有一個著名的“朱棣文之問”。

2001年，我國開始氫燃料電池的研發。2009年5月7日，時任美國能源部部長的朱棣文宣布停止資助氫燃料電池研發。朱棣文在跟中國有關方面交流時，提出兩個問題：氫氣的來源？成本多少？

今天，在氫能欲飛之時，“朱棣文之問”言猶在耳。有業內專家指出，時至今日，“朱棣文之問”仍然未得到完全解決。

“‘朱棣文之問’的第一個問題實際隱含了氫氣制取環節是否清潔的問題。”張永澤說。

氫，能否從源頭就使用清潔能源？

現有的制氫路徑有三條。通過煤炭、天然氣、焦爐煤氣、氯堿尾氣可制取“灰氫”，但生產過程中會排放大量二氧化碳；通過煤炭、天然氣等化石燃料制取，再運用CCUS實現碳中和，可得到“藍氫”；通過來源于風能和太陽能的可再生能源電解水制取，可得到生產過程沒有碳排放的“綠氫”。

中國工程院院士、國家能源專家委副主任杜祥琬認為：“從制氫來說，化石能源也好，非化石能源也好，當前技術上都可以走通。”

但，制約因素是成本。

中國石化經濟技術研究院專家羅佐縣把不同工藝路線制氫的成本做了比較。天然氣制氫（含煉廠氣）成本約0.8～1.5元/Nm3；石腦油制氫（含液化氣）成本約0.7～1.6元/Nm3；煤制氫（含焦炭）成本約0.6～1.2元/Nm3；液氨裂解制氫成本約2.0～2.5元/Nm3；甲醇裂解制氫成本約1.8～2.5元/Nm3；水電解制氫成本約3.0～3.5元/Nm3。

研究顯示，化石能源制“灰氫”成本較低，但碳排放水平高；電解水制氫雖然可達到零排放，但成本較高，限制了“綠氫”的發展。因此，許多專家認為，發展初期采用化石能源低成本制氫是較為現實的路徑。

英國皇家化學會會士、中海油研究總院有限責任公司新能源研究中心專家肖鋼認為：“當前一個階段，化石能源制氫是主流，技術經濟可行。可再生能源電解水制氫清潔環保，有望成為未來市場的主流。”

在“灰氫”和“綠氫”之間，還有一條中間路線—“藍氫”。但這種在化石能源制“灰氫”的基礎上引入CCS技術降低排放制造“藍氫”的方法，當前存在一定制約。

羅佐縣表示，全球CCS/CCUS示范項目多集中在美國、加拿大和挪威等發達國家，已開展的CCUS工業示范項目來自油氣田、化工、電力等行業，多與發電配套。目前，氫氣年產量6900萬噸，僅不到40萬噸配套了CCUS項目。由于CCUS項目目前尚缺乏經濟性，多處于示范階段，全面普及仍有一定難度；CCS技術推廣需要一定的經濟條件，如需要碳交易來推行，但當前全球平均碳價水平仍較低（10美元/噸），對CCS技術發展形成一定制約。這些都在一定程度上制約了“藍氫”的發展。

除制氫環節成本外，橫在氫能源發展面前的障礙還有儲運環節成本和燃料電池成本等。

當前，電堆約占車用燃料電池系統成本的60%，燃料電池系統約占整車成本的50%。

“氫燃料電池系統成本較高，制約了氫燃料電池車的發展。”肖鋼表示。據他介紹，膜電極（鉑催化劑、質子交換膜等）、電堆加工制造（均一性）及使用環境要求等因素導致氫燃料電池系統成本較高。

因此，降低燃料電池系統成本成為車企及相關研究機構研究的重點。只有燃料電池系統成本大幅下降，氫燃料汽車才能在細分領域形成競爭力，由此帶動氫能源的發展。

待建產業安全紅線

6月10日，一則挪威地方媒體的報道被秒傳。

位于挪威首都奧斯陸郊外的一家氫燃料電池汽車加氫站發生爆炸，導致該地區氫燃料供給中斷。爆炸并未造成大規模人員傷亡，附近車輛內有兩人因氣囊爆出受傷。爆炸發生后，豐田和現代汽車公司宣布暫停在挪威銷售氫燃料電池汽車。

