這兩年在新能源汽車的市場接受度越來越高，銷量也是節節攀升，今年前5個月，我國新能源乘用車的批量銷量達到了86萬輛，同比增長2.5倍，增速迅猛。乘聯會也兩次調高了我國新能源汽車今年的銷量預測，從年初的預計今年年銷量200萬輛，調高到了240萬輛。在這些新能源汽車當中，電動汽車的風頭最勁。
但其實除了電動汽車，氫能汽車也是新能源汽車的重要組成部分。目前，我國政府部門、中外車企和相關機構正在加強合作，積極推進加氫站建設，并通過示范運行自主研發的氫燃料電池汽車，不斷為氫燃料電池汽車的發展探索新的應用場景，在政策支持和成本下降的雙重利好下，2021年中國氫燃料電池汽車市場有望取得突破式增長。
氫能及燃料電池汽車產業現狀
在不久前的第六屆國際氫能與燃料電池汽車大會上，中國工程院院士陳學東介紹了我國在高壓氫儲運技術領域的發展情況。據他介紹，目前日本、美國、歐盟等發達國家在氫燃料電池技術方面率先取得了突破，氫能產業鏈在逐步構建，引發了全球范圍內的氫燃料電池研究熱潮。
近年來，我國氫燃料電池汽車產業也在快速發展，且已形成一定產業集群，綜合實力較強的有長三角、珠三角、京津冀等，但距離規模化應用還有很大的差距。
據了解，2020年我國已經啟動氫能源頂層規劃工作，2020年12月發布的《新時代的中國能源發展》白皮書提到，將加速發展綠氫制取、儲運和應用等氫能產業鏈技術裝備，促進氫燃料電池技術鏈、氫燃料電池汽車產業鏈發展。《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035年）》提出，中國將力爭經過15年的發展，實現燃料電池汽車商業化應用。
目前，中國多地均已出臺燃料電池汽車產業政策，燃料電池汽車產業未來數年有望加速發展。
比如，北京市的規劃是，在2023年前，北京市將培育3至5家具有國際影響力的氫燃料電池汽車產業鏈龍頭企業，力爭推廣氫燃料電池汽車3000輛，氫燃料電池汽車全產業鏈累計產值突破85億元；2025年前力爭實現氫燃料電池汽車累計推廣量突破1萬輛，氫燃料電池汽車全產業鏈累計產值突破240億元。
上海市計劃到2023年，建設100座加氫站，建成并運行超30座，形成全國最大的加氫網絡，產出規模約1000億元，推廣燃料電池汽車近10000輛。
廣東省在廣州、深圳等地試點開展氫燃料電池乘用車示范運行，力爭2022年實現首批氫燃料電池乘用車示范運行。
此外，浙江、江蘇、山東、四川等地也相繼推出了與氫燃料電池相關的規劃。有專家預計，2025年前我國氫燃料電池汽車和加氫站仍將以示范運行為主，2035年燃料電池汽車數量有望達到百萬輛級別的商業應用規模。
除了政府的規劃，車企也在積極布局。比如上汽集團已經累計完成了9款氫燃料電池整車的量產開發，車型涵蓋乘用車、公交客車、物流車、專用車底盤和重卡，累計投放市場超500輛。上汽集團還表示，未來還會陸續推出多款商用車產品。
長城汽車計劃今年發布首款燃料電池SUV，并計劃在2022年北京冬奧會期間推出首個燃料電池車隊。
豐田在今年3月初發布消息稱，將于2021年春季開始對外銷售氫燃料電池系統。豐田把面向2020年上市的新款燃料電池車（FCV）“未來”（MIRAI）開發的氫相關零部件進行系統化，預計獲得廣泛應用。除了卡車和巴士之外，還將在鐵路、船舶、發電機領域擴大燃料電池的應用，以促進完善基礎設施和降低氫價格。
而且豐田還在去年宣布，將與中國五家大型汽車廠商共同設立氫燃料電池開發的合資企業。豐田希望通過攜手更多合作伙伴，推動燃料電池性能提升、促進基礎設施建設。
儲氫關鍵技術取得突破，但仍有短板
目前氫能儲運的方式有常溫高壓氣態氫、深冷常壓液態氫、深冷高壓超臨界氫、帶壓固態儲氫等。目前氫燃料電池汽車中采用的主流技術路線是常溫高壓儲氫，因為該方式具有氫氣制備壓縮功耗小、充裝速度快等優點。
儲氫其實主要包括氣氫站、道路運氫和車載運氫三個場景，在這些場景中都需要用到儲氫罐，而儲氫罐是目前氫燃料電池汽車發展的關鍵技術之一。
目前中外儲氫罐技術差距主要集中在儲氫罐材質上，包括內襯、纖維纏繞層和過渡層材料。
我國車載儲氫罐主流是金屬內膽纖維全纏繞氣瓶(Ⅲ型瓶)，內襯材料為金屬鋁，儲氫壓力為35MPa，質量儲氫密度（氫氣占儲氫罐總質量的比重）在3%左右。
而日、美、韓的頭部企業已經量產了全復合纖維纏繞瓶（IV型瓶），內襯材料為塑料，有更好的氣密性、耐腐蝕性、耐高溫性，因此這種儲氫罐儲氫壓力能達到70MPa，質量儲氫密度在5.7%左右。
但需要指出的是，兩種儲氫罐都面臨很大的安全問題。
內部來說，儲氫壓力本身很高，無論是35MPa還是70MPa，都是一個很危險的壓力數值。要知道，20MPa的水壓就可以用來切割石材了。其次，氫氣在高壓高溫（30MPa，300℃以上）環境下，還會發生“氫脆現象”，腐蝕金屬，引起裂紋導致儲氫罐破裂。
