陈远明
目前，我国氢能汽车产业处于产业化初期，亟待突破发展面临的四大瓶颈。在国家相关政策文件明确定位国家发展燃料电池的战略方向之后，国内燃料电池汽车产业已经进入蓬勃发展期， 氢能汽车商业化可期。
当前，以人工智能、清洁技术等技术革命为代表的人类第四次工业革命正在席卷全球，汽车工业也正经历一场百年未遇的科技革命，道路运载领域正向电动化、智能化、网联化和共享化等汽车“新四化”加速变革。汽车设备的控制、运算和智能化要求能源的供给必须是电力，控制精细化的极致就是自动驾驶汽车的实现，而内燃机的机械设备根本无法满足这些要求。因此，汽车电动化是汽车智能化、网联化和共享化的物质基础和前提条件。
氢能汽车产业处于产业化初期
在新一轮工业革命、汽车“新四化”变革的驱动下，新能源汽车已成为我国乃至全球汽车工业的战略重点。《中国制造2025》将节能与新能源汽车列为重点发展十大领域之一，这标志着建设汽车强国正式上升为国家战略，并成为汽车行业必然承担的重大使命。根据《节能与新能源汽车技术路线图》的总体目标，到2020年、2025年、2030年，我国新能源汽车年销量预计将分别达到210万辆、500万辆和1500万辆。“十二五”以来，我国新能源汽车产业化进程稳步推进，新能源汽车销量快速增长，市场份额逐渐提高。根据中国汽车工业协会提供的数据，2018年在汽车行业整体产销分别下降4.2%和2.8%的情况下，我国新能源汽车累计产销127.05万辆和125.62万辆，比上年增长59.92%和61.74%，占全国汽车产销量的比例分别为4.57%和4.47%。
我国重点发展的新能源汽车包括纯电动汽车、插电式混合动力和燃料电池汽车。纯电动汽车和燃料电池汽车是通过锂电池或燃料电池输出电力给驱动电机来推动汽车前进，虽然都属于电动汽车的范畴，但两者有重要区别：前者的锂电池只是电力的存储装置， 其电力能源来自外部充电，汽车只是电机对来自电池所存储电力能源的消费过程，而后者燃料电池本身并不存储电量，电力能源产生于车载燃料电池发电装置，燃料电池以较高的转换效率，将氢气的化学能通过电化学反应直接转换为电能，其转换过程相当于电解水的逆反应。因此，燃料电池汽车既有电力能源的生产过程，也有电力能源的消费过程。
燃料电池汽车由于具有清洁零污染、续航里程长、加氢时间快、氢能来源广、转换效率高、能量密度高等多方面优点，已经成为中国汽车动力系统转型的重要战略方向，是中国新能源汽车战略的重要组成部分。在2019年政府工作报告中，首次提到了氢能建设——“推动充电、加氢等设施建设”，加快发展氢能与燃料电池已提上了更加重要的日程。总的来看， 我国的燃料电池汽车产业发展经历了电动汽车科技发展专项规划“十五”（2001~2005）、“十一五” （ 2 0 0 6 ~ 2 0 1 0）、“十二五”（20 1 1 ~ 2 0 1 5）、“十三五”（2016~2020）连续四个五年国家科技计划的推动发展，分别从科技驱动、形成研发基础，示范应用、积累运营经验，整车牵引、加速产业布局进入市场拉动、全面推进阶段。2016年以来，国家发布了一系列文件支持氢能燃料电池技术创新和产业化：国家发改委、国家能源局《能源技术革命创新行动计划（2016~2030）》将氢能与燃料电池技术创新列为重点任务之一；国务院《国家创新驱动发展战略纲要》和27 2019 / 05 中国石化 《“十三五”国家科技创新规划》提出开发氢能、燃料电池等新一代能源技术；国务院《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》提出系统推进燃料电池汽车研发与产业化，到2020年，实现燃料电池汽车批量生产和规模化示范应用；工信部、科技部、国家发改委《汽车产业中长期发展规划》提出逐步扩大燃料电池汽车试点示范范围。
在相关部门的组织下，我国已经发布了关于燃料电池汽车的发展规划，描绘了我国氢能与燃料电池汽车产业化未来几十年的发展蓝图。由中国标准化研究院和全国氢能标准化技术委员会联合组织编著的《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书（2016）》，首次提出了我国氢能产业基础设施的发展路线和技术发展路线图：到2020年，全国加氢站达到100座以上，燃料电池汽车达到1万辆，氢能产业产值目标为3000亿元以上；到2030年，全国加氢站达到1000座以上，燃料电池汽车达到200万辆，氢能产业产值目标为1万亿元以上；到2050年，加氢站网络构建完成，全国燃料电池汽车达到1000万辆，氢能产业产值目标达到4万亿元以上。
