可以作為燃料，也能用于發(fā)電……用途廣泛的氫能日益得到越來越多國家的重視。國際氫能委員會(huì)預(yù)計(jì)，到2050年，氫能可以滿足全球能源總需求的18%或全球一次能源總需求的12%，在中國，氫燃料電池車和氫能發(fā)電均將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。在這一過程中，不少人預(yù)測，汽車將成為氫能最大的應(yīng)用平臺(tái)，這源于越來越多的國家推出了鼓勵(lì)燃料電池發(fā)展的措施。
在我國，氫能及燃料電池的發(fā)展剛剛起步，目前行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀如何？未來又將走向何方？日前，在成都舉辦的首屆國際氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)大會(huì)上或許能得到答案。這場由四川省經(jīng)濟(jì)和信息化廳、中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟指導(dǎo)，中國東方電氣集團(tuán)有限公司和成都市氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì)聯(lián)合主辦，成都市經(jīng)濟(jì)和信息化局協(xié)辦的大會(huì)，吸引了1200多位業(yè)內(nèi)人士。參會(huì)規(guī)模之大既反映了大家對(duì)發(fā)展氫能及燃料電池的渴望，也映襯了當(dāng)下氫能及燃料電池的熱度。現(xiàn)場，技術(shù)路線、商業(yè)運(yùn)用、標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)等話題均引起熱烈討論。
1、多國開展氫能競賽
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。不過，化石能源終有枯竭之時(shí)，也存在CO2排放及大氣污染問題。因此，可再生的清潔能源氫能受到多個(gè)國家關(guān)注，并紛紛制定了氫能發(fā)展規(guī)劃。
日本
“日本率先把氫能發(fā)展作為國家戰(zhàn)略，將氫能與燃料電池汽車并重發(fā)展?！?中國工程院院士干勇說。
日本氫能發(fā)展由來已久。2014年4月制定的“第四次能源基本計(jì)劃”中，日本政府明確提出加速建設(shè)和發(fā)展“氫能社會(huì)”的戰(zhàn)略方向。2014年6月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省制定了“氫能與燃料電池戰(zhàn)略路線圖”，提出實(shí)現(xiàn)“氫能社會(huì)”目標(biāo)分三步走的發(fā)展路線：到2025年要加速推廣和普及氫能；到2030年要建立大規(guī)模氫能供給體系并實(shí)現(xiàn)氫燃料發(fā)電；到2040年要完成零碳?xì)淙剂瞎┙o體系建設(shè)。
2017年12月26日，日本政府發(fā)布“氫能源基本戰(zhàn)略”，確定了2050年氫能社會(huì)建設(shè)的目標(biāo)以及到2030年的具體行動(dòng)計(jì)劃。即2025年，戶用燃料電池裝置數(shù)量達(dá)到530萬臺(tái)；2030年全面引入氫發(fā)電和建立大規(guī)模氫能供應(yīng)系統(tǒng)；從海外購氫的價(jià)格降到30日元/立方米，擴(kuò)大日本商業(yè)用氫的流通網(wǎng)絡(luò)；2040年開始建立零CO2排放的供氫系統(tǒng)，通過收集和儲(chǔ)存CO2，全面實(shí)現(xiàn)零排放的制氫、儲(chǔ)氫和用氫。
當(dāng)然，日本提出“氫能社會(huì)”有緊迫的現(xiàn)實(shí)需求。數(shù)據(jù)顯示，日本94%的能源消費(fèi)依靠進(jìn)口化石能源，能源自給率僅為6%左右，包括水電在內(nèi)的可再生能源發(fā)電占比僅為15%。福島核電站事故后，日本進(jìn)口能源規(guī)模不斷攀升，造成外貿(mào)赤字不斷擴(kuò)大。與此同時(shí)，日本政府承諾，2030年CO2減排量相比2013年削減26%，到2050年削減80%。在這種情況下，日本不得不加大液化天然氣的進(jìn)口量。不過，盡管天然氣比煤炭和石油燃料排放的CO2少，日本依然很難完成既定減排目標(biāo)。于是，迫于現(xiàn)實(shí)需要，日本提出了“氫能社會(huì)”的發(fā)展規(guī)劃。
