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。國際氫能委員會預計，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)電均將實現(xiàn)大規(guī)模應用。在這一過程中，不少人預測，汽車將成為氫能最大的應用平臺，這源于越來越多的國家推出了鼓勵燃料電池發(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業(yè)大會上或許能得到答案。這場由四川省經濟和信息化廳、中國氫能源及燃料電池產業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟指導，中國東方電氣集團有限公司和成都市氫能及燃料電池產業(yè)發(fā)展促進會聯(lián)合主辦，成都市經濟和信息化局協(xié)辦的大會，吸引了1200多位業(yè)內人士。參會規(guī)模之大既反映了大家對發(fā)展氫能及燃料電池的渴望，也映襯了當下氫能及燃料電池的熱度?，F(xiàn)場，技術路線、商業(yè)運用、標準法規(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能源，第二次能源革命是石油取代煤炭成為主導能源。不過，化石能源終有枯竭之時，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國家關注，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“第四次能源基本計劃”中，日本政府明確提出加速建設和發(fā)展“氫能社會”的戰(zhàn)略方向。2014年6月，日本經濟產業(yè)省制定了“氫能與燃料電池戰(zhàn)略路線圖”，提出實現(xiàn)“氫能社會”目標分三步走的發(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現(xiàn)氫燃料發(fā)電；到2040年要完成零碳氫燃料供給體系建設。
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年氫能社會建設的目標以及到2030年的具體行動計劃。即2025年，戶用燃料電池裝置數(shù)量達到530萬臺；2030年全面引入氫發(fā)電和建立大規(guī)模氫能供應系統(tǒng)；從海外購氫的價格降到30日元/立方米，擴大日本商業(yè)用氫的流通網絡；2040年開始建立零CO2排放的供氫系統(tǒng)，通過收集和儲存CO2，全面實現(xiàn)零排放的制氫、儲氫和用氫。
當然，日本提出“氫能社會”有緊迫的現(xiàn)實需求。數(shù)據(jù)顯示，日本94%的能源消費依靠進口化石能源，能源自給率僅為6%左右，包括水電在內的可再生能源發(fā)電占比僅為15%。福島核電站事故后，日本進口能源規(guī)模不斷攀升，造成外貿赤字不斷擴大。與此同時，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。于是，迫于現(xiàn)實需要，日本提出了“氫能社會”的發(fā)展規(guī)劃。
為推動氫能產業(yè)加快發(fā)展，日本以即將到來的東京奧運會為契機，屆時在東京奧運村將全面示范“氫能社會”，并表示2025年氫能產量將達到15萬噸。
美國
“相比日本，美國對氫能的利用時間更早，1974年便組織成立了國際氫能協(xié)會；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’?！备捎抡f，DOE還通過“氫能規(guī)劃”推動氫能和燃料電池技術的研究與應用。規(guī)劃制定了從研發(fā)到產業(yè)化的路線，時間為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圖規(guī)劃，提出燃料電池基礎設施框架，同時還頒布《能源與獨立法案》，以推動氫能產業(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、日產和豐田等共同出資啟動了H2USA項目，開發(fā)氫燃料電池、建立更為廣泛的加氫站。此外，美國還將實施“中西部燃料運輸走廊行動計劃”，建立電動、燃料電池乘用車、卡車和公共汽車運輸路線。
除了燃料電池汽車，燃料電池叉車在美國也被廣泛使用?！吨袊噲蟆酚浾咴稍L美國相關人士，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，一是因為大部分貨物存放在室內，使用傳統(tǒng)燃油叉車難以將尾氣排到室外；二是擔心電動叉車起火燃燒。綜合考慮后，盡管成本相對較高，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)出可以量產的燃料電池車型，只是囿于加氫站數(shù)量太少沒有進行大規(guī)模生產。盡管德國近年來對電動汽車的支持力度更大，但對可再生能源利用的規(guī)劃也沒有放松，如電轉氣項目即是規(guī)劃之一。另外，德國還啟動了“氫流動圖”計劃（H2 Mobility），擬投入3.5億歐元，在2023年前建設超過400座加氫站。
