避重就“氢”会成未来趋势吗？

江镕?冯芸清

在2019年11月份印制的《能源统计报表制度》里，国家统计局要求，氢气和煤炭、天然气、原油、电力、生物燃料等一起，纳入2020年能源统计。

国家统计局将氢气作为能源的一种，跟煤炭石油天然气等并列，一起纳入能源统计，信号意义明显——中国是富煤贫油少气的能源结构，制约了能源安全和实现能源独立，而氢能源是实现替代化石能源的有效载体，这意味着一个影响人类命运发展和生存环境的新时代或许将要到来。

事实上，在京津冀、长三角和珠三角地区，氢能产业已初具规模，氢能已有成为国内清洁能源新风口的架势。

在珠三角，广州从2017年就已经开始着手发展氢能源产业，2020年7月30日颁布了《广州市氢能产业发展规划（2019—2030）》（以下简称《广州氢能规划》），成为国内首个将氢能列入能源系统来统筹谋划氢能产业发展的城市。

最具发展潜力的清洁能源

氢是自然界存在最普遍的元素。据估计，它构成了宇宙质量的75%，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中。而水是地球上最广泛的物质，据推算，如果把海水中的氢全部提取出来，它们所能产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。

而且氢本身无毒，与其他燃料相比，氢燃烧时十分清洁，除生成水和少量氨气外，不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等污染物质。少量的氨气经过适当处理也不会污染环境，燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。

因而氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。事实上，人类对氢能应用自200年前就产生了兴趣，20世纪70年代以来，世界上许多国家和地区更是广泛开展了氢能研究。

近年来，欧洲、美国、日本、韩国都相继发布了氢能源规划。根据规划，到2030年时，欧洲氢能汽车将达到500万台，氢能供暖进入1300万户家庭。

日韩已经把氢能源发展作为国家经济增长极来培育，日本计划到2030年对于燃料电池的开发投入将达到1万亿日元。

2016年，美国在燃料电池和氢能源方面的研发投入就已经超过了7600万美元，目前在加州已建成31个加氢站，计划2023年将建设超过100个加氢站。

我国作为世界第一产氢大国，产能超过2000万吨/年。煤、天然气、石油等化石燃料生产的氢气占了将近70%，工业副产气体制得氢气约占30%，电解水占不到1%。我国制氢潜力巨大，煤炭、天然气制氢几乎不受资源约束，焦炭、氯碱、甲醇、合成氨的副产氢气产能也超过千万吨，2018年全国可再生能源弃电量为1023亿千瓦时，理论制氢潜力达到186万吨。

氫能源发展与国家能源安全战略、绿色高质量发展战略高度协同。全国政协人口资源环境委员会委员，国家能源投资集团有限公司董事、总经理，中国工程院院士凌文在2019年就曾提出：建议将氢能纳入能源体系，制定发展战略。凌文认为，氢能开发与利用是能源清洁化发展的重要方向。在优化能源系统方面，氢能作为一种二次能源，可实现多异质能源跨地域和跨季节的优化配置，形成可持续高弹性的创新型多能互补系统。

目前全国30多个省市相继出台了氢能产业规划，中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》指出，预计2020年至2025年间，中国氢能产业产值将达到1万亿元，氢能源车数量达到5万辆，加氢站数量200座;2026年至2035年产值达到5万亿元，加氢站数量达1500座，实现燃料电池车1500万辆。而根据北京、上海、广州三市的规划，氢能产业产值占比将达到总产值的20%以上。

截至2020年7月，全国累计建成加氢站76座，投入运营的有52座。其中，广东省拥有量最大，有15座运营，17座在建。

很是引人注目的氢能汽车

在《广州市氢能产业发展规划（2019—2030）》中，广州正式提出打造“一核、一枢纽、三基地”的产业布局，瞄准建设大湾区氢能产业中心、网络枢纽和氢能交易中心的战略定位，将广州建成我国南部地区氢能枢纽。