為推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展，日本以即將到來的東京奧運(yùn)會(huì)為契機(jī)，屆時(shí)在東京奧運(yùn)村將全面示范“氫能社會(huì)”，并表示2025年氫能產(chǎn)量將達(dá)到15萬噸。
美國
“相比日本，美國對(duì)氫能的利用時(shí)間更早，1974年便組織成立了國際氫能協(xié)會(huì)；2002年美國能源部（DOE）發(fā)布《國家氫能發(fā)展路線圖》；2018年10月8日，美國迎來了‘全國氫能與燃料電池日’。”干勇說，DOE還通過“氫能規(guī)劃”推動(dòng)氫能和燃料電池技術(shù)的研究與應(yīng)用。規(guī)劃制定了從研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化的路線，時(shí)間為2000年至2040年。
在DOE的規(guī)劃之下，2004年美國加州制定了氫能高速公路藍(lán)圖規(guī)劃，提出燃料電池基礎(chǔ)設(shè)施框架，同時(shí)還頒布《能源與獨(dú)立法案》，以推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
在氫能利用方面，美國能源部加大了投入，2013年與現(xiàn)代、奔馳、日產(chǎn)和豐田等共同出資啟動(dòng)了H2USA項(xiàng)目，開發(fā)氫燃料電池、建立更為廣泛的加氫站。此外，美國還將實(shí)施“中西部燃料運(yùn)輸走廊行動(dòng)計(jì)劃”，建立電動(dòng)、燃料電池乘用車、卡車和公共汽車運(yùn)輸路線。
除了燃料電池汽車，燃料電池叉車在美國也被廣泛使用?！吨袊噲?bào)》記者曾采訪美國相關(guān)人士，該人士告訴記者，目前在美國，沃爾瑪、亞馬遜等企業(yè)大量采用燃料電池叉車，一是因?yàn)榇蟛糠重浳锎娣旁谑覂?nèi)，使用傳統(tǒng)燃油叉車難以將尾氣排到室外；二是擔(dān)心電動(dòng)叉車起火燃燒。綜合考慮后，盡管成本相對(duì)較高，幾家企業(yè)仍然選擇了燃料電池叉車。
德國
在德國，汽車企業(yè)早就研發(fā)出可以量產(chǎn)的燃料電池車型，只是囿于加氫站數(shù)量太少?zèng)]有進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。盡管德國近年來對(duì)電動(dòng)汽車的支持力度更大，但對(duì)可再生能源利用的規(guī)劃也沒有放松，如電轉(zhuǎn)氣項(xiàng)目即是規(guī)劃之一。另外，德國還啟動(dòng)了“氫流動(dòng)圖”計(jì)劃（H2 Mobility），擬投入3.5億歐元，在2023年前建設(shè)超過400座加氫站。
法國
法國也發(fā)布了國家氫能計(jì)劃，計(jì)劃投資1億歐元用于氫能、交通及儲(chǔ)能領(lǐng)域，到2020年建設(shè)100座加氫站，生產(chǎn)5000輛燃料電池商用車、200輛重型車；到2028年，加氫站數(shù)量達(dá)到400~1000座，生產(chǎn)2萬~5萬輛商用車和800~2000輛重型車輛。
韓國
2018年2月，韓國Hydrogen Fusion Alliance Bureau（H2KOREA）組織在平昌論壇發(fā)表了韓國建立氫能經(jīng)濟(jì)社會(huì)的方案。該方案稱，2025年之前，以政府資助為主，建設(shè)200座加氫站，燃料電池汽車數(shù)量達(dá)到10萬輛；2030年后，韓國將進(jìn)入氫能社會(huì)，加氫站覆蓋全國，數(shù)量達(dá)到520座，建立全規(guī)模氫氣管道。屆時(shí)，私人消費(fèi)將引領(lǐng)燃料電池汽車增長，在新車銷量中燃料電池汽車占比將達(dá)到10%。
印度
印度在氫能發(fā)展上也沒有放松，未來將實(shí)施“十二期”RD&D計(jì)劃，支持氫氣生產(chǎn)、儲(chǔ)存和燃料電池應(yīng)用；巴西是乙醇燃料生產(chǎn)大國，在氫能發(fā)展上也有所涉及，推出了PaCOS 4計(jì)劃，總投資750萬美元；2018年3月前，英國為燃料電池乘用車購買者提供了4500英鎊補(bǔ)貼，2019年投資2.5億歐元用于燃料電池汽車研發(fā)與推廣。
在這場氫能競賽中，多個(gè)國家的傳統(tǒng)能源公司也積極加入進(jìn)來，比如丹麥?zhǔn)凸靖拿麨镺rsted（沃旭能源），廣東粵電集團(tuán)更名為廣東能源集團(tuán)公司，在傳統(tǒng)能源的基礎(chǔ)上，把氫能納入到自己的經(jīng)營范圍之中。
2、我國需要加快氫能發(fā)展
我國經(jīng)濟(jì)多年高速發(fā)展，對(duì)能源的需求逐年增多。2018年我國石油對(duì)外依存度超過60%，天然氣進(jìn)口量超過45%，已超過能源安全警戒線。
