氫燃料電池：新能源汽車的下一站？

隨著李克強(qiáng)總理5月份參觀豐田的氫燃料電池汽車“Mirai”，氫燃料電池汽車迅速走進(jìn)公眾視野。

加氫3分鐘，續(xù)航600公里。豐田“Mirai”直擊純電動(dòng)汽車“充電時(shí)間”和“續(xù)航里程”兩個(gè)最大“痛點(diǎn)”。加之新能源汽車612補(bǔ)貼新政，對(duì)低續(xù)航里程純電動(dòng)汽車補(bǔ)貼大幅退坡，讓這份關(guān)注有了更多現(xiàn)實(shí)的考量。

氫燃料電池技術(shù)在業(yè)內(nèi)變得炙手可熱。不久前，青島漢河集團(tuán)股份有限公司旗下的青島漢河新能源科技裝備有限公司與中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所達(dá)成合作，將致力于氫燃料電池的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)，計(jì)劃在2-3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，推動(dòng)氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化。

其實(shí)，作為新能源汽車技術(shù)路線之一，氫燃料電池汽車與純電動(dòng)汽車幾乎同時(shí)起步。早在1999年，清華大學(xué)汽車系就開發(fā)出了我國(guó)第一輛氫燃料電池觀光車。但是受制于燃料電池的技術(shù)和成本，產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程始終遲滯不前。在全球汽車產(chǎn)業(yè)中，也只有豐田等少數(shù)企業(yè)堅(jiān)定地 “選邊”氫燃料電池汽車。

 “目前我國(guó)氫燃料電池汽車仍處于示范階段。”中科院青島能源所研究員、儲(chǔ)能系統(tǒng)控制與裝備團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人李曉錦說(shuō)。業(yè)內(nèi)還在探索能支撐產(chǎn)業(yè)化的最佳燃料電池技術(shù)。

氫燃料電池汽車的發(fā)展水平就像10年前的純電動(dòng)汽車一樣。有很大的想象空間，但現(xiàn)實(shí)的制約因素也不容忽視，一位業(yè)內(nèi)人士分析。

高企的電池成本

目前，純電動(dòng)汽車的領(lǐng)軍者特斯拉在“充電時(shí)間”和“續(xù)航里程”方面達(dá)到的最高水平是30多分鐘充滿80%以上電量，續(xù)航約500公里。這已是純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化的極限，但顯然無(wú)法與氫燃料電池汽車加氫3分鐘，續(xù)航600公里的參數(shù)相比。能量轉(zhuǎn)化效率更高，且生成物為純水，能真正做到零排放、零污染，是氫燃料電池與生俱來(lái)的優(yōu)勢(shì)。有專家就此認(rèn)為它是新能源汽車的終極形態(tài)。

今年初，國(guó)外市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Infor－mation Trends公布報(bào)告稱，2013-2017年全球氫燃料電池汽車?yán)塾?jì)銷量為6475輛。即便豐田“Mirai”，也是在2014年底才實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，其2017年的產(chǎn)量也只有約3000輛。而2017年我國(guó)僅純電動(dòng)乘用車的銷量就已達(dá)到46.8萬(wàn)輛。

 “產(chǎn)業(yè)步伐慢，最主要還是氫燃料電池成本太高。”李曉錦說(shuō)。

氫燃料電池汽車的電能來(lái)自氫燃料電池所產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng)，其原理是，利用氫氣與氧氣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成電能。作為氫燃料電池汽車的核心，氫燃料電池的產(chǎn)業(yè)化水平直接決定氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化水平。

據(jù)了解，氫燃料電池成本占整車成本的一半以上。多年來(lái)，豐田、本田等車企也都耗費(fèi)了大量的時(shí)間和金錢來(lái)解決燃料電池的成本問(wèn)題。豐田也曾表示，計(jì)劃到2020年將電池的成本再砍半，到2025年降為目前的1/4。

而在我國(guó)，氫燃料電池的核心技術(shù)和關(guān)鍵部件仍然受制于人。清華大學(xué)氫燃料電池實(shí)驗(yàn)室主任王誠(chéng)曾在接受媒體采訪時(shí)表示，在去年我國(guó)生產(chǎn)的一千余輛氫燃料電池汽車中，催化劑大部分為進(jìn)口，膜電極幾乎全部進(jìn)口。這兩項(xiàng)均為氫燃料電池的關(guān)鍵部件。

當(dāng)然，國(guó)內(nèi)企業(yè)也在努力改變這一狀況。濰柴動(dòng)力就與德國(guó)博世合作，共同開發(fā)生產(chǎn)氫燃料電池及相關(guān)部件，大連新源動(dòng)力則堅(jiān)持自主研發(fā)，致力于氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化。依托中科院青島能源所，青島漢河新能源科技裝備有限公司也成為自主開發(fā)中的一員。青島漢和集團(tuán)董事長(zhǎng)張大偉介紹，公司要在雙極板、催化劑、膜電極等關(guān)鍵零部件方面進(jìn)行研發(fā)，降低氫燃料電池的成本、提高電池的性能。

