氫能作為一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源，被廣泛應用于交通、工業(yè)、建筑等領域，例如燃料電池車輛、氫能冶金等。隨著我國“雙碳”目標的提出，氫燃料電池汽車因其高能量轉(zhuǎn)化比和排放物只有水而受到追捧。
交通運輸部印發(fā)的《綠色交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》提出，鼓勵開展氫燃料電池汽車試點應用。國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》，首次明確了氫能是未來國家能源體系的重要組成部分。
那么，我國發(fā)展氫燃料電池汽車有哪些優(yōu)勢?面臨的困難和問題是什么?未來走向如何?帶著這些問題，記者采訪了業(yè)內(nèi)專家。
氫能源燃料汽車解決里程焦慮的表現(xiàn)如何？
為推動燃料電池汽車發(fā)展，2021年12月，財政部、工業(yè)和信息化部等五部門印發(fā)了《關于啟動新一批燃料電池汽車示范應用工作的通知》，加快形成燃料電池汽車發(fā)展可復制可推廣的先進經(jīng)驗。目前，我國已初步形成京津冀城市群、上海城市群、廣東城市群、河北城市群、河南城市群5大燃料電池汽車政策支持示范城市群。
那么，氫能源燃料汽車是怎么工作的?交通運輸部公路科學研究院汽車運輸研究中心主任周煒在接受本報記者采訪時說，氫能源汽車運行方式有兩類，一類是內(nèi)燃機汽車，一類是燃料電池汽車。前者使用氫氣做燃料(燃燒或者摻燒)，產(chǎn)生的熱能為汽車提供動力。后者燃料電池，通過將氫氣和空氣反應的化學能直接轉(zhuǎn)換成電能，涉及到氫氣的制取、供應，反應裝置的結(jié)構(gòu)、布局等多個因素，整個過程不會有氮氧化合物產(chǎn)生。但兩種方式都需要氫氣儲罐，以保證燃燒穩(wěn)定性或者足夠的續(xù)航里程，對技術要求高。
按照《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》，氫燃料電池汽車是氫能產(chǎn)業(yè)應用的重點方向。公開數(shù)據(jù)顯示，截至2020年年底，我國氫燃料電池汽車累計保有量達7000多輛。步入2022年，全國各地競相加大對燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)布局的推動力度，政策明顯“加碼”，重點項目接連落地，產(chǎn)業(yè)發(fā)展日漸活躍的信號清晰釋放。記者發(fā)現(xiàn)，先行示范城市發(fā)布的氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃均聚焦氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，涉及制氫與加氫設備研制、加氫站設計與建設、氫燃料電池及核心部件、整車研發(fā)制造等多個環(huán)節(jié)。
在車用場景中，氫燃料電池可化解目前電動汽車較為普遍的“里程焦慮”。氫燃料汽車在重載運輸場景、長距離運輸場景中優(yōu)勢明顯。交通運輸部規(guī)劃研究院環(huán)境資源所副所長黃全勝說：“氫燃料電池汽車的發(fā)展‘任重道遠’。‘任重’指氫燃料電池汽車比較適合重卡為代表的大型商用車領域完成重載運輸，‘道遠’指更加適合長途運輸。”
加氫站夠用嗎？
“只有打造出‘制、儲、運、加’一體化的氫產(chǎn)業(yè)鏈，才能進一步加快交通運輸領域氫能商業(yè)化利用的步伐，特別是促進氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化規(guī)模化應用。”黃全勝說。
在制氫環(huán)節(jié)，氫氣的獲得根據(jù)制取技術不同可分為灰氫、綠氫，而通過使用可再生能源制造的氫氣的綠氫更符合減污降碳的目標。我國開展氫燃料電池汽車試點應用，工信部、國家發(fā)展改革委、國家能源局已經(jīng)出臺了利好政策，適宜可再生資源豐富和汽車生產(chǎn)與消費重點區(qū)域(城市群)。以張家口為例，它在地理位置上由于處于太行山和燕山間隙，風力相比北京等周邊地區(qū)尤為強勁，光伏稟賦良好，為發(fā)展綠氫制取創(chuàng)造了絕佳條件。目前，我國氫能全產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)超過300家，集中分布在長三角、粵港澳大灣區(qū)、京津冀等區(qū)域。
氫制備出來后，需要輸送至加氫站。目前使用較多的儲氫技術是高壓氣態(tài)儲氫和液態(tài)儲氫，不過壓縮氫氣對壓力容器耐壓和密閉要求以及液氫的低溫要求，限制了其儲運規(guī)模和適宜的儲運距離。
