早在2006 年，我國就將氫能與燃料電池寫入了《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020 年)》，此后的《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計(jì)劃(2016-2030 年)》等國家級規(guī)劃都明確了氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略性地位。
近幾年來，中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，先有中央七部委密集開展氫能產(chǎn)業(yè)調(diào)研和規(guī)劃，工信部啟動面向2035 年的新能源汽車規(guī)劃，隨后10 省市將發(fā)展氫能寫入政府工作報(bào)告，千億資本競相涌入。
作為“21 世紀(jì)理想的發(fā)電技術(shù)”，燃料電池在能源、交通等領(lǐng)域早已凸顯出廣闊的應(yīng)用前景。2019 年我國政府工作報(bào)告指出要“推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”，政策的支持提振了行業(yè)發(fā)展信心，各地對氫燃料電池的規(guī)劃布局全面提速， 這一方面使得全球相關(guān)人才、資本和技術(shù)不斷涌入中國，有利于推動氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
但是，另一方面，城市間的同質(zhì)化競爭日趨加劇，或?qū)?dǎo)致該產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)低端重復(fù)性建設(shè)問題。對此，中國工程院院士、燃料電池技術(shù)專家衣寶廉就國內(nèi)氫能與氫燃料電池車產(chǎn)業(yè)發(fā)展接受記者采訪時，提出了一系列有針對性的看法和建議。
氫燃料汽車起大早趕晚集?
尚處大規(guī)模商業(yè)化導(dǎo)入期
資料顯示，中國燃料電池研究始于上個世紀(jì)五十年代，一些大專院校、科研院所先后分散地進(jìn)行了燃料電池的探索及基礎(chǔ)研究工作，積累了一些與燃料電池相關(guān)的基礎(chǔ)知識及制造技術(shù)。之后為了配合國家航天技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，研制航天用堿性氫氧燃料電池，中國在上個世紀(jì)七十年代掀起了燃料電池的產(chǎn)品研制高潮，并取得了一系列成果。
20 世紀(jì)70 年代末，燃料電池研發(fā)工作因國家總體計(jì)劃的變更而中止，一些由地方政府投資與應(yīng)用部門合作的堿性燃料電池項(xiàng)目產(chǎn)品因種種原因未能投入實(shí)際應(yīng)用，只有少數(shù)單位堅(jiān)持“坐冷板凳”，把研究持續(xù)了下來——這其中就包括中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(簡稱大連化物所)。
上個世紀(jì)六十年代末，大連化物所接到為我國“曙光一號”主宇宙飛船研究主能源氫氧燃料電池的任務(wù)，畢業(yè)后就留在大連化物所工作的衣寶廉承擔(dān)了航天飛船主電源燃料電池的研究工作，是當(dāng)時最年輕的課題組負(fù)責(zé)人。
在朱葆琳先生、袁權(quán)院士的引領(lǐng)下，衣寶廉課題組經(jīng)過艱難攻關(guān)，“從無到有”制造出我國第一臺自主設(shè)計(jì)的堿性燃料電池，獲得了國防科工委頒發(fā)的科技進(jìn)步獎。
事實(shí)上，我國研究氫燃料電池的起步時間并不晚，但由于此后進(jìn)度較慢，現(xiàn)已與國際領(lǐng)先水平拉開了一定差距。
“所以，有人說我們搞氫燃料電池汽車是起個大早、趕了晚集”，衣寶廉說，“但是我們具備搞航天氫氧燃料電池的基礎(chǔ)，燃料電池車早在‘九五’時期就已進(jìn)入準(zhǔn)備階段，在2001 年科技部制定的‘三縱三橫’新能源汽車研發(fā)布局中被列為重點(diǎn)，近年來以氫燃料電池車在我國的發(fā)展有目共睹”。
他認(rèn)為，我國現(xiàn)已掌握車用氫燃料電池的核心技術(shù)，基本建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的燃料電池動力系統(tǒng)平臺。在壽命、可靠性、可使用性方面， 氫燃料電池均基本達(dá)到車輛使用要求，具備大規(guī)模示范的基礎(chǔ)并趨于成熟。