政策攪動(dòng)下的爆發(fā)

技術(shù)的突破往往在某一時(shí)點(diǎn)突然爆發(fā)。“一手純電動(dòng)，一手氫燃料”是很多車企的技術(shù)策略。通用、大眾、寶馬、戴姆勒等國(guó)外車企都在做兩手準(zhǔn)備。在國(guó)內(nèi)，更多的企業(yè)把“氫燃料電池”作為后備技術(shù)，先“電”后“氫”，在不斷提升純電動(dòng)汽車性能的同時(shí)，涉足氫燃料電池汽車的研發(fā)。從產(chǎn)品來(lái)看，上汽集團(tuán)在乘用車和商用車領(lǐng)域均有氫燃料電池車，而宇通客車、中通客車、福田汽車等則首先推出了氫燃料電池商用車。

業(yè)內(nèi)不少人認(rèn)為，兩種技術(shù)路線將長(zhǎng)期互補(bǔ)存在。中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)常務(wù)副會(huì)長(zhǎng)董揚(yáng)在接受媒體采訪時(shí)表示，就當(dāng)前技術(shù)狀況，純電動(dòng)汽車更適用于城市、短途、乘用車，而氫燃料電池汽車更適用于長(zhǎng)途、重載、商用車。而未來(lái)，誰(shuí)將成為主流，唯有交給市場(chǎng)來(lái)回答。

這種按部就班、不溫不火的狀態(tài)，在2017年發(fā)生了改變。當(dāng)年，我國(guó)氫燃料電池汽車的產(chǎn)量達(dá)到千余輛。企業(yè)布局產(chǎn)業(yè)上下游動(dòng)作頻頻，投資密集。國(guó)際氫能協(xié)會(huì)副主席、清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院教授、國(guó)家973氫能項(xiàng)目首席科學(xué)家毛宗強(qiáng)統(tǒng)計(jì)，僅2017年氫燃料電池投資項(xiàng)目就達(dá)1000多億元。因此，有人將2017年稱為中國(guó)氫燃料電池汽車元年。

這種變化在很大程度上源于政策刺激。

在國(guó)家層面，氫能被明確規(guī)劃為我國(guó)未來(lái)能源架構(gòu)中的一個(gè)重要組成部分。相關(guān)部委陸續(xù)出臺(tái)政策，如《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》《“十三五”交通領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》等都將以氫燃料電池汽車為代表的燃料電池汽車作為未來(lái)的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。根據(jù)目前的新能源汽車補(bǔ)貼政策，直到2020年，燃料電池的補(bǔ)貼都將不退坡。國(guó)家對(duì)氫燃料電池汽車的推動(dòng)態(tài)度可見一斑。

今年初，山東省發(fā)布的新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換重大工程實(shí)施規(guī)劃中也明確提出，要加快推動(dòng)氫燃料電池汽車發(fā)展。不久前，青島出臺(tái)的《關(guān)于推進(jìn)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換重大工程的實(shí)施意見》提出，青島要著力突破氫能及燃料電池重大關(guān)鍵技術(shù)，推進(jìn)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化示范應(yīng)用。

像曾經(jīng)的純電動(dòng)汽車一樣，政策紅利將首先帶來(lái)氫燃料電池汽車在商用車領(lǐng)域的爆發(fā)。毛宗強(qiáng)曾表示，在氫燃料電池小轎車方面，目前日本水平仍然領(lǐng)先，預(yù)計(jì)中國(guó)會(huì)在5-10年間追上日本水平。但是，商用車的門檻則相對(duì)要低得多。

有統(tǒng)計(jì)顯示，去年我國(guó)生產(chǎn)的一千余輛氫燃料電池汽車均為商用車。在國(guó)家新能源汽車推廣目錄上，2017年進(jìn)入當(dāng)年新發(fā)布目錄的燃料電池汽車共有10家車企的22個(gè)車型，全部為商用車，其中絕大部分為城市客車。

根據(jù)2016年工信部組織制定的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，我國(guó)到2020年要首先實(shí)現(xiàn)在特定地區(qū)公共服務(wù)用車領(lǐng)域5000輛規(guī)模的示范應(yīng)用，而到2030年方實(shí)現(xiàn)在私人乘用車、大型商用車領(lǐng)域百萬(wàn)輛規(guī)模的商業(yè)推廣。

