燃料電池產(chǎn)業(yè)化：加氫基礎(chǔ)設(shè)施尚不足，氫瓶制約氫氣儲(chǔ)運(yùn)

　　2019年，我國(guó)第一次將氫能納入《政府工作報(bào)告》，提出“推進(jìn)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”。地方政府和企業(yè)探索氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，形成以北上廣為中心的京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等主要?dú)淠墚a(chǎn)業(yè)集群。

　　盡管我國(guó)氫源豐富、新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)良好，但在制氫、運(yùn)氫、儲(chǔ)氫和加氫方面，氫燃料電池產(chǎn)業(yè)仍面臨基礎(chǔ)設(shè)施不足、技術(shù)瓶頸、政策法規(guī)不完善等問題。

　　中國(guó)氫能聯(lián)盟專家委員會(huì)主任、同濟(jì)大學(xué)校長(zhǎng)助理余卓平日前在廣州舉辦的“2019全球新能源汽車領(lǐng)袖峰會(huì)——新能源汽車動(dòng)力變革論壇”上表示，上游氫能供應(yīng)鏈與下游氫能應(yīng)用產(chǎn)業(yè)配套規(guī)劃不同步，缺乏明確規(guī)范的加氫站建設(shè)審批流程，加氫成為燃料電池汽車發(fā)展的最大瓶頸。另一方面，在制氫上，目前法規(guī)要求制氫廠需位于化工區(qū)，導(dǎo)致運(yùn)輸成本限制了制氫加氫合建站的發(fā)展。

　　中科院院士、清華大學(xué)學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任歐陽(yáng)明高曾認(rèn)為，氫能現(xiàn)在遇到的挑戰(zhàn)是氫的儲(chǔ)運(yùn)，包括車載儲(chǔ)存和車下的儲(chǔ)運(yùn)，需要找到一個(gè)經(jīng)濟(jì)、高效、可行的儲(chǔ)運(yùn)模式。

　　目前車載儲(chǔ)運(yùn)主流技術(shù)是國(guó)外從燃料電池轎車發(fā)展中優(yōu)選出來(lái)的高壓氣氫，也就是70兆帕四型高壓儲(chǔ)氫瓶。但中國(guó)尚無(wú)這方面的成熟產(chǎn)品和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)。“從標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，我國(guó)只允許使用三型瓶，大部分燃料電池車用的是35兆帕儲(chǔ)氫瓶，續(xù)航里程大打折扣。”余卓平表示。

　　運(yùn)氫上，北京低碳清潔能源研究院新能源中心助理主任何廣利在論壇上介紹，國(guó)外的長(zhǎng)罐車允許使用三型瓶、四型瓶運(yùn)氫，壓力可達(dá)55兆帕，但國(guó)內(nèi)只可用20兆帕的一型瓶。壓力越低，氫的運(yùn)輸量越小，運(yùn)輸往返次數(shù)就越多，運(yùn)輸成本增加。

何廣利

　　氫能：可供熱、發(fā)電、用作交通燃料的“零碳排放”燃料

　　氫具有擴(kuò)散速度快、易燃等特點(diǎn)，單位質(zhì)量的氫完全燃燒時(shí)所放出的熱量高居各種燃料之首，為液化石油天然氣的2.5倍，汽油的3倍。氫能可供熱、發(fā)電，用作交通燃料。

　　相比于碳排放壓力大，電力不靈活，可再生能源存在棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象，氫是真正的“零碳排放”燃料，氫氣和氧氣反應(yīng)最終只生成水。它是電、熱、氣之間轉(zhuǎn)換的媒介，用可再生能源電解水制氫還可實(shí)現(xiàn)能源消納與存儲(chǔ)。

　　中國(guó)氫能聯(lián)盟專家委員會(huì)主任、同濟(jì)大學(xué)校長(zhǎng)助理余卓平介紹，中國(guó)是第一產(chǎn)氫大國(guó)，目前有2500萬(wàn)噸氫氣，工業(yè)副產(chǎn)制氫、化石燃料制氫、棄風(fēng)棄光棄水電解水制氫等多種制氫方式在我國(guó)都存在。其中，煤制氫的成本目前最低，未來(lái)?xiàng)夛L(fēng)棄光電解水制氫達(dá)到一定規(guī)模后，可實(shí)現(xiàn)一公斤氫氣40元，這與目前油車用油價(jià)格相當(dāng)。