但我國目前投入示范的氫燃料電池車主要是大巴車，離作為乘用車走進(jìn)尋常百姓家還有較長的一段路要走。“相較國際先進(jìn)水平，我國氫燃料汽車尚處于大規(guī)模商業(yè)化的導(dǎo)入階段，實(shí)現(xiàn)盈利還需要5 年左右的時間”，衣寶廉如是說。
成立氫能專項(xiàng)勢在必行
補(bǔ)貼是“餌”不是“糧”
從“推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”等內(nèi)容寫入《政府工作報(bào)告》可以看出，國家對氫能產(chǎn)業(yè)的重視已上升到一個新高度。
對于新興產(chǎn)業(yè)而言，國家政策的支持無疑起著至關(guān)重要的作用。不過，相比日韓等國，我國目前暫未形成發(fā)展氫能的國家戰(zhàn)略。
衣寶廉認(rèn)為，整個氫能系統(tǒng)的發(fā)展需要提升到國家戰(zhàn)略規(guī)劃的層面，不僅應(yīng)針對燃料電池汽車，還應(yīng)對冶金、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電和取暖等領(lǐng)域， 制定符合氫能應(yīng)用全場景的合理能源規(guī)劃。
“我建議國家應(yīng)當(dāng)成立氫能重大專項(xiàng)，而不是像現(xiàn)在這樣，將氫能包含在電動汽車重大專項(xiàng)中”，衣寶廉說，“我們可以開展各種實(shí)驗(yàn)，如嘗試用氫氣去煉鐵、煉鋼，大幅提高氫能的使用范圍和使用量，讓大家對氫能有更深入的認(rèn)識。國家可以成立一個氫能專項(xiàng)，把氫能的各種用途、氫能的制備運(yùn)輸、氫能的實(shí)際應(yīng)用等都放進(jìn)去， 要讓全國研究能源的人都能意識到氫能的重要性，以此推動我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展”。
在談到國家相關(guān)補(bǔ)貼扶持政策時，衣寶廉則強(qiáng)調(diào)“要提高門檻，不能搞大水漫灌”。對于大部分燃料電池廠商而言，產(chǎn)業(yè)扶持政策是一把雙刃劍，既可以成為提振信心的強(qiáng)心劑，也有可能使廠商陷入過度依賴。
而對過于倚重政策、行業(yè)里存在著“蹭熱點(diǎn)、圈資源”等現(xiàn)象，折射出氫燃料電池乃至整個中國能源行業(yè)在創(chuàng)新進(jìn)程中的一個特質(zhì)——政策“拔苗助長”，而市場則易出現(xiàn)投機(jī)。
與推廣鋰電池的初期一樣，國家對氫能和燃料電池行業(yè)發(fā)展也制定了相應(yīng)的補(bǔ)貼扶持政策。衣寶廉指出，補(bǔ)貼是用來引導(dǎo)技術(shù)革新的“杠桿”， 是“餌”而不是“糧”。“不能裝一臺車就給一份補(bǔ)貼，要提高補(bǔ)貼門檻，補(bǔ)貼不但要與性能、續(xù)航里程、氫消耗量等指標(biāo)相關(guān)，還應(yīng)與燃料電池車的發(fā)動機(jī)水平掛鉤。”他強(qiáng)調(diào)，“一定要避免重蹈鋰電池車補(bǔ)貼的覆轍，接受國家補(bǔ)貼的企業(yè)必須分階段、按計(jì)劃在技術(shù)上不斷革新”。
此外，針對國內(nèi)機(jī)構(gòu)在關(guān)鍵材料方面“自己檢測自己”的現(xiàn)狀，衣寶廉還建議應(yīng)成立獨(dú)立、中立的第三方檢測機(jī)構(gòu)。
補(bǔ)短板者得天下用
“三棄”有望補(bǔ)齊短板
眾所周知，燃料電池汽車的優(yōu)點(diǎn)是儲能量高， 續(xù)航里程長，氫燃料電池動力系統(tǒng)更適合長途大型高速重載車輛(重型卡車、物流車、公交車等)， 與柴油車性能類似;鋰離子電池動力系統(tǒng)更適合在小型汽車在市內(nèi)短途駕駛，主要替代汽油機(jī)。二者在市場領(lǐng)域存在一定程度上的競爭，在能源領(lǐng)域可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。
“鋰離子純電動汽車的致命問題在于其安全性，按照目前高達(dá)萬分之一到十萬分之一的起火爆炸幾率，它的發(fā)展前景不容樂觀。在不能保證安全性的情況下，追求續(xù)航里程意味著裝的電池越多，其危險(xiǎn)性也就越大。”衣寶廉進(jìn)一步指出， “鋰電池車只有解決其安全性短板，才能在短程運(yùn)輸領(lǐng)域與燃料電池汽車競爭。不解決安全性， 未來即便不輸給燃料電池車，也會輸給其他技術(shù)路線”。
與此同時，由于技術(shù)門檻高、貴金屬鉑的用量導(dǎo)致燃料電池成本居高不下等原因，燃料電池車的短板還表現(xiàn)為價(jià)格太高。
