钜大LARGE | 点击量：614次 | 2019年05月08日
未来汽车将会是氢能最大应用舞台吗
可以作为燃料，也能用于发电……用途广泛的氢能日益得到越来越多国家的重视。国际氢能委员会预计，到2050年，氢能可以满足全球能源总需求的18%或全球一次能源总需求的12%，在中国，氢燃料电池车和氢能发电均将实现大规模应用。在这一过程中，不少人预测，汽车将成为氢能最大的应用平台，这源于越来越多的国家推出了鼓励燃料电池发展的措施。
在我国，氢能及燃料电池的发展刚刚起步，目前行业发展现状如何？未来又将走向何方？日前，在成都举办的首届国际氢能及燃料电池产业大会上或许能得到答案。这场由四川省经济和信息化厅、中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟指导，中国东方电气集团有限公司和成都市氢能及燃料电池产业发展促进会联合主办，成都市经济和信息化局协办的大会，吸引了1200多位业内人士。参会规模之大既反映了大家对发展氢能及燃料电池的渴望，也映衬了当下氢能及燃料电池的热度。现场，技术路线、商业运用、标准法规等话题均引起热烈讨论。
1多国开展氢能竞赛
迄今为止，人类历史上已发生过两次能源革命。第一次能源革命是煤炭取代木材成为主导能源，第二次能源革命是石油取代煤炭成为主导能源。不过，化石能源终有枯竭之时，也存在CO2排放及大气污染问题。因此，可再生的清洁能源氢能受到多个国家关注，并纷纷制定了氢能发展规划。
日本
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
“日本率先把氢能发展作为国家战略，将氢能与燃料电池汽车并重发展。”中国工程院院士干勇说。
日本氢能发展由来已久。2014年4月制定的“第四次能源基本计划”中，日本政府明确提出加速建设和发展“氢能社会”的战略方向。2014年6月，日本经济产业省制定了“氢能与燃料电池战略路线图”，提出实现“氢能社会”目标分三步走的发展路线：到2025年要加速推广和普及氢能；到2030年要建立大规模氢能供给体系并实现氢燃料发电；到2040年要完成零碳氢燃料供给体系建设。
2017年12月26日，日本政府发布“氢能源基本战略”，确定了2050年氢能社会建设的目标以及到2030年的具体行动计划。即2025年，户用燃料电池装置数量达到530万台；2030年全面引入氢发电和建立大规模氢能供应系统；从海外购氢的价格降到30日元/立方米，扩大日本商业用氢的流通网络；2040年开始建立零CO2排放的供氢系统，通过收集和储存CO2，全面实现零排放的制氢、储氢和用氢。
当然，日本提出“氢能社会”有紧迫的现实需求。数据显示，日本94%的能源消费依靠进口化石能源，能源自给率仅为6%左右，包括水电在内的可再生能源发电占比仅为15%。福岛特种事故后，日本进口能源规模不断攀升，造成外贸赤字不断扩大。与此同时，日本政府承诺，2030年CO2减排量相比2013年削减26%，到2050年削减80%。在这种情况下，日本不得不加大液化天然气的进口量。不过，尽管天然气比煤炭和石油燃料排放的CO2少，日本依然很难完成既定减排目标。于是，迫于现实需要，日本提出了“氢能社会”的发展规划。
为推动氢能产业加快发展，日本以即将到来的东京奥运会为契机，届时在东京奥运村将全面示范“氢能社会”，并表示2025年氢能产量将达到15万吨。
美国
“相比日本，美国对氢能的利用时间更早，1974年便组织成立了国际氢能协会；2002年美国能源部（DOE）发布《国家氢能发展路线图》；2018年10月8日，美国迎来了‘全国氢能与燃料电池日’。”干勇说，DOE还通过“氢能规划”推动氢能和燃料电池技术的研究与应用。规划制定了从研发到产业化的路线，时间为2000年至2040年。