發(fā)展新能源汽車有利于降低我國能源安全風(fēng)險(xiǎn)，我國也制定了以純電驅(qū)動(dòng)為主的發(fā)展戰(zhàn)略，鼓勵(lì)純電動(dòng)汽車的發(fā)展與應(yīng)用。然而，我國純電動(dòng)汽車所需要的電能主要來自火力發(fā)電，雖然近年來我國火力發(fā)電比重有所下降，但比例仍然超過70%。
中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，2018年，我國新能源汽車產(chǎn)銷分別完成127萬輛和125.6萬輛，比上年同期分別增長59.9%和61.7%，2019年將達(dá)到160萬輛。不斷增長的電動(dòng)汽車數(shù)量必定加大充電需求量，而以火力發(fā)電為主的電力供應(yīng)將帶來兩大問題，一是煤炭開采突破上限；二是不利于實(shí)施碳排放權(quán)交易管理制度。
云?。ǚ鹕剑淠軜?biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)新研發(fā)中心主任趙吉詩說：“從當(dāng)前能源供應(yīng)來看，我國煤炭開采已超出科學(xué)生產(chǎn)上限。研究表明，在生態(tài)環(huán)境和水資源承載范圍之內(nèi)，煤炭的科學(xué)產(chǎn)能不宜突破30億噸，而2013年我國實(shí)際產(chǎn)量已達(dá)到36.8億噸。我國煤炭采出率較低，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境和土地資源破壞嚴(yán)重?！?
另外，目前我國已成為全球碳排放量最多的國家，占全球碳總排放量的25%。為了降低碳排放量，4月3日，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了“關(guān)于公開征求《碳排放權(quán)交易管理暫行條例（征求意見稿）》意見的通知”。不過，碳排放量不斷攀升將對(duì)暫行條例的實(shí)施形成阻力。
現(xiàn)實(shí)情況決定了我國需要加快替代能源的發(fā)展?！白鳛榭梢栽偕亩文茉?，氫氣既有利于我國降低煤炭開采量，也有利于減少碳排放?！眹夷茉醇瘓F(tuán)大渡河流域水電開發(fā)有限公司科技信息部部長李林說，以四川為例，四川年富余水電約140億千瓦時(shí)，可制氫約28萬噸，可以替代24億標(biāo)方天然氣或者250萬噸汽油。當(dāng)下，風(fēng)能、光能、水力發(fā)電都是清潔能源，也是氫能的重要來源，通過這種方式制氫，既有利于生態(tài)保護(hù)，也能促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
然而，我國棄風(fēng)、棄光、棄水現(xiàn)象普遍。李林展示的一組數(shù)據(jù)顯示：2016年之前，新能源棄電現(xiàn)象呈現(xiàn)增長之勢，2017、2018年棄風(fēng)、棄光量相對(duì)下降，但棄水的形勢依然很嚴(yán)峻，2018年棄水電量為691億千瓦時(shí)，比2017年高出176億千瓦時(shí)。2018年全國棄風(fēng)、棄光、棄水電量高達(dá)1020億千瓦時(shí)。充分利用好西部地區(qū)的風(fēng)、光、水資源，有利于縮小西部地區(qū)與東部地區(qū)的差距，也有利于氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
目前，我國氫能發(fā)展面臨諸多問題，最為核心的是氫氣制造仍屬于化工生產(chǎn)，因此氫氣制造場地不能建在水電站附近，必須在化工園區(qū)進(jìn)行生產(chǎn)，這就難以有效利用水電制氫，而即使將富余的水電輸送到化工園區(qū)來生產(chǎn)氫氣，也存在電力過網(wǎng)費(fèi)的問題?！鞍凑找?guī)定需要收取0.105元/千瓦時(shí)過網(wǎng)費(fèi)，無形間增加了制氫成本?！崩盍终f。
“必須改變氫氣是化工產(chǎn)品的觀念，把它列入能源領(lǐng)域?！备捎虑檎{(diào)。
3、燃料電池車將是氫能主要消費(fèi)載體