在国家政策的驱动下，燃料电池及燃料电池汽车技术近年来取得突破进展，随着更多的资本和企业持续投入开展燃料电池及燃料电池汽车研发，燃料电池及燃料电池汽车成本显著下降，燃料电池汽车在动力性、安全性、续航里程、低温启动等性能指标已接近商业化水平。氢能技术在美国、日本、欧盟等国家和地区已进入系统应用阶段，然而我国氢能与燃料电池产业仍处于产业化初期，相比之下我国燃料电池及燃料电池汽车产业的发展落后不少。根据中国汽车工业协会提供的数据，2018年燃料电池汽车产销为1527辆， 仅占当年新能源汽车产销量的1.2%；全国燃料电池汽车累计保有量远未达到1万辆，而且几乎都是客车、货车等商用车。有关统计数据显示，截至2018年底，国内在运营加氢站仅23座。对比美国，截至2019年4月1 日，美国燃料电池汽车已售出或租出6315辆，运营的燃料电池巴士达30辆；而加氢站方面，截至3月26日， 仅加利福尼亚州在运营零售加氢站就达到39座。
氢能汽车发展面临四大瓶颈
发展氢能与燃料电池产业的系统规划的缺位，政府协调统筹潜力未充分发挥，这是目前制约燃料电池汽车发展的最大瓶颈。氢能是一种清洁、高效、安全的二次能源，燃料电池是清洁高效利用氢能的最佳方式，发展氢能可以实现能源生产和能源消费的变革， 应该将氢能源纳入国家整体能源体系，从构建氢能社会、打造氢能经济出发，在国务院层面制定国家氢能发展战略和路线图。如果仅仅局限于燃料电池汽车单一应用层面发展，接下来肯定还会遇到更多头痛医头脚痛医脚的问题，像类似氢气应该继续执行危化品管理还是执行能源属性管理这样的问题，都没有办法从根本上得到解决。而只有从国家战略层面统筹氢能发展和定位，从氢能在整体能源体系中发挥重要作用出发，才能理顺发展氢能体制机制上的一系列问题。日本将发展氢能源放到国家基本战略的地位，明确经济产业省（相当于我们国家的发改委）作为推动氢能发展的主导部门，从氢燃料电池汽车、家用燃料电池热电联供系统（ENE-FARM）等多个应用方向同时施策推动，积极跟进产业和技术发展，及时修订、调整氢能路线图，为氢能产业健康快速发展提供政策协调和保驾护航。日本在发展氢能源及氢燃料电池汽车方面的这些措施和做法值得我们借鉴。
加氢站基础设施建设推进缓慢，加氢站建设运营举步维艰，这是制约燃料电池汽车当前发展的第二个关键瓶颈。加氢站是氢燃料电池汽车产业化不可缺少的基础设施，而目前在用的加氢站寥寥无几，加氢站的投资建设运营面临诸多困难和挑战。一是加氢站建设的顶层政策缺失，没有全国统一配套的加氢站建设规划，加氢站的主管部门不明确、国家层面加氢站建设补贴政策不连续，在加氢站用地规划、土地性质、建设审批、建设补贴到推广补贴等方面的扶持政策不清晰、相应制度不健全。加氢站建设审批流程繁复且不一致，加氢站“准生证”难以取得，需要政府层面协调推进，需要政府对加氢站管理的相关法律法规加以完善，对加氢站审批手续进行简化使之清晰明了。28 2019 / 05 中国石化
二是目前加氢站建设运营成本高企。氢气目前是作为易燃易爆品管理，那么在建设加氢站的时候，需投入额外的硬件设施，在运作过程中还要遵守更严苛的标准，意味着硬件成本增加，运营成本也相应增加。除了相关技术和安全要求所导致的成本提高，建设加氢站所需的关键部件如传感器、减压器、瓶口阀、压缩机等核心产品的技术储备薄弱，大多依赖进口也进一步推高了加氢站的投资费用。目前建设一座加氢站仅设备成本就在1000万元以上，基础设备技术标准的不统一又会使整体成本进一步上升。另外，目前阶段燃料电池汽车处于起步阶段，加氢站数量少，受限于规模和效率，也会导致加氢站的建设运营成本高企不下，短期内无法平衡现金流。