在DOE的规划之下，2004年美国加州制定了氢能高速公路蓝图规划，提出燃料电池基础设施框架，同时还颁布《能源与独立法案》，以推动氢能产业发展。
在氢能利用方面，美国能源部加大了投入，2013年与现代、奔驰、日产和丰田等共同出资启动了H2USA项目，开发氢燃料电池、建立更为广泛的加氢站。此外，美国还将实施“中西部燃料运输走廊行动计划”，建立电动、燃料电池乘用车、卡车和公共汽车运输路线。
除了燃料电池汽车，燃料电池叉车在美国也被广泛使用。美国相关人士告诉记者，目前在美国，沃尔玛、亚马逊等企业大量采用燃料电池叉车，一是因为大部分货物存放在室内，使用传统燃油叉车难以将尾气排到室外；二是担心电动叉车起火燃烧。综合考虑后，尽管成本相对较高，几家企业仍然选择了燃料电池叉车。
德国
在德国，汽车企业早就研发出可以量产的燃料电池车型，只是囿于加氢站数量太少没有进行大规模生产。尽管德国近年来对电动汽车的支持力度更大，但对可再生能源利用的规划也没有放松，如电转气项目即是规划之一。另外，德国还启动了“氢流动图”计划（H2Mobility），拟投入3.5亿欧元，在2023年前建设超过400座加氢站。
法国
法国也发布了国家氢能计划，计划投资1亿欧元用于氢能、交通及储能领域，到2020年建设100座加氢站，生产5000辆燃料电池商用车、200辆重型车；到2028年，加氢站数量达到400~1000座，生产2万~5万辆商用车和800~2000辆重型车辆。
韩国
2018年2月，韩国HydrogenFusionAllianceBureau（H2KOREA）组织在平昌论坛发表了韩国建立氢能经济社会的方案。该方案称，2025年之前，以政府资助为主，建设200座加氢站，燃料电池汽车数量达到10万辆；2030年后，韩国将进入氢能社会，加氢站覆盖全国，数量达到520座，建立全规模氢气管道。届时，私人消费将引领燃料电池汽车增长，在新车销量中燃料电池汽车占比将达到10%。
印度
印度在氢能发展上也没有放松，未来将实施“十二期”RD&D计划，支持氢气生产、储存和燃料电池应用；巴西是乙醇燃料生产大国，在氢能发展上也有所涉及，推出了PaCOS4计划，总投资750万美元；2018年3月前，英国为燃料电池乘用车购买者提供了4500英镑补贴，2019年投资2.5亿欧元用于燃料电池汽车研发与推广。
在这场氢能竞赛中，多个国家的传统能源公司也积极加入进来，比如丹麦石油公司改名为Orsted（沃旭能源），广东粤电集团更名为广东能源集团公司，在传统能源的基础上，把氢能纳入到自己的经营范围之中。
2我国需要加快氢能发展
我国经济多年高速发展，对能源的需求逐年增多。2018年我国石油对外依存度超过60%，天然气进口量超过45%，已超过能源安全警戒线。
发展新能源汽车有利于降低我国能源安全风险，我国也制定了以纯电驱动为主的发展战略，鼓励纯电动汽车的发展与应用。然而，我国纯电动汽车所需要的电能主要来自火力发电，虽然近年来我国火力发电比重有所下降，但比例仍然超过70%。
中国汽车工业协会的数据显示，2018年，我国新能源汽车产销分别完成127万辆和125.6万辆，比上年同期分别增长59.9%和61.7%，2019年将达到160万辆。不断增长的电动汽车数量必定加大充电需求量，而以火力发电为主的电力供应将带来两大问题，一是煤炭开采突破上限；二是不利于实施碳排放权交易管理制度。
云浮（佛山）氢能标准化创新研发中心主任赵吉诗说：“从当前能源供应来看，我国煤炭开采已超出科学生产上限。研究表明，在生态环境和水资源承载范围之内，煤炭的科学产能不宜突破30亿吨，而2013年我国实际产量已达到36.8亿吨。我国煤炭采出率较低，导致生态环境和土地资源破坏严重。”