在媒體爆出此次加氫站爆炸的同時，不久前的兩起與氫有關的事故 （5月23日韓國氫氣罐爆炸、6月1日美國加州一氫氣配送拖車爆炸）也被重提。氫能源是否安全，這種疑問被迅速放大。

專家認為，一方面，氫在一定環境條件下會產生安全性問題，但只要在使用過程中控制必要條件，就可避免發生危害；另一方面，氫能源產業發展必須應對安全挑戰。

羅佐縣表示，韓國、挪威、美國幾個國家都出現過氫爆炸的現象。雖然說現在已發展成熟的加油站也會有類似的隱患，但氫能作為新生事物容易引起極大關注。所以，他指出：“要為氫能產業化發展豎起紅線，提升全產業鏈安全保障水平，避免因為過快發展導致重大事故發生。”

氫，作為一種能源，因為具有易燃易爆特性，安全性已經引起了重視。氫應該作為危險化學品還是普通能源進行管理，也成為專家們關注的問題。

▲傳統能源企業在成為新能源參與者的同時繞不開成本因素。 供圖／視覺中國

曹耀峰表示：“這個問題仍在爭論，把氫納入危化品是未雨綢繆，把安全擺在第一位。”

“安全”，仿佛是氫的腦袋上懸著的一把達摩克利斯之劍。盡管如此，對氫能產業的發展，專家們仍然表示樂觀。

“人類開發和利用氫能源技術經歷了很多曲折，很早也有很多爭論。即使在未來，氫能源的發展仍然要面臨很多爭論，但這些都是積極的。”張永澤說。他表示：“先不論氫氣是不是危化品，是危化品就一定會阻礙整個氫能源產業的發展嗎？其實并不見得。汽油也是危化品，但中國的加油站已經發展到10萬多座了，各方面管理得都很好。”

從國外加氫站的實踐看，肖鋼表示：“德國的加氫站和加油站、賽百味快餐同時建在一個服務區，卻既能保證安全又能發展起來，值得我們思考和借鑒。”

安全性對于氫來說，舉足輕重，仍待完善。

待解加注站發展之困

氫燃料加注站面臨諸多痛點，如選址、消除安全隱患、盈利困難、基礎設施不足、加氫技術路線選擇等。

▲不少企業已吹響了進軍氫能源的號角。 攝影／胡慶明

只要站在風口，豬都能飛起來。但對佇立在風口的氫產業來說，這又是個需要大筆燒錢才能飛起來的機會。

據統計，建設加氫站的投資成本巨大。一個加注量1000kg/d的35MPa加氫站的建設成本高達千萬元以上，高出了加油站數倍。而且，由于終端氫氣售價高于化石燃料，初期加注車輛少，預計需要10～15年能夠實現正向現金流。

如此高的門檻，使氫能加注產業如浪里淘金，風險突現。

從氫能產業發展較快的幾個國家看，政府這只“看得見的手”發揮了明顯的推動作用。

在日本，新建一個加氫站能獲得中央政府提供的補貼占建站總費用的一半左右，部分地區政府還會提供另外一半的補助，并且無償借用建設用地。此外，運營加氫站將獲得來自中央政府和車企聯盟兩方面的補貼：中央政府每年2200萬日元，車企聯盟（豐田、本田和日產）每年1100萬日元。

美國加州眾議院在2015年8月通過第八號法案。根據該法案，政府撥款兩億美元用于在2024年之前建設不少于100個公共加氫站。法案規定，這些加氫站的氫氣來源必須是可再生能源，如地熱、水電、海浪能、海洋熱能、潮汐能、太陽能、風能、生物能、城市固體垃圾轉換的氣體、填埋氣等。

2018年，德國聯邦運輸與數字設施部門國家創新計劃為20 座加氫站提供了2050萬歐元補助。

在羅佐縣看來，我國氫能的起步階段需要政策和補貼支持，比如在交通運輸領域。

回望國內氫能源的發展，國家與地方政府的支持和補貼力度不小。

2014年，國務院辦公廳印發《關于新能源汽車充電設施建設獎勵的通知》，對符合國家技術標準且日加氫能力不少于200公斤的新建燃料電池汽車加氫站，每站獎勵400萬元。

