氫燃料電池在能源密度和快速充氫上具有優(yōu)勢，發(fā)展前景較好，但存在技術(shù)難題。中國石化經(jīng)濟技術(shù)研究院專家指出，目前的主要問題包括氫氣和電池(催化劑)生產(chǎn)成本高、儲氫材料量產(chǎn)及成本降低難以實現(xiàn)突破等。從長遠看，包括氫燃料電池車在內(nèi)的新能源汽車的關(guān)鍵技術(shù)終將實現(xiàn)質(zhì)的突破，將從根本上改變目前以石油為基礎(chǔ)的能源格局。石化企業(yè)可在氫氣供應(yīng)、加油加氣-充電-加氫一體化運營，以及汽車輕量化材料、高端化材料開發(fā)方面適時介入新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)石化產(chǎn)業(yè)鏈的轉(zhuǎn)型與調(diào)整，培育新的利潤增長點。
未來能源的替代可能
“發(fā)達國家把氫作為能源管理，創(chuàng)制了科學(xué)安全的氫加注站建設(shè)和車載氫罐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)測體系，有力地推動了燃料電池汽車商業(yè)化。建議借鑒先進經(jīng)驗，盡快破除標(biāo)準(zhǔn)檢測障礙和市場準(zhǔn)入壁壘，加強和完善氫能生產(chǎn)、儲運和供銷體系建設(shè)，及時的推動燃料電池產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化。”全國政協(xié)副主席、中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會主席萬鋼在中國電動汽車百人會(2019)論壇中表示。
迄今為止，人類歷史上已發(fā)生過兩次能源革命。第一次能源革命是煤炭取代木材成為主導(dǎo)能源，第二次能源革命是石油取代煤炭成為主導(dǎo)能源。盡管目前化石能源仍居主導(dǎo)地位，但是考慮到化石能源資源的緊缺性日益凸顯，汽車排放造成的環(huán)境污染和石油資源枯竭正日益加劇，尋找清潔的替代能源是每一個國家必須解決的問題。燃料電池完全不進行燃料燃燒，而是通過電化學(xué)反應(yīng)直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，因此能量轉(zhuǎn)化效率可高達45%～60%，約是內(nèi)燃機的兩倍，隨著技術(shù)的進步還可以更高。氫燃料電池汽車不排放硫化物、氮氧化物等有害氣體，也不產(chǎn)生溫室氣體二氧化碳。氫燃料電池汽車不存在純電動車充電時間長、續(xù)航里程短的弊病。
早在20世紀(jì)60年代，燃料電池就因其體積小，容量大的特點成功應(yīng)用于航天領(lǐng)域。進入70年代后，隨著技術(shù)的不斷進步，氫燃料電池逐步被應(yīng)用于發(fā)電和汽車。如今，伴隨各類電子智能設(shè)備的崛起及新能源汽車的風(fēng)靡，氫燃料電池主要應(yīng)用于固定領(lǐng)域、運輸領(lǐng)域、便攜式領(lǐng)域等三大領(lǐng)域。目前氫燃料電池的主流發(fā)展方向是氫燃料電池汽車。燃料電池直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，能量轉(zhuǎn)換效率高。相比純電動車搭載的動力鋰電池，氫燃料電池質(zhì)量輕，補充能量的時間短，加氫只需3至5分鐘，續(xù)航里程長，大于600千米。
面對需求缺口，中國欲“彎道超車”
據(jù)了解，氫能源公交車加一次氫氣只需要5～10分鐘，一天只需加氫氣一次，能跑400公里。從第一臺燃料電池車1966年問世，歷經(jīng)31年靜默期，美日和歐盟重新認(rèn)識到，氫燃料電池除了軍工國防的作用外，還能廣泛應(yīng)用在能源互聯(lián)網(wǎng)、新能源汽車等領(lǐng)域。于是2000年前后，燃料電池汽車的應(yīng)用開始被發(fā)達國家所關(guān)注。
在那之后，一些國家通過建立能源法案、能源戰(zhàn)略、技術(shù)路線圖等途徑，積極發(fā)展氫能源在內(nèi)的清潔能源，嘗試以此減少對傳統(tǒng)一次能源的依賴。從全球加氫站建設(shè)來看，國外加氫站設(shè)施建設(shè)更為完善，發(fā)展較為迅速。目前，大力發(fā)展燃料電池汽車加氫站的國家主要由美國、德國、日本，并制定了長期的發(fā)展規(guī)劃，其中日本成為世界上加氫站最多的國家。據(jù)統(tǒng)計，全球目前建成的加氫站已經(jīng)超過了300座。相比國外，我國加氫站發(fā)展較為滯后。