另外，目前我国已成为全球碳排放量最多的国家，占全球碳总排放量的25%。为了降低碳排放量，4月3日，生态环境部发布了“关于公开征求《碳排放权交易管理暂行条例（征求意见稿）》意见的通知”。不过，碳排放量不断攀升将对暂行条例的实施形成阻力。
现实情况决定了我国需要加快替代能源的发展。“作为可以再生的二次能源，氢气既有利于我国降低煤炭开采量，也有利于减少碳排放。”国家能源集团大渡河流域水电开发有限公司科技信息部部长李林说，以四川为例，四川年富余水电约140亿千瓦时，可制氢约28万吨，可以替代24亿标方天然气或者250万吨汽油。当下，风能、光能、水力发电都是清洁能源，也是氢能的重要来源，通过这种方式制氢，既有利于生态保护，也能促进经济发展。
然而，我国弃风、弃光、弃水现象普遍。李林展示的一组数据显示：2016年之前，新能源弃电现象呈现增长之势，2017、2018年弃风、弃光量相对下降，但弃水的形势依然很严峻，2018年弃水电量为691亿千瓦时，比2017年高出176亿千瓦时。2018年全国弃风、弃光、弃水电量高达1020亿千瓦时。充分利用好西部地区的风、光、水资源，有利于缩小西部地区与东部地区的差距，也有利于氢能产业的发展。
目前，我国氢能发展面临诸多问题，最为核心的是氢气制造仍属于化工生产，因此氢气制造场地不能建在水电站附近，必须在化工园区进行生产，这就难以有效利用水电制氢，而即使将富余的水电输送到化工园区来生产氢气，也存在电力过网费的问题。“按照规定需要收取0.105元/千瓦时过网费，无形间增加了制氢成本。”李林说。
“必须改变氢气是化工产品的观念，把它列入能源领域。”干勇强调。
3燃料电池车将是氢能主要消费载体
2019年政府工作报告首次将氢能发展列入其中，要求推动充电、加氢等基础设施建设。此前，我国也出台了多个鼓励发展氢能的政策。2014年我国出台的《能源发展战略行动（2014-2020年）》将氢能与燃料电池作为能源科技创新战略方向，并强调对燃料电池汽车补贴不实行退坡。2016年我国发布的《中国氢能产业基础设施路线图》要求到2020年加氢站达到100座，行业总产值达到3000亿元；2030年加氢站达到1000座，燃料电池汽车达到200万辆。2017、2018年也相继出台了政策鼓励燃料电池汽车发展，并给予车辆20万~50万元的补贴，给予加氢站400万元的补贴。
在政策的指引下，我国已形成多个氢能及燃料电池产业集群。
北京形成了未来科学城氢能技术协同创新平台，汇聚了清华大学、亿华通、福田客车、氢璞创能等一大批企业，专注于制氢、储氢和用氢；上海的氢能产业集群位于嘉定区氢能与燃料电池产业园；江苏的氢能产业集群在如皋氢能小镇等。
据不完全统计，全国已有14个氢能产业集群，广东、浙江、安徽等均榜上有名。
这些集群将对氢能及燃料电池产业的发展带来什么影响？四川省能源投资集团有限责任公司副总经理李越的介绍可以看出集群的作用。他说，根据四川多水富气的自然资源特点，四川未来的能源发展将采用集中与分布式有效结合的方式，建立较为完善的氢能产业链，聚焦一批“制、储、运、用”企业，以及科研创新力较强的研究机构，重点扶持本土企业及科研机构，通过市场定价机制，推动氢能产业链发展。可以想象，在诸多集群的推动下，我国氢能及燃料电池产业将驶上快车道。
氢能及燃料电池的热潮已在全球兴起，我国也在加快发展步伐。“我国大部分进口石油供应给了汽车，未来随着氢能的发展，汽车仍然会是主要的消费载体，也将是氢能最大的应用平台。”干勇说。
我国燃料电池核心零部件企业正在崛起
众所周知，我国汽车产业大而不强的根本原因在于零部件产业核心技术的缺失，燃料电池目前也面临这一问题。
不过，相比传统汽车产业，燃料电池核心零部件的研发进程要快得多，且已取得了初步成果。如果用比赛形容当前的竞争态势，可以说，我国燃料电池核心技术正在追赶国际先进的路上，且速度并不慢。
