氫能作為一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，被廣泛應(yīng)用于交通、工業(yè)、建筑等領(lǐng)域，例如燃料電池車輛、氫能冶金等。隨著我國“雙碳”目標(biāo)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(yùn)輸部印發(fā)的《綠色交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》提出，鼓勵(lì)開展氫燃料電池汽車試點(diǎn)應(yīng)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(shì)？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(dòng)燃料電池汽車發(fā)展，2021年12月，財(cái)政部、工業(yè)和信息化部等五部門印發(fā)了《關(guān)于啟動(dòng)新一批燃料電池汽車示范應(yīng)用工作的通知》，加快形成燃料電池汽車發(fā)展可復(fù)制可推廣的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。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。
氫燃料電池重卡汽車
那么，氫能源燃料汽車是怎么工作的？交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院汽車運(yùn)輸研究中心主任周煒在接受本報(bào)記者采訪時(shí)說，氫能源汽車運(yùn)行方式有兩類，一類是內(nèi)燃機(jī)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(dòng)力。后者燃料電池，通過將氫氣和空氣反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能，涉及到氫氣的制取、供應(yīng)，反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)、布局等多個(gè)因素，整個(gè)過程不會(huì)有氮氧化合物產(chǎn)生。但兩種方式都需要?dú)錃鈨?chǔ)罐，以保證燃燒穩(wěn)定性或者足夠的續(xù)航里程，對(duì)技術(shù)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(yīng)用的重點(diǎn)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?yán)塾?jì)保有量達(dá)7000多輛。步入2022年，全國各地競相加大對(duì)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)布局的推動(dòng)力度，政策明顯“加碼”，重點(diǎn)項(xiàng)目接連落地，產(chǎn)業(yè)發(fā)展日漸活躍的信號(hào)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(shè)備研制、加氫站設(shè)計(jì)與建設(shè)、氫燃料電池及核心部件、整車研發(fā)制造等多個(gè)環(huán)節(jié)。
在車用場景中，氫燃料電池可化解目前電動(dòng)汽車較為普遍的“里程焦慮”。氫燃料汽車在重載運(yùn)輸場景、長距離運(yùn)輸場景中優(yōu)勢(shì)明顯。交通運(yùn)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(yuǎn)’。‘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(lǐng)域完成重載運(yùn)輸，‘道遠(yuǎn)’指更加適合長途運(yùn)輸。”
加氫站夠用嗎？
“只有打造出‘制、儲(chǔ)、運(yùn)、加’一體化的氫產(chǎn)業(yè)鏈，才能進(jìn)一步加快交通運(yùn)輸領(lǐng)域氫能商業(yè)化利用的步伐，特別是促進(jìn)氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化規(guī)模化應(yīng)用。”黃全勝說。
在制氫環(huán)節(jié)，氫氣的獲得根據(jù)制取技術(shù)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(biāo)。我國開展氫燃料電池汽車試點(diǎn)應(yīng)用，工信部、國家發(fā)展改革委、國家能源局已經(jīng)出臺(tái)了利好政策，適宜可再生資源豐富和汽車生產(chǎn)與消費(fèi)重點(diǎn)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(fēng)力相比北京等周邊地區(qū)尤為強(qiáng)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。
氫能公交
氫制備出來后，需要輸送至加氫站。目前使用較多的儲(chǔ)氫技術(shù)是高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫和液態(tài)儲(chǔ)氫，不過壓縮氫氣對(duì)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(chǔ)運(yùn)規(guī)模和適宜的儲(chǔ)運(yùn)距離。
“各地在布局氫燃料電池汽車試點(diǎn)應(yīng)用時(shí)，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(shí)要考慮區(qū)域?qū)μ寂欧诺囊螅x擇合適的制氫技術(shù)路線，逐步推動(dòng)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(chǔ)輸用產(chǎn)業(yè)發(fā)展條件較好的地區(qū)，推進(jìn)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(dá)峰碳中和目標(biāo)的實(shí)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(chǔ)設(shè)施。我國已累計(jì)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(chǔ)運(yùn)以及加氫站建設(shè)運(yùn)維等各環(huán)節(jié)，很大程度決定了氫氣的加注價(jià)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(diǎn)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(diǎn)示范階段，距離實(shí)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(diǎn)？
安全是氫能產(chǎn)業(yè)長遠(yuǎn)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(tái)規(guī)范文件，對(duì)制氫工藝、制氫安全、儲(chǔ)氫安全，以及加氫站的選址、設(shè)計(jì)，氫氣加注、輸送等都提出了明確要求。在科研保障上，交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院積極開展氫燃料電池汽車投用前的車輛技術(shù)測(cè)試評(píng)價(jià)與維修保養(yǎng)研究，交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院持續(xù)關(guān)注并開展清潔能源和新能源汽車技術(shù)政策和推廣應(yīng)用相關(guān)研究。
對(duì)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(jìn)而從正極交換至負(fù)極和氧氣進(jìn)行反應(yīng)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(shù)等方面仍存短板。周煒表示，發(fā)展氫能不僅是我國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)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(guān)鍵在于是否能有效解決燃料電池重要部件的國產(chǎn)化進(jìn)程，突破國外技術(shù)封鎖且掌握核心技術(shù)。
目前在乘用車和輕型商用車市場上，以動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車擁有明顯的優(yōu)勢(shì)。那么，氫燃料電池汽車未來會(huì)不會(huì)取代純電動(dòng)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(shù)進(jìn)步、氫燃料電池汽車保有量的增長、氫加注設(shè)施的建設(shè)，以及氫燃料加注需求的增加，氫燃料電池汽車的動(dòng)力成本將逐步下降，假以時(shí)日，中期可望具有經(jīng)濟(jì)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(shù)路徑研究時(shí)，不宜過早鎖定某種唯一的技術(shù)路徑，要堅(jiān)持政府引導(dǎo)、市場主導(dǎo)，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(jì)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(yù)見的是，我國氫能需求量會(huì)呈現(xiàn)增長態(tài)勢(shì)。《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(dá)到10-20萬噸/年，成為新增氫能消費(fèi)的重要組成部分，實(shí)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(jìn)入“加氫站”，非常便捷地完成加注。氫風(fēng)已至，任重道遠(yuǎn)，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(yàn)。