2019年政府工作報(bào)告首次將氫能發(fā)展列入其中，要求推動(dòng)充電、加氫等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。此前，我國也出臺(tái)了多個(gè)鼓勵(lì)發(fā)展氫能的政策。2014年我國出臺(tái)的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)（2014-2020年）》將氫能與燃料電池作為能源科技創(chuàng)新戰(zhàn)略方向，并強(qiáng)調(diào)對(duì)燃料電池汽車補(bǔ)貼不實(shí)行退坡。2016年我國發(fā)布的《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施路線圖》要求到2020年加氫站達(dá)到100座，行業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到3000億元；2030年加氫站達(dá)到1000座，燃料電池汽車達(dá)到200萬輛。2017、2018年也相繼出臺(tái)了政策鼓勵(lì)燃料電池汽車發(fā)展，并給予車輛20萬~50萬元的補(bǔ)貼，給予加氫站400萬元的補(bǔ)貼。
在政策的指引下，我國已形成多個(gè)氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)集群。
北京形成了未來科學(xué)城氫能技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)，匯聚了清華大學(xué)、億華通、福田客車、氫璞創(chuàng)能等一大批企業(yè)，專注于制氫、儲(chǔ)氫和用氫；
上海的氫能產(chǎn)業(yè)集群位于嘉定區(qū)氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)園；
江蘇的氫能產(chǎn)業(yè)集群在如皋氫能小鎮(zhèn)等。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國已有14個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)集群，廣東、浙江、安徽等均榜上有名。
這些集群將對(duì)氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來什么影響？四川省能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司副總經(jīng)理李越的介紹可以看出集群的作用。他說，根據(jù)四川多水富氣的自然資源特點(diǎn)，四川未來的能源發(fā)展將采用集中與分布式有效結(jié)合的方式，建立較為完善的氫能產(chǎn)業(yè)鏈，聚焦一批“制、儲(chǔ)、運(yùn)、用”企業(yè)，以及科研創(chuàng)新力較強(qiáng)的研究機(jī)構(gòu)，重點(diǎn)扶持本土企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)，通過市場定價(jià)機(jī)制，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展?？梢韵胂?，在諸多集群的推動(dòng)下，我國氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)將駛上快車道。
氫能及燃料電池的熱潮已在全球興起，我國也在加快發(fā)展步伐?！拔覈蟛糠诌M(jìn)口石油供應(yīng)給了汽車，未來隨著氫能的發(fā)展，汽車仍然會(huì)是主要的消費(fèi)載體，也將是氫能最大的應(yīng)用平臺(tái)?！备捎抡f。
我國燃料電池核心零部件企業(yè)正在崛起
眾所周知，我國汽車產(chǎn)業(yè)大而不強(qiáng)的根本原因在于零部件產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)的缺失，燃料電池目前也面臨這一問題。
不過，相比傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)，燃料電池核心零部件的研發(fā)進(jìn)程要快得多，且已取得了初步成果。如果用比賽形容當(dāng)前的競爭態(tài)勢，可以說，我國燃料電池核心技術(shù)正在追趕國際先進(jìn)的路上，且速度并不慢。
舉例來說，此前，我國燃料電池核心部件電堆采用的是純鉑催化劑，導(dǎo)致貴金屬用量較多，成本較高。目前，研究人員在吸收豐田、巴拉德等國際企業(yè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研發(fā)出了鉑合金催化劑。對(duì)此，上海濟(jì)平新能源科技有限公司創(chuàng)始人鄒裕民說：“美國能源部要求燃料電池電堆催化劑鉑合金含量達(dá)到0.44A/mg Pt以上，我們可以做到0.5A/mg Pt。在生產(chǎn)催化劑的過程中，我們會(huì)對(duì)前驅(qū)物進(jìn)行處理，包括碳離子的處理，嚴(yán)格把控質(zhì)量，這讓我們的產(chǎn)品相比英國的某些優(yōu)秀企業(yè)更勝一籌?！?