2019年3月26日，國家財政部發出通知，把過渡期后對新能源汽車（新能源公交車和燃料電池汽車除外）給予的購置補貼轉為支持充電（加氫）基礎設施“短板”建設和配套運營服務等方面。

2019年1月，廣東佛山市南海區政府出臺《促進加氫站建設運營及氫能源車輛運行扶持辦法》，其中包括對2019年12月31日前建設加氫站給予最高800萬元的建站補貼等。

目前，國內已有上海、廣東、北京、山東、山西、江蘇、河北、湖北、浙江等14個省市出臺政策支持氫能產業發展。截至2018年年底，我國已建成投運23座加氫站，占全球已建成投運加氫站總數的6.2%，僅次于日本96座、德國60座、美國42座。

在加氫站的盈利問題之外，專家表示，需要盡快解決影響并阻礙產業發展和產業生態形成的加氫技術路線與標準問題。

張永澤表示，現有加氫站的技術路線可分為三類：現場電解水制氫、現場天然氣重整制氫和外部供氫技術。在他看來：“當前，加氫站技術路線仍有待探索。比如，現場制氫還是外部供氫，低溫液氫儲運還是高壓儲運。”他還指出，特別是現場天然氣或甲醇重整制氫，如果不解決碳封存問題，為制氫而制氫，就背離了發展氫能源汽車的初衷。

待成產業生態圈

“雖然在一百年前，人類已有了對氫能的認識，但氫作為一個產業開始興起是近20年的事。”張永澤表示。

在這20多年中，日本和韓國量產了高壓儲氫技術氫能乘用車；日本大型連鎖便利店與豐田合作，計劃推出氫燃料電池貨車；德國2017年3月成功測試了世界上第一輛零排放氫動力火車“氫鐵”；2017年12月，法國圣洛市第一批氫能源電動自行車正式投入使用……

雖然氫能產業在各個國家的不同領域有了廣泛應用，但在張永澤看來： “產業生態的形成，是氫能源產業發展的不二法門。”

可見，與其他能源產業一樣，氫能源要想長遠發展，有待形成大氣候。

張永澤認為，氫能源產業生態圈的形成將經歷三個階段——卷入廠商增多、資本投入不斷加大、分工細化、技術進步加快、產品質量提升；加氫站網絡形成、使用便利性提升，氫能源汽車產品整個生命周期的使用成本大大降低；經過前兩個階段，推動用戶規模不斷擴大，為產業生態圈內生產商、物流商、加氫站運營商和氫能源汽車生產商實現規模化生產和經營提供必要前提。

從當前氫能源產業生態建設看，呈現出聯合、開放的特點。這不僅表現在全球越來越多的汽車企業、國際能源公司、氣體技術公司結成了氫能產業生態聯盟和加氫站產業聯盟，還表現在核心產品和技術方面，開放的力度前所未有。

2015年，豐田提出將5680件燃料電池汽車技術專利免費開放。“這其實是希望能夠有更多的企業進入氫能源領域，共同推動產業發展。”張永澤說。

在他看來，各國發展氫能源實踐表明，氫能源產業發展不可能依靠一家或者幾家企業的技術突破，需要形成整個產業生態鏈條，成百上千家企業共同技術創新、集群式技術突破。

“只有建立共享、共生、開放的產業生態，才能支撐氫能源產業發展。” 張永澤說。

今年5月24日，我國首個氫走廊建設發展規劃《長三角氫走廊建設發展規劃》在浦江創新論壇上發布。“實現氫能產業快速成長，形成具有影響力的氫能產業集群”，成為長三角氫走廊建設發展的中期規劃。

肖鋼指出：“未來，氫能產業布局、示范應用，將進一步向資源、市場或者具備良好制造業基礎的區域聚攏，產業集群將越發明顯，長三角、大灣區、京津冀將是氫能推廣應用的重點區域。”

氫能，已經起飛，來日飛多遠？

在專家看來，一旦形成產業集群和生態圈，我國氫能產業的發展進程將大大加快。

“我們永遠高估了一個產業五到十年的發展速度，永遠低估了十年以后的發展速度。” 肖鋼說，“如果你認為氫能馬上就實現產業化了，難免失望一把。你若認為不可能，也許它真的就來了。”