青島漢河新能源科技裝備有限公司也計(jì)劃涉足商用車領(lǐng)域。張大偉介紹，公司將開發(fā)燃料電池城市客車，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)并進(jìn)行示范運(yùn)行，目前正與青島本地公交運(yùn)營(yíng)企業(yè)商討合作事宜，計(jì)劃在青島的公共交通領(lǐng)域推廣。

 “加氫焦慮”是另一道坎

除了高企的電池成本，“加氫焦慮”是氫燃料電池汽車在推廣中必須面對(duì)的一道難題。純電動(dòng)汽車需要有足夠的充電樁配套，氫燃料電池汽車則需要有加氫站的配套。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)已經(jīng)建成并運(yùn)營(yíng)的加氫站數(shù)量?jī)H為10余座，主要分布在北京、上海、廣東等地。顯然，這還不足以給市場(chǎng)帶來(lái)信心。

 “與氫燃料電池汽車本身的技術(shù)發(fā)展相比，加氫站的建設(shè)數(shù)量仍稍顯遜色。”張大偉說(shuō)。在他看來(lái)，加氫站的普及程度在很大程度上決定了氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

事實(shí)上，自新能源汽車發(fā)展以來(lái)，人們就在探討應(yīng)該是“先有雞，還是先有蛋”的問(wèn)題。在純電動(dòng)汽車的發(fā)展中，很多充電樁運(yùn)營(yíng)企業(yè)一方面為了搶占市場(chǎng)，一方面依托國(guó)家補(bǔ)貼，先行建起了一批充電設(shè)施。但是，對(duì)氫燃料電池汽車的發(fā)展來(lái)說(shuō)，問(wèn)題或許沒有這么簡(jiǎn)單。

單從成本來(lái)看，加氫站的建設(shè)難度就要遠(yuǎn)高于充電設(shè)施。據(jù)媒體報(bào)道，位于廣東佛山市南海區(qū)丹灶鎮(zhèn)的全國(guó)首個(gè)市場(chǎng)化建設(shè)運(yùn)營(yíng)的加氫站，耗資1550萬(wàn)元建成。該加氫站配置有儲(chǔ)存區(qū)、加注區(qū)、加氫機(jī)等。中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員、全國(guó)燃料電池與液流電池標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)主任委員衣寶廉曾表示，不算土地，一座日加氫能力在200公斤的加氫站的建設(shè)成本至少在1500萬(wàn)元以上。而目前，建設(shè)一個(gè)快充樁的費(fèi)用為萬(wàn)元左右，慢充樁的成本則要更低，且充電設(shè)施的建設(shè)更加靈活，既可以在停車場(chǎng)內(nèi)加裝若干個(gè)充電樁，也可以建設(shè)單獨(dú)的充電站。

雖然，部分地區(qū)已經(jīng)出臺(tái)了加氫站建設(shè)的獎(jiǎng)補(bǔ)政策，如廣東的佛山市南海區(qū)出臺(tái)的扶持辦法提出，新建固定式加氫站最高補(bǔ)貼800萬(wàn)元，但其余的成本仍不是一筆小數(shù)目。而且，加氫站還涉及氫氣來(lái)源、存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題，這比電能的來(lái)源要復(fù)雜得多。

據(jù)李曉錦介紹，目前，國(guó)內(nèi)在氫氣長(zhǎng)距離存儲(chǔ)、運(yùn)輸方面的技術(shù)成本還亟待降低。在佛山市南海區(qū)丹灶鎮(zhèn)的加氫站，由于考慮到運(yùn)輸成本，氫氣主要來(lái)自半徑200公里范圍內(nèi)的氫氣生產(chǎn)企業(yè)。“從這一點(diǎn)上說(shuō)，青島有發(fā)展氫燃料電池汽車的天然優(yōu)勢(shì)。”他說(shuō)。目前，我國(guó)氫氣的來(lái)源主要有化石燃料轉(zhuǎn)化制氫、氯堿廠副產(chǎn)氫以及水電解制氫等，而青島在副產(chǎn)氫方面資源豐富。青島海晶化工的副產(chǎn)氫可以直接作為氫氣的來(lái)源，經(jīng)過(guò)一些裝置的加工后，即可使用。

不過(guò)，隨著越來(lái)越多產(chǎn)業(yè)“大佬”的入局，國(guó)家提出的加氫站配套目標(biāo)或許能提前完成。比如，在廣東，中石化和中石油已與部分城市達(dá)成合作，建設(shè)加氫加油合建站項(xiàng)目。豐田也在中國(guó)建設(shè)了首座加氫站。按照國(guó)家《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》提出的目標(biāo)，到2020年，我國(guó)加氫站的數(shù)量要超過(guò)100座。而有業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)，今年我國(guó)加氫站的數(shù)量就或?qū)⑼黄瓢僮?span lang="EN-US">