致力于提高國產(chǎn)核心零部件的科研人員還有很多。深圳市南科燃料電池有限公司總經(jīng)理徐文輝也向記者展示了其研發(fā)的核心產(chǎn)品。在關(guān)鍵材料、電堆和系統(tǒng)集成方面，他們均進(jìn)行了布局。據(jù)介紹，他們不僅拿出了質(zhì)量過硬的產(chǎn)品，更重要的是還實(shí)現(xiàn)了價(jià)格的大幅下降，這有助于我國燃料電池早日擺脫補(bǔ)貼依賴，走向市場化發(fā)展；深圳南科研發(fā)的膜電極采用的是目前最好的原材料，但成本卻不到800元/kW（不包括人工和折舊），而國際上一些知名企業(yè)在中國的銷售價(jià)格卻高達(dá)4000元/kW。“即便算上人工和折舊，我們的產(chǎn)品也比他們低很多?！毙煳妮x說。
不久前，《中國汽車報(bào)》記者采訪了蘇州擎動(dòng)科技有限公司總經(jīng)理朱威，他向記者展示了其產(chǎn)品與某知名品牌的對(duì)比結(jié)果，結(jié)果顯示，他們的產(chǎn)品多數(shù)指標(biāo)優(yōu)于競爭對(duì)手，更重要的是價(jià)格遠(yuǎn)低于競爭對(duì)手。
雖然我國燃料電池起步不算早，但從目前的發(fā)展形勢來看，我國一批燃料電池核心零部件企業(yè)正在崛起。
孰優(yōu)孰劣難有定論 多種制氫技術(shù)路線齊頭并進(jìn)
《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍(lán)皮書》（2018）顯示，2016年我國制氫總量為2100萬噸，煤制氫占比高達(dá)62%，天然氣制氫占比19%，電解水制氫占比1%，其他占18%。
四川亞聯(lián)高科技股份有限公司總經(jīng)理王業(yè)勤告訴《中國汽車報(bào)》記者，我國煤制氫規(guī)模大，通常在幾萬至十幾萬標(biāo)準(zhǔn)立方米，投資金額從幾億元到幾十億元。與此同時(shí)，煤制氫產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣量也較大，環(huán)保投入比較高。如果單獨(dú)采用煤制氫，每千克會(huì)產(chǎn)生19.9~29Kg CO2，按照2018年北京碳交易價(jià)格50元/噸計(jì)算，煤制氫每千克會(huì)增加成本1~1.5元。
天然氣制氫是化石能源制氫技術(shù)中最環(huán)保的方式，不過也會(huì)產(chǎn)生碳排放。另外，在高碳稅的情況下，天然氣制氫將會(huì)失去成本優(yōu)勢。
相比較而言，甲醇制氫的投資額較低，同等規(guī)模下是煤制氫的1/10，天然氣制氫的1/3~1/2，其碳排放量與天然氣制氫相當(dāng)。目前，甲醇制氫在我國有龐大的用戶群體。
電解水制氫也越來越受關(guān)注，目前主要有三種方法，堿性電解制氫、PEM水電解制氫和固體氧化物電解制氫（正在研發(fā)中）。無論哪種方法，都可以得到高純度的氫氣，但各自也有很難克服的缺點(diǎn)。
除此之外，制氫技術(shù)還包括工業(yè)副產(chǎn)氫，其中焦?fàn)t煤氣氫含量約為50%、丙烷脫氫氫含量約為99%、氯堿尾氣氫含量約為99%。
從成本角度考慮，低谷電制氫成本約為20元/Kg，大工業(yè)用電制氫約為38元/Kg，可再生能源棄電制氫只需要10元/Kg；天然氣制氫的成本約為13元/Kg，不過天然氣的價(jià)格波動(dòng)較劇烈，會(huì)對(duì)氫氣的價(jià)格產(chǎn)生較大影響；煤制氫的價(jià)格約為10元/Kg；工業(yè)副產(chǎn)氫的價(jià)格約為8~14元/Kg。
以上還僅是原材料成本，幾種制氫方法的人工成本相差更大。電解水制氫人工成本約占總成本的4%~23%，甲醇制氫約占2%~4%，其他方法制氫人工成本均為1%~2%。
“單純以成本為依據(jù)決定采用哪種制氫方式并不可取，還需要考慮當(dāng)?shù)氐馁Y源情況，比如中西部水電、天然氣資源豐富，價(jià)格相對(duì)較低，而東部化工、鋼鐵企業(yè)較多，工業(yè)副產(chǎn)氫或許是更好的選擇?！蓖鯓I(yè)勤說。
相對(duì)于氫氣制備，氫氣的儲(chǔ)運(yùn)則更多與距離有關(guān)。中國航天科技集團(tuán)科技委副主任、氫能工程技術(shù)研究中心主任譚永華告訴《中國汽車報(bào)》記者:”長距離運(yùn)輸氫氣沒有經(jīng)濟(jì)性。氫氣的運(yùn)輸與高速費(fèi)用關(guān)聯(lián)較大，液氫的運(yùn)輸距離大于200公里不具有經(jīng)濟(jì)性。”
