國內氫能源產業發展的觀察與思考

佟麗珠、李文娜

（長春汽車工業高等?？茖W校 130013)

0 引言

氫燃料電池在20世紀60年代已經成功的應用于航天領域[2]，并取得了重大的成功。它的優點很明顯，就是體積小、容量大、沒有污染零排放。和普通的化學電池相比，燃料電池需要補充的是氫氣。跟電動汽車相比，氫燃料電池汽車要更方便。因為它補充燃料的時間也就需要3～5 min，不像電動汽車充電需要幾個小時，哪怕最快的充電速度也需要半個小時以上。氫燃料電池的使用原理是通過催化將氫氣轉化成氫離子，然后將氫離子和電子作為正負極，其中的電子將會作為動能使用，而氫離子則和氧氣結合消耗成為水。經過實驗發現，這種氫能源的轉化率比燃油車高出一倍之多，達到了70%左右。其電池的主要成分為氫氣和氧氣，而燃燒之后產生的化合物為純水，所以在理論上來看，氫燃料是非常適合作為新能源汽車能源的。

當前，國際上在氫燃料電池汽車領域處于領先水平的是日本的豐田、本田以及韓國的現代，主要集中在乘用車領域，但同樣處于示范運營階段，沒有大規模推廣。作為氫能源踐行者之一，豐田所量產的第一輛氫燃料電池車Mirai，就可以做到加氫5 min，續航突破700 km的需求，而且日本至今位置已經建立了至少90座氫氣站。

聚焦國內市場，我國20世紀50年代就形成了以大學研究院為主體的氫能源燃料電池研發機構，為汽車應用打下了一定基礎，部分企業開發的氫燃料電池汽車已經陸續在奧運會、世博會期間試運行。在乘用車領域，上汽集團推出了榮威950插電混動燃料汽車，長城汽車此前也收購了上海燃料電池汽車動力系統有限公司51%的股權，并計劃在2022年推出首款氫燃料電池汽車；在商用車領域，宇通和福田的氫燃料電池客車已經得到實際應用，中國重汽也研制出了3款氫能源燃料車型。

近幾年，為支持燃料電池汽車的發展，國內在科技專項、創新工程等方面進行了重點布局。國家在政策層面對氫能源燃料汽車給予了大力支持[3]。2018年2月，財政部、工信部、科技部和發改委4部委聯合發布的《關于調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》規定，燃料電池汽車補貼標準不變，是新能源汽車中唯一一種到2020年享受補貼不退坡的優惠政策車型，同時地方單車補貼額不超過國家單車補貼額度的100%。燃料電池汽車統計數據表明，目前國內累計推廣應用的燃料電池汽車已經達到2 000多輛，投入運行加氫站12座。然而，這些加氫站主要是為研發型及示范性汽車提供加注服務，無法有效普及。根據中國汽車工程學會2016年10月26日發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》中的數據，2030年中國燃料電池汽車的規模將達到百萬輛，市場增長潛力巨大。

1 發展中遇到的問題及解決方案

氫燃料電池的其中一個關鍵難題是燃料電池鉑電極的一氧化碳“中毒”問題。當下，氫主要來源于甲醇和天然氣等碳氫化合物的蒸汽重整和水煤氣變換反應，由此產生的氫通常含有0.5%～2%的一氧化碳。作為氫燃料電池汽車的“心臟”，燃料電池鉑電極容易被一氧化碳雜質氣體所“毒害”，導致電池性能下降和壽命縮短，嚴重阻礙氫燃料電池汽車的推廣。此外，現有的催化劑只能在高于室溫和極窄的溫度范圍內工作，使得氫燃料電池汽車無法在頻繁冷起動期間得到有效保護，很難步入實用。