法國
法國也發(fā)布了國家氫能計劃，計劃投資1億歐元用于氫能、交通及儲能領域，到2020年建設100座加氫站，生產5000輛燃料電池商用車、200輛重型車；到2028年，加氫站數(shù)量達到400~1000座，生產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濟社會的方案。該方案稱，2025年之前，以政府資助為主，建設200座加氫站，燃料電池汽車數(shù)量達到10萬輛；2030年后，韓國將進入氫能社會，加氫站覆蓋全國，數(shù)量達到520座，建立全規(guī)模氫氣管道。屆時，私人消費將引領燃料電池汽車增長，在新車銷量中燃料電池汽車占比將達到10%。
印度
印度在氫能發(fā)展上也沒有放松，未來將實施“十二期”RD&D計劃，支持氫氣生產、儲存和燃料電池應用；巴西是乙醇燃料生產大國，在氫能發(fā)展上也有所涉及，推出了PaCOS 4計劃，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，多個國家的傳統(tǒng)能源公司也積極加入進來，比如丹麥石油公司改名為Orsted（沃旭能源），廣東粵電集團更名為廣東能源集團公司，在傳統(tǒng)能源的基礎上，把氫能納入到自己的經營范圍之中。
2、我國需要加快氫能發(fā)展
我國經濟多年高速發(fā)展，對能源的需求逐年增多。2018年我國石油對外依存度超過60%，天然氣進口量超過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險，我國也制定了以純電驅動為主的發(fā)展戰(zhàn)略，鼓勵純電動汽車的發(fā)展與應用。然而，我國純電動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)會的數(shù)據(jù)顯示，2018年，我國新能源汽車產銷分別完成127萬輛和125.6萬輛，比上年同期分別增長59.9%和61.7%，2019年將達到160萬輛。不斷增長的電動汽車數(shù)量必定加大充電需求量，而以火力發(fā)電為主的電力供應將帶來兩大問題，一是煤炭開采突破上限；二是不利于實施碳排放權交易管理制度。
云?。ǚ鹕剑淠軜藴驶瘎?chuàng)新研發(fā)中心主任趙吉詩說：“從當前能源供應來看，我國煤炭開采已超出科學生產上限。研究表明，在生態(tài)環(huán)境和水資源承載范圍之內，煤炭的科學產能不宜突破30億噸，而2013年我國實際產量已達到36.8億噸。我國煤炭采出率較低，導致生態(tài)環(huán)境和土地資源破壞嚴重?！?
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“關于公開征求《碳排放權交易管理暫行條例（征求意見稿）》意見的通知”。不過，碳排放量不斷攀升將對暫行條例的實施形成阻力。
現(xiàn)實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，可制氫約28萬噸，可以替代24億標方天然氣或者250萬噸汽油。當下，風能、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，也能促進經濟發(fā)展。
然而，我國棄風、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、棄光量相對下降，但棄水的形勢依然很嚴峻，2018年棄水電量為691億千瓦時，比2017年高出176億千瓦時。2018年全國棄風、棄光、棄水電量高達1020億千瓦時。充分利用好西部地區(qū)的風、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，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)進行生產，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)來生產氫氣，也存在電力過網費的問題?！鞍凑找?guī)定需要收取0.105元/千瓦時過網費，無形間增加了制氫成本?！崩盍终f。
“必須改變氫氣是化工產品的觀念，把它列入能源領域?！备捎虑檎{。
3、燃料電池車將是氫能主要消費載體
2019年政府工作報告首次將氫能發(fā)展列入其中，要求推動充電、加氫等基礎設施建設。此前，我國也出臺了多個鼓勵發(fā)展氫能的政策。2014年我國出臺的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動（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，并強調對燃料電池汽車補貼不實行退坡。2016年我國發(fā)布的《中國氫能產業(yè)基礎設施路線圖》要求到2020年加氫站達到100座，行業(yè)總產值達到3000億元；2030年加氫站達到1000座，燃料電池汽車達到200萬輛。2017、2018年也相繼出臺了政策鼓勵燃料電池汽車發(fā)展，并給予車輛20萬~50萬元的補貼，給予加氫站400萬元的補貼。
在政策的指引下，我國已形成多個氫能及燃料電池產業(yè)集群。