按照《规划》，到2022年，广州市氢能产业实现产值预计200亿元以上。到2025年，初步建成广州氢能枢纽、产业集聚中心和比较完整的氢能产业链，培育广州氢能及燃料电池相关企业超过100家，公交、环卫领域燃料电池汽车占比不低于30%，燃料电池乘用车实现千辆级规模的商业化推广应用，氢能产业实现产值预计600亿元以上。到2030年，建成加氢站100座以上，实现产值预计2000亿元以上。

身为“探路者”，2020年6月，广州市将15台氢能燃料电池车投放到广州公交388线。每天早七点到晚九点，这些公交车同时从黄埔区南岗总站与科学城南部公交总站出发，分别驶往总站，行驶距离近20公里。

这些氢能公交车的氢气瓶安装在车顶，车身整体高度达到3.5米，和普通公交车相比绝对属于“大块头”，蓝色车身上的“黄埔·氢能”字样也十分引人注目。

据相关负责人介绍，作为广州市目前唯一一条氢能源车示范运营线，车辆上线筹备工作在2019年3月便已开始。“尽管路线不长、车辆不多，但氢能源汽车产业链条长、技术门槛高，核心关键零部件、氢能系统集成、整车制造、实际承载应用单位、氢气供应、氢气加注各环节牵一发而动全身，打通上下游也很不容易。”

之所以这批公交车率先在黄埔区投放，主要缘于该区是广州氢能产业的核心区。截至今年7月，黄埔区已引进20个氢能项目，总投资超40亿元，建成3座加氢站，并拟建设总面积近两百公顷的国际氢能产业园。

388线的每辆氢能公交车每天需加13公斤左右的氢气，位于开发区西区的广州目前唯一试运营的加氢站，可以保证这些公交车较为便捷地就近加气，气源主要来自从多地采购的工业副产氢。

尽管视觉上较为醒目，但只有一条线路运行的氢能公交车却显得有些“孤零零”。之所以“曲高和寡”，氢气价格贵是制约氢能产业大规模商用的关键因素。

据了解，根据原料来源和制取技术的差别，目前国内一公斤氢气的制取成本约为5元至30元，本身已不便宜。再经过压缩成高压气态，经过储运等环节，加到汽车上不会低于70元/公斤。如果没有补贴，几乎没有下游企业愿意负担。

对此，负责388线运营的广州公交集团第三汽车有限公司第四分公司副经理湛锦恩坦言：除各环节企业的协作外，氢能公交车能够上线，政府补贴也是重要推动力。

一台氢能公交整车采购价约为250万元，相当于柴油车的5倍、纯电动车的1.5倍。此外，氢气的市场单价约为每公斤68元，行驶每公里的成本是纯电动车的四倍。但在黄埔区政府的支持下，氢能公交的实际运营成本与纯电动车持平。

氢气的成本，仅是氢能源产业投资成本的冰山一角。以氢能基础设施加氢站为例，据美国加利福尼亚州能源局2018年的一项工作汇报显示，一座外供氢高压氢气站的建设成本为200万美金，液氢加氢站和电解水加氢站的成本则分别高达280万和320万美金。

另一方面，加氢站审批政策规定尚未完备，审批流程较为复杂，归口管理单位和建设标准还不明确，各地都在摸索之中。

较为令人担忧的技术研发

尽管看起来前景一片向好，但也必须承认，除成本难题外，缺乏核心技术、关键零部件生产能力不够、原材料依赖进口等问题都是需要跨越的一道道坎。

一个业内公认的现状是：中国氢能的发展落后世界先进水平数年，有些领域甚至差距数十年。而且国内氢能源产业的技术瓶颈并非仅仅存在于某项技术、某个环节，而是几乎贯穿了制氢、储氢、运氢、加氢、用氢的整个链条。

这其中的原因之一就在于，氢能源产业本身的技术门槛较高。

在制氢方面，国内的“灰氢（制氢过程中产生较多碳排放的氢能）制取技术已经基本成熟，并拥有多项制氢催化剂的自主知识产权，但稳定的碳捕捉和封存技术及低成本“绿氢”（制氢过程中完全无碳排放的氢能）技术仍在研发中。