針對這一問題我國也有解決的方案，據《科技日報》報道，中國科學技術大學路軍嶺的韋世強教授、楊金龍教授等課題組密切合作，研制出一種新型催化劑，攻克了新能源汽車氫燃料電池汽車推廣應用的關鍵難題：解除氫燃料電池一氧化碳“中毒休克”危機，延長電池壽命，拓寬電池使用溫度環境，在寒冬也能正常起動。該研究使氫能源汽車有望民用推廣，成果于2019年1月31日發表在國際權威學術期刊《自然》中[4]。此次我國科研團隊的研究成果攻克了這一世界難題，大大提高了氫燃料電池投入普及使用的速度，或再掀起市場對于該題材的關注熱度。

就目前我國氫燃料電池汽車發展相對緩慢且不均衡的問題，應加強氫能源基礎設施尤其是加氫站的建設發展，理順整個氫燃料電池汽車產業生態鏈，以此推動我國氫燃料電池汽車產業健康、快速發展。加大加氫站補貼力度，制定相關政策，聚焦車用氫燃料電池關鍵核心技術以及制氫、儲氫和加氫等核心技術的研發；細化氫能源技術標準并出臺相關政策，明確加氫站建設及運營監管的相關制度；加強頂層設計，統一規劃全國加氫基礎設施；降低審批難度，整合優質資源，鼓勵多方合作，統一規劃我國氫燃料電池汽車基礎設施建設，形成具有國際競爭優勢的戰略布局，促進氫能源產業上下游產業鏈全面發展。

現有的氫燃料電池，它存在的問題無非就是儲存能力和穩定性。因為氫燃料需要在低溫或者高壓條件下儲存或者運輸，而且它的安全性也比較難控制，這也是其發展緩慢的重要原因。另外一個原因就是成本的問題，可以認為這是很多新能源的通病，研究緩慢，投資較大，產品減少，成本太高，市場較小。

2 氫燃料電池發展遇到的困難

氫氣的來源主要是人們通過電解水來進行獲取，或者通過甲烷轉化氫氣。但是它們的效果都不理想，而且設備比較復雜，投資比較大，所以就導致加氫站成本比較昂貴。雖然電動汽車充電慢，但是充電樁的建設與加氫站昂貴的制造成本和復雜的工藝相比，時間問題就顯得不是那么重要了。氫燃料電池目前有很多突破性的創新和專利，且具備空氣污染較小、技術相對成熟等優勢，但成本居高不下還是制約了其發展進程。中汽協秘書長助理許海東表示，“一旦成本問題得到有效解決，未來氫燃料電池技術將成為新能源汽車產業發展的重要支撐[5]”。各國對氫燃料汽車的研究都沒有停止，我國也是一樣，對氫燃料電池汽車應該充滿信心，充能時間短、行駛距離長、更加環保，這也是人們不會放棄它的原因。

新常態背景下，氫能源可能成為下一代的基礎能源。到2020年，氫燃料電池技術將進入示范應用階段，并于2030年實現大規模的推廣應用。從目前的形勢上看，氫燃料電池技術尚處于成本較高、基礎設施配套不完善、環境污染相對較大、制氫能耗較高的一個發展狀態。但是，在全球化技術的推動下，氫燃料電池技術開始與時俱進，不斷發展，給石化行業帶來了新的挑戰與機遇，并一躍成為戰略性新興產業之一。因此，新能源汽車的發展要想從本質上提升一個臺階，就需要將輕量化材料和高端化材料開發融入到新能源汽車的產業鏈發展中，在良好的協同下，秉承科學發展觀的主要思想，保證氫燃料電池技術的可持續發展。

3 結束語

在未來以分布式為主、零排放為特征的能源主體架構中，氫燃料電池汽車會與純電動汽車長期并存、互補，共同滿足交通運輸和人們出行的需要。隨著基礎設施逐漸完善，以及技術不斷提升，具備高效率、低污染和長續航等優勢的氫燃料電池汽車將得到快速發展[6]，并最終成為新能源汽車產業不可或缺的一部分。