国内氢能产业链，特别是氢燃料电池产业链尚不完整，一些关键材料和核心零部件还依赖国外进口，导致车用燃料电池系统的整体成本相对较高，这是制约燃料电池汽车发展的第三个瓶颈。燃料电池中的一个关键材料——质子交换膜，目前虽然国内有企业已经研发出来，但使用比较稳定可靠的还是依赖国外进口。燃料电池辅助系统中的一个核心零部件空压机，目前主要依赖进口，价格较高。当然随着国内几家公司引进国外技术在国内生产，相信价格可以逐步下降。由于燃料电池汽车的保有数量比较少，氢能和燃料电池产业规模小，因此如果国家层面制定氢能战略，从氢燃料电池的多个应用场景同时推动发展，就可以相互促进形成合力将燃料电池产业的整体规模和产业链培育起来，就能促进氢能与燃料电池产业成本快速下降。日本政府最近几年推广家庭用燃料电池热电联供系统（ENE-FARM）几十万套，通过家用燃料电池订单带动了车用燃料电池的发展，促进培育了日本国内的氢能与燃料电池产业链。
氢能及燃料电池技术作为近几年才逐渐进入人们视野的新能源科技，人们对氢能技术的了解不多， 甚至还对氢能存在一些误解，这是阻碍燃料电池汽车发展的第四个瓶颈。首先，氢气目前是作为危化品管理，很多人因此对氢能源产生误解，以为氢能源就是氢弹，其实完全是两回事。其次，人们对车载氢瓶的安全性了解不多，对燃料电池汽车上使用的氢瓶产生不必要的担心。在燃料电池汽车中，氢气以35~70兆帕的压力储存在专用氢瓶中。车载氢瓶属于压力容器、特种设备，生产厂家和氢瓶产品都要接受国家质检部门的管理，储氢瓶在出厂投入使用前要经过严苛的安全检验，实施过破裂、火焰、射击、跌落等接近20项的安全测试。几十年来氢气一直被用于石油化工、炼油、半导体和食品加工等工业领域，很多安全管理方面的专业知识已经得以积累。根据美国和韩国的有关技术团体评估，氢气与汽油和天然气相比，其综合性危险度是最小的。如果对氢能的安全性了解不够甚至产生误解，将对氢能技术的推广应用产生非常不利的影响，因此非常有必要加强氢能与燃料电池技术、安全性方面的科普及宣传，为氢能先进技术的大规模普及应用铺平道路。这除了需要政府科技部门作为工作职责加强氢能科普，氢能产业链上的相关企业也要配合政府科技部门，积极投入公众知识普及，提高氢能源的公众认知，为行业的健康发展创造良好的认知氛围。
氢能汽车商业化可期
自丰田公司于2015年发布氢燃料电池汽车Mirai以来，燃料电池汽车就受到全球汽车行业的广泛关注， 其氢能源动力的概念已经深入人心，被认为是汽车动力的终极发展目标。燃料电池汽车与锂电池汽车相比，具有能量密度更高（单位体积能量密度约为锂电池的7倍以上）、续航里程长（单次加氢至少续航500 公里以上）、加注时间快（加氢时间为3~5分钟）等优势，并能够通过可再生能源制氢的绿色方式实现汽车真正意义上的“零排放”。丰田汽车Mirai上市以来， 国内汽车行业对于Mirai的氢动力概念已经取得了普遍的理解和共识，在国家《汽车产业中长期发展规划》《中国制造2025》等政策文件明确定位国家发展燃料电池的战略方向之后，国内燃料电池汽车产业已经进入了蓬勃发展期，2018年更是被称为氢能与燃料电池汽车产业发展的元年。
在第四次工业革命大潮的裹挟下，氢能与燃料电池汽车能够引起世界各国的广泛瞩目并非偶然。如果把目光放到最近5~10年全球科技前沿最重要的技术变革：万物互联传感器技术和人工智能技术的发展进入一个全新的阶段，燃料电池技术的量产及产品成本的下降，这三项技术的成熟，使得燃料电池汽车成为大众普及品变得触手可及，而且有了这三项技术的支持，能源系统的调整得到了内生性的推动力量。氢能行业不仅包括后端燃料电池及应用领域，更为重要的是包括前端的制氢、储氢、运氢、加氢等环节。我国氢气来源广泛，各地根据当地资源禀赋布局前端环节，在能源端打通了可再生能源和传统化石能源的通道，增加了能源来源的多样性，这才是氢能源无论对于能源安全还是节能环保所带来的更重要意义。
2030年之后，新能源汽车将形成纯电动、插电混动、燃料电池三足鼎立之势。燃料电池是发电装置， 而锂电池是电力储能装置，未来两者更多的是互补关系。目前，锂电池汽车更适合乘用车领域，而燃料电池汽车适合有载重、长续航要求的交通领域。经过全世界几十年的研发与积累，燃料电池系统与零部件从技术和成本上已经到了可以商业化的地步。根据国际能源署和日经BP清洁技术研究所的预测，2030年全球燃料电池汽车销量将达到350万辆，占新能源汽车销量的10%。2030年之后，燃料电池汽车的市场份额还会继续扩大，同时锂电纯电动汽车销量占比将出现拐点。到2050年，纯电动、插电混动、燃料电池汽车将形成三分天下之势。
（作者系北京氢纪元能源科技有限公司CEO）