“各地在布局氫燃料電池汽車試點應用時，需要因地制宜，考慮氫能來源的便捷性，將其布局在離產(chǎn)氫地方近的區(qū)域，同時要考慮區(qū)域?qū)μ寂欧诺囊螅x擇合適的制氫技術路線，逐步推動構(gòu)建清潔化、低碳化、低成本的多元制氫體系。”周煒說。
6月1日，《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》發(fā)布。為保障可再生能源高比例消納，規(guī)劃提出開展規(guī)模化可再生能源制氫示范，在可再生能源發(fā)電成本低、氫能儲輸用產(chǎn)業(yè)發(fā)展條件較好的地區(qū)，推進可再生能源發(fā)電制氫產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，打造規(guī)模化的綠氫生產(chǎn)基地。由此來看，未來規(guī)模化的綠氫生產(chǎn)，將加快碳達峰碳中和目標的實現(xiàn)。
加氫站是氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化的重要基礎設施。我國已累計建成加氫站超過250座，約占全球數(shù)量的40%，加氫站數(shù)量位居世界第一。黃全勝表示，氫產(chǎn)業(yè)鏈從制取、儲運以及加氫站建設運維等各環(huán)節(jié)，很大程度決定了氫氣的加注價格，將直接影響氫燃料電池汽車的用能成本。
氫能源汽車普及難點有哪些？
“可以確定的是，我國氫燃料電池產(chǎn)業(yè)仍處于試點示范階段，距離實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展仍然有很長的路程要走。”周煒說。
那么影響我國氫燃料電池汽車普及還有哪些難點?
安全是氫能產(chǎn)業(yè)長遠可持續(xù)發(fā)展的前提和基石。氫氣無色無味且具有易燃易爆的特性，氫安全需要全過程重視。目前不少地區(qū)陸續(xù)出臺規(guī)范文件，對制氫工藝、制氫安全、儲氫安全，以及加氫站的選址、設計，氫氣加注、輸送等都提出了明確要求。在科研保障上，交通運輸部公路科學研究院積極開展氫燃料電池汽車投用前的車輛技術測試評價與維修保養(yǎng)研究，交通運輸部規(guī)劃研究院持續(xù)關注并開展清潔能源和新能源汽車技術政策和推廣應用相關研究。
對于氫燃料電池汽車的商用來說，最大的挑戰(zhàn)之一就是成本控制。其核心部件被稱為質(zhì)子交換膜。它能夠?qū)錃庵械碾娮臃蛛x成為質(zhì)子，進而從正極交換至負極和氧氣進行反應產(chǎn)生水和熱。而質(zhì)子交換膜核心材料在規(guī)模化生產(chǎn)、低成本技術等方面仍存短板。周煒表示，發(fā)展氫能不僅是我國實現(xiàn)“雙碳”目標的重要途徑，也是解決我國能源安全問題的重要手段。氫燃料電池汽車能否迅速規(guī)模化、商業(yè)化落地形成產(chǎn)業(yè)鏈，關鍵在于是否能有效解決燃料電池重要部件的國產(chǎn)化進程，突破國外技術封鎖且掌握核心技術。
目前在乘用車和輕型商用車市場上，以動力電池驅(qū)動的電動汽車擁有明顯的優(yōu)勢。那么，氫燃料電池汽車未來會不會取代純電動汽車?黃全勝表示，短期內(nèi)是不可能的。隨著全產(chǎn)業(yè)鏈技術進步、氫燃料電池汽車保有量的增長、氫加注設施的建設，以及氫燃料加注需求的增加，氫燃料電池汽車的動力成本將逐步下降，假以時日，中期可望具有經(jīng)濟競爭力、長期可望具有市場吸引力和良好的成長性。在做汽車發(fā)展能源替代技術路徑研究時，不宜過早鎖定某種唯一的技術路徑，要堅持政府引導、市場主導，即發(fā)揮市場配置資源的決定性作用，遵循新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)濟規(guī)律，通過資本、科技、產(chǎn)銷，培育壯大氫燃料汽車產(chǎn)業(yè)。
可以預見的是，我國氫能需求量會呈現(xiàn)增長態(tài)勢。《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》指出，到2025年，形成較為完善的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展制度政策環(huán)境，燃料電池車輛保有量約5萬輛。可再生能源制氫量達到10-20萬噸/年，成為新增氫能消費的重要組成部分，實現(xiàn)二氧化碳減排100-200萬噸/年。
可以暢想，未來出行者可以開著氫燃料電池汽車進入“加氫站”，非常便捷地完成加注。氫風已至，任重道遠，行則將至。讓我們共同期待更清潔的選擇和更美好的出行體驗。