氢气的储运更是世界级难题。氢气的体积能量密度小，与汽油相比，同样是占一升空间体积，常压氢气的能量却很少，储存起来并不经济。国内的主流解决方案是将氢气压缩成高压气态后运输，但因为氢分子是最小的分子，氢气是最容易泄漏的气体，而且易燃易爆，所以这些特性使得对运输气瓶瓶身、阀盖、阀门的材质要求异常严苛，稍有不慎，可能就会发生安全事故。

以目前的技术条件，国产气瓶仅能储运35兆帕的氢气，如果使用70兆帕气瓶，则仍需要依赖进口。这意味著，在搭载相同气瓶数量的情况下，国外氢能源汽车的续航里程是国内的两倍，差别显而易见。

相对乐观的是用氢环节，当下最为普遍的用氢方式是氢燃料电池组，又称氢堆、电堆等。氢气进入氢堆后，会和氧气发生化学反应，生成电离子，产生动力。目前，日本在氢能燃料电池领域拥有的优先权专利占全球的50%左右，并在多个关键技术领域处于领先。

国内虽起步较晚，但近几年进展十分迅猛。到2019年底，国内采用自主技术建设的膜电极生产线超过5条，关键技术指标正逐步接近国际先进水平，成本快速降低。部分公司已成功研发出具有自主知识产权的氢动力系统。

正是由于国内相关技术起步晚，整体技术和发达国家存在不小差距，所以摆在众多氢能产业研发端企业的一个两难抉择是——在自主研发与引进技术之间该如何取舍。

多位业内人士与专家均认为，尽管“市场换技术”短期来看确有必要性，但如果放松科研投入，忽视自主知识产权，便有可能落入“引进-落后-再引进”的怪圈。从国外的普遍经验来看，氢能源领域的研发投入动辄上亿，所以需要政府和资本都具有强有力的决心。

2019年12月，上市国企广州市恒运集团和广州市开发区牵头组建了氢能母基金，基金池总规模6亿，用以培育氢能企业。

恒运集团引进和氢能部总经理李迎庆认为，引进国外的先进技术是必要的，但要注重在国内配备具有承接、消化、吸收、升级技术、技术转化能力的团队，要通过国际技术合作等方式大力发展自主知识产权。

为此，在2020年1月获批后，恒运集团牵头成立了广州市中德氢能源研究院，旨在与欧洲的顶尖科研单位、企业合作，共建氢能中国工程化、本地化、产业转化平台。

作为膜电极和燃料电池电催化方面的顶尖专家，叶思宇和他的团队则是带着技术来到广州市黄埔区。2018年11月，叶思宇担任鸿基创能科技（广州）有限公司副董事长和首席技术官，专注氢能燃料电池的核心零部件——膜电极的研发。2019年初，鸿基创能发布了首款拥有自主知识产权的膜电极产品Hykey1.0。

Hykey1.0研发过程中采用了国际先进的双面直涂工艺、封装技术和胶黏剂技术，产品比国外进口产品的性能提升35%，成本下降了30%。

叶思宇的观点很明确，他说：“如果不能应用在产品上，技术达到世界先进又如何？”将实验室中先进的技术和市场上先进的制造业连接起来，对产品进行验证，是中国氢能产业亟需突破的瓶颈，而这正是政府投入资金开通示范运营线的意义所在。

的确，据湛锦恩透露，广州黄埔区388线运营的一大任务便是为厂家搜集信息、提供反馈，例如促进设计改善，提高用户体验;记录报错信息，提醒厂家调试等。只有在使用中不断发现问题，才能支持技术不断迭代。

而展望未来的发展，李迎庆认为，当资金、技术、人才、政策方方面面到位之后，或许还需要一点耐心。“未来两三年，将一直是广州氢能产业的推广、示范阶段，广州应该充分利用后发优势，不用急功近利追求大规模化，要给企业技术投入留窗口期，给民族企业一定的成长时间。”