目前，從整車造價(jià)來看，一輛燃料電池車的價(jià)格是鋰離子電池車的1.5 倍到2 倍，是燃油車的3~4 倍。“相較鋰電池車的安全性問題，氫能是非常安全的。但用氫能制備燃料電池的成本非常高。如果燃料電池車成本降不下來，將來也很難有市場”，衣寶廉總結(jié)道，“這兩個技術(shù)路線都有短板，誰能率先解決短板，誰就有可能通吃市場”。
發(fā)展氫燃料電池汽車，首先要解決氫的來源。當(dāng)談到如何降低燃料電池車的制造成本時，衣寶廉認(rèn)為，可以追溯到整個產(chǎn)業(yè)鏈的起始環(huán)節(jié)——“制氫”，而談制氫則要先談氫氣成本。
“目前國內(nèi)制氫成本和運(yùn)輸加注成本幾乎是1:1，煤制氫成本約2 元/ 立方米，到了加氫站就變成了4 元，按照11 立方米約合一公斤計(jì)算， 氫氣成本約44 元/ 公斤，這樣算下來，燃料電池車的燃料成本跟燃油車差不多”, 他介紹道，“目前鋰電池車100 公里平均用電約15 度，按0.5 元/ 度的電價(jià)計(jì)算，百公里只需要7.5 元。照這個成本算，燃料電池車的運(yùn)營成本會很高，跟燃油車、鋰電池汽車相比都沒有競爭優(yōu)勢”。
基于上述現(xiàn)狀，衣寶廉建議，制氫應(yīng)該首選棄風(fēng)、棄光和棄水電量，“‘三棄’電價(jià)僅為0.1~0.2 元/ 度，不僅能降低成本，也更符合環(huán)保要求。”
他還進(jìn)一步指出，我國氯堿廠、重化工企業(yè)的副產(chǎn)氫產(chǎn)量非常大，但尚未得到充分利用，建議地方政府發(fā)展氫能源汽車產(chǎn)業(yè)時首先考慮氫源問題，是否符合低成本制氫、運(yùn)氫的條件。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018 年我國氫產(chǎn)量約2200 萬噸， 是世界第一產(chǎn)氫大國，我國具有發(fā)展氫燃料汽車的先天優(yōu)勢。作為全球用氫大戶，包括煤制氫、電解水制氫在內(nèi)，我國每年僅副產(chǎn)氫量就高達(dá)1000 多萬噸，加上棄光、棄水電量年可制氫約300 萬噸。衣寶廉認(rèn)為：“這1300 萬噸氫足可供燃料電車汽車使用，這也是歐美、日本等國不具備的優(yōu)勢。”
氫燃料電池發(fā)展任重道遠(yuǎn)
全產(chǎn)業(yè)鏈需共同協(xié)作配合
衣寶廉還指出，想實(shí)現(xiàn)氫燃料汽車的大規(guī)模發(fā)展，作為核心部件的燃料電池還需跨過三關(guān)：一是壽命關(guān)，要讓燃料電池運(yùn)行得更久、更穩(wěn)定， 而這需要加速新材料研發(fā)，用抵抗車用苛刻工況得新材料技術(shù)減小材料本身的機(jī)械性損傷，從而延長電池壽命;二是成本關(guān)，車輛在扣除政府補(bǔ)貼后，應(yīng)與燃油車、鋰電池車的成本持平。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，必須想辦法尋找燃料電池核心部件催化劑——鉑的替代品，或者通過技術(shù)手段降低其用量;三是技術(shù)關(guān)，既要在技術(shù)研發(fā)層面突破核心部件和關(guān)鍵材料的國產(chǎn)化，也要建立關(guān)鍵零部件如電堆、催化劑、膜電極、雙極板、密封材料等的批量生產(chǎn)線。我國目前還未形成規(guī)?；?、批量生產(chǎn)的完整產(chǎn)業(yè)鏈，技術(shù)上不去導(dǎo)致成本下不來。
此外，衣寶廉建議效仿鋰離子汽車的“十城千輛”示范計(jì)劃進(jìn)行燃料電池車的示范推廣，他還特別強(qiáng)調(diào)：“既沒有廉價(jià)氫源、又缺乏燃料電池制造產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的城市不適用選做示范城。建議國家擇優(yōu)選擇一些具有先天優(yōu)勢的城市進(jìn)行試點(diǎn)，進(jìn)而帶動整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”
事實(shí)上，多位業(yè)內(nèi)專家指出，由于冬天車內(nèi)供暖耗能較高，純電動車?yán)m(xù)航里程會顯著縮短。而燃料電池本身的余熱就能保證供暖，因此，氫燃料電池汽車在北方地區(qū)更有優(yōu)勢。而想實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車的低成本、高安全運(yùn)行，則需要整個產(chǎn)業(yè)鏈共同協(xié)作配合。
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