氫能發展戰略研討會解構氫產業發展燃料電池汽車發展路徑越探越明
本文轉自【中國汽車報網】；
我國作為全球最大的化石能源消費國，如何在當前的第四次工業革命、第三次能源革命浪潮中勇立潮頭？大力發展氫能成為了戰略選項、現實選項。
7月24日，以“解構氫產業，謀劃氫未來”為主題的氫能發展戰略研討會在中國石化集團公司召開，與會人員圍繞氫能技術、氫能經濟、氫能產業鏈等重大技術產業問題進行研討，更好地謀劃氫能產業未來發展。
♦開創氫能重卡時代
中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高在會上提出，總的來看氫燃料電池動力系統更適合長途大型高速過載車輛，以替代柴油機。“現在，我們的產品開發重點是重型卡車，採用了輪轂電機、液氫。”他介紹道。
在我國，商用車是柴油機應用最廣泛的領域之一。特別是我國商用車市場已是自主品牌企業的天下，無論在規模化發展還是成本控制方面都具有明顯優勢。近期，豐田汽車宣佈聯合億華通、中國一汽、東風汽車、北汽、廣汽五家企業，成立“聯合燃料電池系統研發（北京）有限公司”，面向商用車燃料電池系統開展研發工作。
“中國應該在柴油車上發展氫動力，特別在柴油車保有量較為集中的地區首先推廣，進入‘氫能重卡時代’”。中國工程院院士幹勇表示，物流密集的港口地區適合建立“柴改氫”示範區。港口交通發達，可利用集中效應佈局膜電極等產業鏈，從而達到示範經濟效益。港口地區有大型鋼鐵企業及聯產焦化企業，副產氫來源有保障，可實現氫源供應的經濟效益。與柴油重卡和電動重卡相比，氫燃料電池重卡具備零排放、過載、遠距離續駛的優勢。預計到2050年，我國將有超過50％的重型卡車以氫燃料電池作為動力。他稱：“國內的主要海港，按照一個月貨物60％的公路運輸比例，估算重量2.36億噸，約1600萬車次，需消耗柴油400萬噸，折算氫氣240萬噸/月，這樣看來‘柴改氫’太重要了。唐山要求‘汽改鐵’，但是修鐵路也不是最好的辦法，超短途運輸可以透過鐵路，最終解決還是要‘柴改氫’。”
今年7月6日，現代汽車打造的全球首款量產燃料電池重卡——XCIENT，首批10輛車已啟程運往瑞士。按計劃，現代汽車將於今年9月起，陸續交付50輛氫燃料電池重卡。豐田則計劃今年四季度生產10輛氫燃料電池重卡。
2019年12月25日，濰柴宣佈首款國產200噸以上氫燃料-鋰電池混合能源礦用自卸車成功下線。據悉，該車由濰柴動力、中國氫能聯盟、國家能源集團聯合研發，核心控制系統由中車永濟電機公司提供。資料顯示，如果以每輛車每天45次往返計算，那麼一輛濰柴氫燃料鋰電池混合能源礦用卡車每天可節省20噸燃油，減少約57噸二氧化碳排放量，節能環保效果顯著。另據獲悉，近期，山東重工集團與鐵雄冶金就氫能重卡物流示範區專案合作事項進行了交流討論。雙方計劃建設鄒平市氫能重卡物流示範區，在全國首家開創“產-儲-存-運-加-用”一體化物流新模式。
山東重工集團黨委書記、董事長，濰柴集團董事長譚旭光在會上表示，重型汽車最終還是要在氫燃料電池上發力，特別在城市間和中長途物流車上。基於場景需要，城市內的大型公交車以及集中執行在城鄉結合部的中卡，也有望加速實現氫燃料電池動力替代。“山東是一個產氫大省，我們研究山東的廢氫、可回收的氫每年大概100萬噸，它至少可以支撐10萬～12萬輛氫燃料電池汽車執行。”
♦制氫、儲氫技術穩步發展
《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》指出，目前，電解水制氫技術主要有鹼性水電解槽（AE）、質子交換膜水電解槽（PEM）和固體氧化物水電解槽（SOE）。其中，鹼性電解槽技術最為成熟，生產成本較低；質子交換膜水電解槽流程簡單，能效較高，但因使用貴金屬電催化劑等材料，成本偏高；固體氧化物水電解槽採用水蒸氣電解，高溫環境下工作，能效最高，但尚處於實驗室研發階段。