外部來說，汽車行駛途中還可能發生碰撞事故，火災事故、浸水事故等極端情況，讓原本就比較危險的儲氫罐增加了破裂、泄露，甚至爆炸的可能性。
由于以上三個問題存在，兩種儲氫罐都采用了大量的碳纖維材料，同時，為避免“氫脆現象”發生，金屬內膽儲氫罐還需額外配備液冷系統，以控制罐內溫度。綜合下來，一個儲氫罐的成本達到了6萬元以上。
陳學東指出，不管任何方式，氫氣儲運裝備一旦失效，就可能會發生泄露、燃燒、甚至爆炸，造成重大人員傷亡和財產損失。因此，氫能儲運裝備安全不容忽視，但同時也要兼顧經濟性。
不過，在陳學東看來，我國經過多年的努力，已經基本掌握了氫氣儲運的關鍵技術，攻克了可靠性設計制造關鍵技術。
比如高壓臨氫環境金屬材料損傷機制問題，“人們研究金屬材料的損傷最早是從高溫高壓環境開始的，如加氫反應器長期在高溫高壓、臨氫條件下運行，存在高溫氫侵蝕、氫脆、回火脆等多種損傷。但通過采取有效措施，包括基于風險的檢測、合適的開停車工藝等，可以保障反應器30年服役安全。”陳學冬表示。
受高溫高壓氫影響，人們一直擔心常溫高壓（>35~50MPa）氫環境下的金屬氫脆問題。但他特別指出，針對常溫高壓氫環境，經過日本九州大學、美國桑迪亞國家實驗室，以及浙江大學所做的相關研究實驗表明200℃以下溫度、35MPa以下壓力的氫環境不易導致金屬材料氫脆。
目前在加氫站高壓氣態氫存儲方面，基于當前對金屬材料氫相容性的認識，中集安瑞科、浙江藍能等研制出了20~45MPa Ⅰ型儲氫瓶組（4130X鋼）。基于扁平鋼帶錯繞原理，浙大等研制出了50MPa全多層鋼制儲氫容器（7.3立方米）、98MPa全多層鋼制儲氫容器（1立方米）；合肥通用院研制出了140MPa單層鋼制儲氫容器。
美國PDC、Hydropac、德國Hofer和林德等研發出了金屬隔膜式、液驅增壓泵式、離子式氫氣壓縮機，可滿足給70MPa車載瓶加氫。
陳學東坦承，盡管我國已經基本掌握了氫氣儲運的關鍵技術，但仍有一些技術難點需要供客，比如我國45MPa壓縮機可靠性不足、液氫泵的電機問題也沒有解決；另外，高頻切斷球閥等加氫站重要閥門主要依賴從美國日本進口。
在公路運氫方面，國內還是以20MPa的Ⅰ型和Ⅱ型瓶為主，儲氫量小、儲氫密度低，難以滿足低成本和高效輸配需求。
管道輸氫方面，可以利用現有的天然氣管道摻氫輸送，這樣可以解決一定規模氫氣的長距離輸配問題，但這也有一個問題，那就是如果是用于汽車的話，需要比較純的氫，分離的成本會比較高。
在車載高壓用氫方面，國內主要以35MPa的Ⅲ型瓶為主，近期也開發出了70MPa Ⅲ型瓶，但國內限制必須是50MPa以下，因此目前我們用的還是50MPa以下的儲氫罐。
陳學東總結說，未來，這些關鍵的技術問題，還需要研究機構和企業共同努力來克服。
成本在不斷降低
業內人士認為，氫燃料電池在功率密度、冷啟動溫度、壽命、最高效率等指標方面已有大幅改善，燃料電池汽車的成本也正在逐步下降，但要與傳統燃油車進行競爭，還有很長一段路要走。
比如，燃料電池堆的成本占燃料電池動力系統成本的50%。有業內人士表示，2020年末，電池堆成本已出現明顯下降，比2020 年初下降超過20%，而且這一趨勢還將延續。
根據公開信息顯示，2020年10月，國鴻氫能率先將電堆價格降至2000元/千瓦以下，推出1999元/千瓦的鴻芯GI電堆。隨后，氫璞創能的新品電堆Now ogen V 將價格降至1699元/千瓦；深圳氫瑞發布的A1代燃料電池電堆也打出了最低1199元/千瓦的價格。
不過，電堆廠商的低價戰略也附加了訂貨大于500 臺甚至更多訂單的要求，這在目前的燃料電池汽車市場并不太容易實現。業內人士預計，隨著燃料電池汽車產業的加速發展，今年電堆價格有望真正降至2000元/千瓦之下。
氫燃料電池所必須的質子交換膜，被稱為燃料電池汽車發動機的“芯片”，主要使用鉑金為催化劑，生產成本很高。去年11月，東岳150萬平方米質子交換膜生產線一期工程在位于山東淄博桓臺縣的東岳集團投產，標志著我國氫能核心材料質子交換膜的技術和生產規模均邁入全球領先行列，這也有望進一步降低燃料電池汽車的價格。
也就是說，未來隨著氫燃料電池汽車市場規模的擴大，成本將會大幅降低。
結語
根據中國氫能聯盟的預測，到2050年氫能將會成為我國能源體系的重要組成部分，占比將達到10%，在交通、工業等領域實現普及應用。但目前來說，氫能還是以試點為主，未來能否真正形成規模化市場，還需要市場的檢驗。
不管怎么樣，陳學東還是希望政府和企業因地制宜，不宜一哄而上。
行業資訊 
2021-06-21 17:49:49
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