近年來，我國對發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)高度重視，出臺了系列有利于氫能和發(fā)展的相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策。2016年4月，國家發(fā)展改革委、國家能源局等聯(lián)合發(fā)布的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃(2016—2030年)》，提出了能源技術(shù)革命重點創(chuàng)新行動路線圖，部署了15項具體任務(wù)，“氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新”位列其中，標(biāo)志著氫能產(chǎn)業(yè)已被納入國家能源戰(zhàn)略。
2016年6月，國家發(fā)展改革委、能源局、工信部聯(lián)合發(fā)布《中國制造2025-能源裝備實施方案》將燃料電池和氫能開發(fā)利用作為專門章節(jié);被《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要(2016)》列為引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù);2017年，國家能源局批準(zhǔn)多項棄風(fēng)棄光制氫儲能項目;2018年1月，國家科技部已將“可再生能源與氫能技術(shù)”列入重點專項，積極加以支持研究。從各國氫能源產(chǎn)業(yè)規(guī)劃來看，多數(shù)國家是以氫燃料電池為突破口，逐步完善氫能源產(chǎn)業(yè)配套，并在2040～2050年實現(xiàn)氫能源社會。國際氫能委員會發(fā)布的《氫能源未來發(fā)展趨勢調(diào)研報告》顯示，到2050年，氫能源需求將是目前的10倍，到2030年，全球燃料電池乘用車預(yù)計將達到1000萬至1500萬輛。在這一輪新“競賽”中，中國正摩拳擦掌準(zhǔn)備“彎道超車”。
技術(shù)進步促成本下降
實現(xiàn)氫燃料電池車在世界范圍內(nèi)的領(lǐng)先和“彎道超車”，仍需解決全產(chǎn)業(yè)鏈的多個難題，其中氫氣的制備、存儲技術(shù)難題需要首先解決。中國可再生能源協(xié)會專委會主任蔣利軍教授認(rèn)為，氫能源的制作和儲運方面仍有許多需要攻克的問題。
目前氫氣的儲存方式主要由三種：高壓氣態(tài)儲存、低溫液態(tài)儲存、固態(tài)吸氫材料儲存。高壓氣態(tài)儲氫目前應(yīng)用最廣泛，常用35Mpa和70Mpa壓力等級。對于大規(guī)模儲氫，液氫在安全性、儲氫量、成本、擴容能力和氫氣品質(zhì)等方面具備優(yōu)勢。
我國氫氣運輸體系也尚不完善。氫氣輸送方式主要有氣氫輸送、液氫輸送等。目前，世界氫能產(chǎn)業(yè)比較發(fā)達的地區(qū)，如歐洲、北美和日本等都在發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的同時，重點推進氫液化和液氫儲運加氫等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。但液化1kg的氫氣需要耗電4-10千瓦時，液氫的存儲也需要耐超低溫和保持超低溫的特殊容器，成本較高。氣氫輸送分為管道輸送、長管拖車和氫氣鋼瓶輸送。管道輸送一般用于輸送量大的場合，美國、加拿大及歐洲多個工業(yè)地區(qū)都有氫氣管道，目前氫氣管道總長度已經(jīng)超過1.6萬千米，法國和比利時之間建有世界最長的輸氫管道，長約400千米。長管拖車運輸距離不宜太遠，用于輸送量不大的場合;氫氣鋼瓶則用于輸送量小且用戶比較分散的場合。液氫輸送一般采用罐車和船，可進行長距離輸送。目前氫氣輸送網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)尚不成熟，不利于氫燃料電池技術(shù)大規(guī)模商用化應(yīng)用。