举例来说，此前，我国燃料电池核心部件电堆采用的是纯铂催化剂，导致贵金属用量较多，成本较高。目前，研究人员在吸收丰田、巴拉德等国际企业经验的基础上，研发出了铂合金催化剂。对此，上海济平新能源科技有限公司创始人邹裕民说：“美国能源部要求燃料电池电堆催化剂铂合金含量达到0.44A/mgPt以上，我们可以做到0.5A/mgPt。在生产催化剂的过程中，我们会对前驱物进行处理，包括碳离子的处理，严格把控质量，这让我们的产品相比英国的某些优秀企业更胜一筹。”
致力于提高国产核心零部件的科研人员还有很多。深圳市南科燃料电池有限公司总经理徐文辉也向记者展示了其研发的核心产品。在关键材料、电堆和系统集成方面，他们均进行了布局。据介绍，他们不仅拿出了质量过硬的产品，更重要的是还实现了价格的大幅下降，这有助于我国燃料电池早日摆脱补贴依赖，走向市场化发展；深圳南科研发的膜电极采用的是目前最好的原材料，但成本却不到800元/kW（不包括人工和折旧），而国际上一些知名企业在中国的销售价格却高达4000元/kW。“即便算上人工和折旧，我们的产品也比他们低很多。”徐文辉说。
不久前，苏州擎动科技有限公司总经理朱威向记者展示了其产品与某知名品牌的对比结果，结果显示，他们的产品多数指标优于竞争对手，更重要的是价格远低于竞争对手。
虽然我国燃料电池起步不算早，但从目前的发展形势来看，我国一批燃料电池核心零部件企业正在崛起。
孰优孰劣难有定论多种制氢技术路线齐头并进
《中国氢能产业发展蓝皮书》（2018）显示，2016年我国制氢总量为2100万吨，煤制氢占比高达62%，天然气制氢占比19%，电解水制氢占比1%，其他占18%。
四川亚联高科技股份有限公司总经理王业勤告诉记者，我国煤制氢规模大，通常在几万至十几万标准立方米，投资金额从几亿元到几十亿元。与此同时，煤制氢产生的废水、废气、废渣量也较大，环保投入比较高。如果单独采用煤制氢，每千克会产生19.9~29KgCO2，按照2018年北京碳交易价格50元/吨计算，煤制氢每千克会增加成本1~1.5元。
天然气制氢是化石能源制氢技术中最环保的方式，不过也会产生碳排放。另外，在高碳税的情况下，天然气制氢将会失去成本优势。
相比较而言，甲醇制氢的投资额较低，同等规模下是煤制氢的1/10，天然气制氢的1/3~1/2，其碳排放量与天然气制氢相当。目前，甲醇制氢在我国有庞大的用户群体。
电解水制氢也越来越受关注，目前主要有三种方法，碱性电解制氢、PEM水电解制氢和固体氧化物电解制氢（正在研发中）。无论哪种方法，都可以得到高纯度的氢气，但各自也有很难克服的缺点。
除此之外，制氢技术还包括工业副产氢，其中焦炉煤气氢含量约为50%、丙烷脱氢氢含量约为99%、氯碱尾气氢含量约为99%。
从成本角度考虑，低谷电制氢成本约为20元/Kg，大工业用电制氢约为38元/Kg，可再生能源弃电制氢只需要10元/Kg；天然气制氢的成本约为13元/Kg，不过天然气的价格波动较剧烈，会对氢气的价格产生较大影响；煤制氢的价格约为10元/Kg；工业副产氢的价格约为8~14元/Kg。
以上还仅是原材料成本，几种制氢方法的人工成本相差更大。电解水制氢人工成本约占总成本的4%~23%，甲醇制氢约占2%~4%，其他方法制氢人工成本均为1%~2%。
“单纯以成本为依据决定采用哪种制氢方式并不可取，还需要考虑当地的资源情况，比如中西部水电、天然气资源丰富，价格相对较低，而东部化工、钢铁企业较多，工业副产氢或许是更好的选择。”王业勤说。
相对于氢气制备，氢气的储运则更多与距离有关。中国航天科技集团科技委副主任、氢能工程技术研究中心主任谭永华告诉记者：”长距离运输氢气没有经济性。氢气的运输与高速费用关联较大，液氢的运输距离大于200公里不具有经济性。”