　　去年10月發(fā)布的《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告》顯示，到2050年，氫能在中國(guó)終端能源體系中將至少達(dá)到10%。在交通領(lǐng)域里，保守估計(jì)到2050年，氫燃料電池汽車將覆蓋15%的乘用車和50%的商用車。

　　余卓平認(rèn)為，煤炭帶動(dòng)了蒸汽機(jī)的發(fā)展，石油帶動(dòng)了內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展，氫能一定會(huì)帶動(dòng)燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　氫燃料電池是氫與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而非燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，最終產(chǎn)物只有水。中科院大連化學(xué)物理研究所研究員、中國(guó)工程院院士衣寶廉曾提到，氫燃料電池車和普通燃油車的結(jié)構(gòu)非常相似，只是把燃油車的油箱換為儲(chǔ)氫罐，把燃油車的內(nèi)燃機(jī)換為燃料電池的電動(dòng)機(jī)。

　　可以把氫燃料電池車看作是自帶氫燃料發(fā)電機(jī)的電動(dòng)車，但與電動(dòng)車充電不同，氫燃料電池車的加氫過程與燃油車的加油過程相似，加一次氫一般需3-5分鐘。

余卓平

　　加氫基礎(chǔ)設(shè)施不足，缺乏明確規(guī)范的加氫站建設(shè)審批流程

　　從全球來(lái)看，日本氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展走在前列。1993年，日本啟動(dòng)了以氫能為核心的世界能源網(wǎng)項(xiàng)目，是最早系統(tǒng)指定氫能發(fā)展規(guī)劃的國(guó)家。21世紀(jì)初，日本政府將氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)作為國(guó)家戰(zhàn)略重點(diǎn)規(guī)劃，在應(yīng)用領(lǐng)域、基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用終端財(cái)政補(bǔ)貼、民眾教育、標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)等領(lǐng)域布局。

　　歐美國(guó)家也跟上步伐，歐盟加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)目前進(jìn)入高潮期，美國(guó)燃料電池分布式能源、燃料電池叉車等領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用處于全球領(lǐng)先。

　　在中國(guó)，2014年，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020年)》，將氫能與燃料電池列入“20個(gè)重點(diǎn)創(chuàng)新方向之一”。2018年5月，國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)參觀了位于日本北海道的豐田汽車工廠，并考察了氫燃料電池車Mirai。今年我國(guó)第一次將氫能納入《政府工作報(bào)告》，提出“推進(jìn)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”。

　　盡管我國(guó)氫源豐富、新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)良好，但由于起步晚，在制氫、運(yùn)氫、儲(chǔ)氫和加氫方面，氫燃料電池產(chǎn)業(yè)仍面臨基礎(chǔ)設(shè)施不足、技術(shù)瓶頸、政策法規(guī)不完善等問題。

　　“第一大難題就是基礎(chǔ)設(shè)施不完整，很少有加氫站，現(xiàn)在建站標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)不健全，沒有批準(zhǔn)部門，不知道哪一個(gè)部門管，因?yàn)槲覈?guó)對(duì)氫不是作為能源管理的。”余卓平表示，上游氫能供應(yīng)鏈與下游氫能應(yīng)用產(chǎn)業(yè)配套規(guī)劃不同步，缺乏明確規(guī)范的加氫站建設(shè)審批流程，加氫成為燃料電池汽車發(fā)展的最大瓶頸。另一方面，在制氫上，目前法規(guī)要求制氫廠需位于化工區(qū)，導(dǎo)致運(yùn)輸成本限制了制氫加氫合建站的發(fā)展。

　　公開資料顯示，截至2018年底，全球加氫站數(shù)量達(dá)369座，其中日本96座，德國(guó)60座，美國(guó)42座。中國(guó)23座，占比為6%，同歐美和日本發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍然存在差距。

　　截至目前，上海、佛山、武漢、如皋等地明確了加氫站建設(shè)的主管部門及審批流程，但國(guó)家對(duì)此卻仍無(wú)明文規(guī)定。北京低碳清潔能源研究院新能源中心助理主任何廣利表示，也正因此，加氫站建設(shè)審批特別難，為規(guī)范健康發(fā)展，這需要一個(gè)明確的對(duì)口單位。