此外，氫能和燃料電池的技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，是典型的跨領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展的過程。為了使氫燃料電池降低成本和提高耐久性，技術(shù)進步是降低氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化成本的首要手段。攻克的目標(biāo)主要指向膜電極組件和雙極板：現(xiàn)有的高分子質(zhì)子交換膜生產(chǎn)工藝復(fù)雜，急需改進和優(yōu)化，比如降低催化劑中鉑含量，提高利用率。將金屬和石墨復(fù)合制成的復(fù)合雙極板性能優(yōu)良，且加工工藝相對簡單，材料成本也較低，可以重點發(fā)展用以替代脆性大的石墨雙極板。成本的降低不僅依靠技術(shù)的進步，而且有賴于規(guī)?；a(chǎn)。美國能源局經(jīng)過測算，認(rèn)為只有當(dāng)燃料電池的成本降至50美元/千瓦時，才能與內(nèi)燃機汽車相競爭。
基礎(chǔ)設(shè)施鋪設(shè)待提速
在氫能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈上， 加氫站是上游制氫運氫與下游燃料電池汽車應(yīng)用的重要樞紐。完善加氫站的建設(shè)，有利于加快氫能源汽車的普及和技術(shù)研發(fā)進程。
據(jù)勢銀智庫統(tǒng)計，截止2017年年底，全球目前約有328座加氫站。截止2018年3月，日本是第一個達到100座加氫站的國家。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2018年12月，中國共有25座建成的加氫站，另有多座在建，全國各地很多城市的加氫站也都在建設(shè)/規(guī)劃中， 據(jù)估計，2019年預(yù)計將達到100座左右。根據(jù)全國氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍皮書》(2016)，為氫燃料電池基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)設(shè)定了近期、中期及遠期目標(biāo)。規(guī)定2020年在京津冀、長三角、珠三角、武漢等氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)達地區(qū)率先實現(xiàn)氫能汽車及加氫站的規(guī)模化推廣應(yīng)用，建成小規(guī)模的氫基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，加氫站總數(shù)達100座以上;固定式燃料發(fā)電達20萬千瓦，燃料電池運輸車輛達到1萬輛。2030年，燃料電池車輛保有量達200萬輛，加氫站總數(shù)達1000座以上，初步形成與燃料電池車輛保有量相匹配的供氫網(wǎng)絡(luò)。2050年，加氫站服務(wù)區(qū)域覆蓋全國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)達地區(qū)，參照加油站分布狀況及要求，完成高速公路加氫站布局;燃料電池車輛保有量達到1000萬輛。
同濟大學(xué)汽車學(xué)院副教授呂洪指出，對氫能的認(rèn)識和戰(zhàn)略定位至關(guān)重要。雖然我國已在國家戰(zhàn)略層面明確將氫能作為能源架構(gòu)中的一個重要組成部分，并將燃料電池汽車定位為我國汽車行業(yè)發(fā)展的主流方向之一，但如果仍將氫氣歸屬于危險化學(xué)品而非能源，會導(dǎo)致難以在普通消費者群體中進行產(chǎn)品的推廣和普及。專家指出，加氫站的建設(shè)必須由點及線、由線到面地進行布局。氫能源汽車通常優(yōu)先發(fā)展商用客車。加氫站早起的布置可以選區(qū)公交線路的起點和終點進行建設(shè)，然后在公交線路的沿途增設(shè)適當(dāng)?shù)臄?shù)量，這是由點及線的過程。氫能源商用車促進加氫站網(wǎng)絡(luò)線的形成，氫能源乘用車加氫也會變得便捷起來。氫能源乘用車的能源補給服務(wù)得到完善，又會促進加氫站由線拓展到面，進而逐漸形成完整的區(qū)域化加氫網(wǎng)絡(luò)。加氫站的結(jié)構(gòu)與加油站相差不大，可以通過適當(dāng)?shù)氖侄螌⒓佑驼靖脑斐杉託湔尽?/p>
我國有世界上最龐大的汽車消費市場，對能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型需求迫切，對氫燃料電池汽車的扶持政策十分優(yōu)越，且產(chǎn)業(yè)鏈也在加緊布局，這些條件都為氫能源汽車在中國的發(fā)展提供最佳契機。