中國工程院院士、中國礦業大學教授彭蘇萍表示，氫燃料電池種類很多，包括質子交換膜、固體氧化物、熔融碳酸鹽等。熔融碳酸鹽燃料電池前幾年進展不錯，但在使用過程中有較強的腐蝕性，而且發電效率相對偏低，因此還需要進一步加強研究。質子交換膜燃料電池啟動應用較快，而且在我國市場成為主流。固體氧化物燃料電池溫度高，所以轉化的效率、發電的效率相對要高一些，在美國重型卡車上應用廣泛。他提出，中國聚焦煤氣化燃料電池，制氫用固體氧化物燃料電池成本最低、耗電最少。綜合來看，質子交換膜和固體氧化物燃料電池是未來發展的重點。“固體氧化燃料電池國家投入太少，企業的參與度不高。在我國，質子交換膜燃料電池的發展更為成熟、執行情況更好。我們已經掌握了相關核心技術，不再被‘卡脖子’。”他說。彭蘇萍還指出，化石能源制氫是最便宜的制氫方法，碳排放成本方面，煤制氫成本最低，其次是天然氣制氫。
歐陽明高認為，燃料電池汽車合理性取決於氫能，氫能的合理性取決於可再生能源轉型中大規模能量儲存與多元化利用需求。10％的棄電可以滿足2025年燃料電池車用氫需求，50％的棄電可以滿足2035年燃料電池汽車用氫需求。在他看來，當前市場突破口是棄風、棄光和副產氫富餘地區，應儘量在當地就近推廣應用，在低成本高安全的儲氫瓶能夠覆蓋的里程範圍內，大力發展適合採用燃料電池深度混合的動力車型。
在儲氫領域，幹勇特別強調了固態儲氫在氫燃料電池汽車推廣中的獨到之處，比如體積儲氫密度高、能效低、能效高。“固態儲氫為將成為新技術發展方向之一，它可以不考慮佈局加氫站，把氣瓶作為標準儲氫，壓力幾乎是常壓，每個高速鐵路的服務站都可以出售這種氫氣瓶，用完就換。”他介紹道。
♦核心技術能力仍有待加強
近年來，我國出現了發展氫能經濟的熱潮，多地陸續出臺相關規劃和支援政策，氫燃料電池汽車也迎來產業化發展的重要視窗期。國內氫能產業已經形成六大產業叢集，截止到今年2月加氫站數量達到64座，40個地區出臺了相關的氫能規劃。2019年，我國氫燃料電池汽車保有量超過6000輛，產業支援政策轉向“以獎代補”。
幹勇指出，在全球氫能競爭中我國還沒有佔據絕對優勢，在核心材料、零部件、裝備重大工程等方面存在不少關鍵短板。他說：“希望粵港澳、長三角、京津冀等實現‘一盤棋’，這樣可以合理利用能源、提高效率、降低成本。”
國家電投集團氫能首席專家柴茂榮表示，我國氫燃料電池市場化的主要瓶頸主要在於成本高。雖然燃料電池企業很多，但大部分規模較小，且所需核心器件與基礎材料，如催化劑和膜電極、碳纖維等基本依賴進口。國內雖然少數企業開發基礎材料，但效能和指標與國外先進水平差距較大，大部分依靠國外零配件組裝為主，大功率電堆及系統能力仍不足。
“燃料電池行業要大規模商業化，必須突破材料依靠進口的瓶頸。”長城汽車未勢能源科技有限公司總裁陳雪松認為，決定燃料電池發展規模的實際上是一些核心材料，比如膜、催化劑、碳紙等。而這些材料目前都處於被外資企業壟斷的狀態，購買成本居高不下。在他看來：“不一定非要把國外進口產品替代掉，而是要透過國產化實現良性競爭，打破壟斷，最後由市場自由選擇，因此國產材料不僅要從規模上擴大，也要從效能、成本控制上有所提升。”
彭蘇萍提出，為進一步推動氫能產業高質量發展，首先要加快核心技術攻關，穩妥推進工程示範；其次，低成本低碳制氫是可持續發展的關鍵；第三要圍繞產業鏈部署創新鏈，圍繞創新鏈佈局產業鏈，推動我國氫能產業邁上全球價值鏈的中高階，所以要加強產學研用協同攻關，打通基礎研究、關鍵技術、裝備製造、工程示範創新鏈；還要組建央企、國企創新聯合體，上、中、下游產業鏈協同，圍繞產業鏈佈局科技攻關，形成創新合力。