　　除明確氫能歸口主管部門、讓加氫站建設(shè)審批有組織可找，由于氫能在政策法規(guī)上仍屬危化品，目前尚未作為我國(guó)能源體系的組成部分，余卓平呼吁，應(yīng)將氫定位為能源，氫能與燃料電池的發(fā)展應(yīng)氫能先行。

　　氫瓶制約氫氣儲(chǔ)運(yùn)，需找到經(jīng)濟(jì)、高效、可行的儲(chǔ)運(yùn)模式

　　“燃料電池問題不大，技術(shù)將會(huì)成熟。氫源問題也不大，目前經(jīng)濟(jì)可行的氫源可以來(lái)自1000億度的棄風(fēng)棄光棄水，還有800萬(wàn)噸的副產(chǎn)氫，氫源沒有問題。”中科院院士、清華大學(xué)學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任歐陽(yáng)明高曾表示，氫能現(xiàn)在遇到的挑戰(zhàn)是氫的儲(chǔ)運(yùn)，包括車載儲(chǔ)存和車下的儲(chǔ)運(yùn)，需要找到一個(gè)經(jīng)濟(jì)、高效、可行的儲(chǔ)運(yùn)模式。

　　從儲(chǔ)氫上看，車載儲(chǔ)氫技術(shù)是氫燃料電池車發(fā)展的關(guān)鍵，直接影響燃料電池車的續(xù)航里程和成本。“中國(guó)燃料電池汽車?yán)m(xù)航里程怎么只有三四百公里，而國(guó)外可以做到六七百公里？實(shí)際上這里面很大的制約就在于我國(guó)氫瓶使用的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)上。”余卓平表示。

　　燃料電池車載儲(chǔ)氫技術(shù)主要包括高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、固體儲(chǔ)氫和有機(jī)液體儲(chǔ)氫。其中，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫由于技術(shù)成熟、成本低，成為當(dāng)前主要儲(chǔ)氫方式。車載儲(chǔ)氫瓶的種類包括純鋼制金屬（一型瓶）、鋼制內(nèi)膽纖維纏繞（二型瓶）、鋁內(nèi)膽纖維纏繞（三型瓶）和塑料內(nèi)膽纖維纏繞（四型瓶）等，不同類型的儲(chǔ)氫瓶，工作壓力、儲(chǔ)氫密度、成本等均不同。

　　一型瓶、二型瓶過重、儲(chǔ)氫少，若用作車載供氫，燃料電池車跑不遠(yuǎn)。目前車載儲(chǔ)運(yùn)主流技術(shù)是國(guó)外從燃料電池轎車發(fā)展中優(yōu)選出來(lái)的高壓氣氫，也就是70兆帕四型高壓儲(chǔ)氫瓶。但中國(guó)尚無(wú)這方面的成熟產(chǎn)品和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)。“從標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，我國(guó)只允許使用三型瓶，大部分燃料電池車用的是35兆帕儲(chǔ)氫瓶，續(xù)航里程大打折扣。”余卓平表示。

　　從運(yùn)氫上看，目前國(guó)內(nèi)也無(wú)專門的氫氣長(zhǎng)輸管道和配送管道標(biāo)準(zhǔn)，因此主要依靠氫氣長(zhǎng)托管拖車運(yùn)氫。何廣利介紹，國(guó)外的長(zhǎng)罐車允許使用三型瓶、四型瓶運(yùn)氫，壓力可達(dá)55兆帕，但國(guó)內(nèi)只可用20兆帕的一型瓶。由于壓力越低，氫的運(yùn)輸量越小，運(yùn)輸往返次數(shù)就越多，運(yùn)輸成本增加。

　　車下的儲(chǔ)運(yùn)，除氣氫以外，還有固態(tài)和液態(tài)氫氣。不過，目前沒有找到主流的固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)。而液氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)是未來(lái)的發(fā)展方向，液態(tài)氫的密度是氣態(tài)氫的845倍，同樣體積的容器，能運(yùn)輸液氫的重量比氣氫更多。

　　液氫技術(shù)早在上世紀(jì)70年代就已有研發(fā)，用于長(zhǎng)征三號(hào)火箭第三級(jí)推進(jìn)劑。不過，液氫的軍用和民用仍有區(qū)別，國(guó)內(nèi)目前尚缺乏液氫運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)；氫氣液化的費(fèi)用昂貴、耗能較高、易沸騰汽化等問題也需要解決。（記者 張靜）