北京形成了未來科學城氫能技術協(xié)同創(chuàng)新平臺，匯聚了清華大學、億華通、福田客車、氫璞創(chuàng)能等一大批企業(yè)，專注于制氫、儲氫和用氫；
上海的氫能產業(yè)集群位于嘉定區(qū)氫能與燃料電池產業(yè)園；
江蘇的氫能產業(yè)集群在如皋氫能小鎮(zhèn)等。
據(jù)不完全統(tǒng)計，全國已有14個氫能產業(yè)集群，廣東、浙江、安徽等均榜上有名。
這些集群將對氫能及燃料電池產業(yè)的發(fā)展帶來什么影響？四川省能源投資集團有限責任公司副總經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，四川未來的能源發(fā)展將采用集中與分布式有效結合的方式，建立較為完善的氫能產業(yè)鏈，聚焦一批“制、儲、運、用”企業(yè)，以及科研創(chuàng)新力較強的研究機構，重點扶持本土企業(yè)及科研機構，通過市場定價機制，推動氫能產業(yè)鏈發(fā)展。可以想象，在諸多集群的推動下，我國氫能及燃料電池產業(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口石油供應給了汽車，未來隨著氫能的發(fā)展，汽車仍然會是主要的消費載體，也將是氫能最大的應用平臺?！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，我國汽車產業(yè)大而不強的根本原因在于零部件產業(yè)核心技術的缺失，燃料電池目前也面臨這一問題。
不過，相比傳統(tǒng)汽車產業(yè)，燃料電池核心零部件的研發(fā)進程要快得多，且已取得了初步成果。如果用比賽形容當前的競爭態(tài)勢，可以說，我國燃料電池核心技術正在追趕國際先進的路上，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)經驗的基礎上，研發(fā)出了鉑合金催化劑。對此，上海濟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到0.44A/mg Pt以上，我們可以做到0.5A/mg Pt。在生產催化劑的過程中，我們會對前驅物進行處理，包括碳離子的處理，嚴格把控質量，這讓我們的產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理徐文輝也向記者展示了其研發(fā)的核心產品。在關鍵材料、電堆和系統(tǒng)集成方面，他們均進行了布局。據(jù)介紹，他們不僅拿出了質量過硬的產品，更重要的是還實現(xiàn)了價格的大幅下降，這有助于我國燃料電池早日擺脫補貼依賴，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)在中國的銷售價格卻高達4000元/kW?！凹幢闼闵先斯ず驼叟f，我們的產品也比他們低很多?！毙煳妮x說。
不久前，《中國汽車報》記者采訪了蘇州擎動科技有限公司總經理朱威，他向記者展示了其產品與某知名品牌的對比結果，結果顯示，他們的產品多數(shù)指標優(yōu)于競爭對手，更重要的是價格遠低于競爭對手。
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 多種制氫技術路線齊頭并進
《中國氫能產業(yè)發(fā)展藍皮書》（2018）顯示，2016年我國制氫總量為2100萬噸，煤制氫占比高達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理王業(yè)勤告訴《中國汽車報》記者，我國煤制氫規(guī)模大，通常在幾萬至十幾萬標準立方米，投資金額從幾億元到幾十億元。與此同時，煤制氫產生的廢水、廢氣、廢渣量也較大，環(huán)保投入比較高。如果單獨采用煤制氫，每千克會產生19.9~29Kg CO2，按照2018年北京碳交易價格50元/噸計算，煤制氫每千克會增加成本1~1.5元。
天然氣制氫是化石能源制氫技術中最環(huán)保的方式，不過也會產生碳排放。另外，在高碳稅的情況下，天然氣制氫將會失去成本優(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。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。
除此之外，制氫技術還包括工業(yè)副產氫，其中焦爐煤氣氫含量約為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，不過天然氣的價格波動較劇烈，會對氫氣的價格產生較大影響；煤制氫的價格約為10元/Kg；工業(yè)副產氫的價格約為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?shù)氐馁Y源情況，比如中西部水電、天然氣資源豐富，價格相對較低，而東部化工、鋼鐵企業(yè)較多，工業(yè)副產氫或許是更好的選擇?！蓖鯓I(yè)勤說。
相對于氫氣制備，氫氣的儲運則更多與距離有關。中國航天科技集團科技委副主任、氫能工程技術研究中心主任譚永華告訴《中國汽車報》記者:”長距離運輸氫氣沒有經濟性。氫氣的運輸與高速費用關聯(lián)較大，液氫的運輸距離大于200公里不具有經濟性。”
