氫燃料電池汽車正加速商業化：降本仍是提升競爭力的關鍵

近日，由中汽數據有限公司主辦的《氫能汽車藍皮書（2023）》發布會暨氫能產業集群發展政策聯合研究工作組啟動會在京舉辦?！稓淠芷囁{皮書》是我國首部氫能汽車領域公開發行的專題研究報告，以“新征程上的氫燃料電池汽車產業發展”為主題，立足我國氫能及燃料電池汽車產業發展實際，對氫燃料電池汽車產業發展情況進行了全面系統分析，并提出了推動產業高質量發展的措施建議。

郭 昊

“我國氫能與氫燃料電池汽車產業體系建設取得顯著成效，已建成涵蓋氫能制、儲、運、加全產業鏈體系，氫燃料電池汽車及關鍵零部件研發制造等各環節較為完善的產業生態鏈，正加速從技術研發向商業化發展階段邁進?！边@是近日中汽數據有限公司在《氫能汽車藍皮書（2023）》（下稱《藍皮書》）發布會上透露的。

盡管我國各地陸續發布了上百份與氫能相關的規劃和政策，但氫能行業仍未形成統一有序的管理機制、自主可控的產業體系，面臨補短板、降成本等挑戰。多位專家表示，推動氫燃料電池汽車行業高質量發展任重道遠，仍需行業各方共同努力，健全行業管理政策和標準體系，完善氫能供給體系建設，加強核心技術攻關，創新商業模式，推動氫能及氫燃料電池汽車產業高質量發展。

核心技術創新加快推進，牽引車和專用車成市場主流

近幾年，在“雙碳”戰略目標和國家氫能產業規劃的推動下，我國氫燃料電池汽車產業鏈上下游企業積極開展氫能技術創新、產業鏈布局和示范應用。整體來看，我國氫燃料電池汽車呈現核心技術創新加快推進、自主產業體系趨于完善、市場銷量快速增長、示范應用車型向多場景拓展等趨勢。

“比如，燃料電池膜電極核心材料一直是我國氫能關鍵材料的短板，目前，國產質子交換膜、催化劑和氣體擴散層技術指標已能滿足車用燃料電池使用要求，處于有供應能用向好用方向發展階段，以往核心材料嚴重依賴進口的被動局面開始得到緩解。”中汽數據高級工程師王建建介紹，國產質子交換膜和催化劑核心材料已基本實現自主化研發，部分技術指標具備一定優勢，并具備批量化供應能力，并實現了多車型、多場景裝車應用。尤其是隨著氫燃料電池城市群示范應用政策的驅動，我國氫燃料電池汽車市場迎來快速增長。

值得注意的是，隨著車型供給結構不斷豐富，牽引車和專用車成為市場主流。2022年以來，我國氫燃料電池汽車公告數量顯著增加，新增及變更氫燃料電池車型公告700余款，半掛牽引車、自卸汽車、冷藏車和環衛車等車型的公告數量占比大幅增加。從2023年前三季度市場終端表現來看，氫燃料電池半掛牽引車、物流專用車、自卸汽車成為市場主流。

截至目前，我國氫燃料電池汽車應用場景已從早期單一的公交領域應用向城市公交、客運班車、城市物流、冷鏈運輸、渣土轉運、市政環衛、倒短運輸、公務用車、共享出行等多場景應用拓展，牽引、物流、環衛、自卸等細分領域產品矩陣、噸位結構、車輛用途進一步豐富和完善。

受上述變化的影響，企業也積極布局，越來越多的整車企業開始不斷加快在氫燃料電池汽車產業的研發投入和市場推廣。近兩年，我國氫燃料電池汽車市場競爭加劇，福田、宇通、金龍、飛馳車企位居頭部，2023年前三季度，行業前五企業市場份額占比45%，市場集中度較2022年同期有所下降，市場初期成熟穩定的競爭格局仍未形成。

政策環境仍需完善，終端用氫降本需求迫切

如今我國氫能及氫燃料電池汽車產業尚處于發展初期，支撐產業發展的基礎性制度滯后，還存在非化工園區電解水制氫難、儲運壓力標準等級低、加氫站審批建設難、站內制氫、車載氣瓶年檢難等問題和挑戰。

業內人士分析，以加氫站建設審批為例，我國部分城市參照天然氣汽車加氣站管理模式，進行了一些先行先試，但行業仍然缺乏統一、規范的加氫站建設和運營管理審批政策、工作流程。氫能產業供給側仍不能完全滿足需求側發展期望，產業發展形態和發展路徑尚需進一步探索等，從各地發布的氫能產業引導性政策來看，普遍側重于發展可再生能源制氫、燃料電池和電解槽裝備，盲目跟風、同質化競爭和低水平建設苗頭有所顯現。

制氫方面，目前車用高純氫整體供應不足，就連備受關注的“綠氫”在汽車上的應用也極少，工業副產氫供應穩定性不能完全保障，部分區域存在有車無氫的局面；儲運方面，目前外供氫加氫站氫氣運輸以20兆帕長管拖車為主，單車實際卸氣量僅為250千克，運氫效率低、成本高，當運輸距離為100~150千米時，運輸成本在10元/千克左右，隨著運輸距離增加，長管拖車運輸成本逐漸上升，需要突破運氫壓力等級限制，提高單車運氫量；加氫站建設和運營方面，加氫站真正高效穩定運行仍面臨較大挑戰。2023年以來，我國加氫站建設和投運進度放緩，已建成加氫站空間分布不均、投資建設成本高、車站協同較差、加氫便利性低，良性的市場化運作模式尚未形成，部分區域存在加氫站利用率不高，面臨有站無車、運營困難的現實問題。

“在非示范城市群無補貼的情況下，終端加氫價格甚至在60~70元/千克，運營成本遠遠高于純電動車和燃油汽車?！睒I內人士介紹。

整體來看，目前，我國氫燃料電池汽車市場仍處于商業化初期階段，氫燃料電池汽車保有量僅為新能源汽車保有量的千分之一，產業規模還比較小，規模效應帶來的降本效益不夠突出。

以購置成本為例，氫燃料電池汽車雖已進入應用成本快速下降期，但當前超過百萬元的車輛購置成本較傳統燃油商用車甚至純電動車型仍然偏高。

“因此，要實現無補貼的氫燃料電池汽車商業化運行，必須大幅度降低供氫成本和氫燃料電池系統成本，進而降低氫燃料電池汽車運行成本。”中國工程院院士衣寶廉說。

融入“雙碳”戰略，強化核心技術創新

作為新質生產力的典型代表，我國氫燃料電池汽車該如何在新征程上實現高質量發展？

《藍皮書》建議，首先要強化頂層設計，創新體制機制。在國家層面，要加強引導，持續完善頂層設計，加快管理創新和政策創新，明確氫能產業監管體系和責任部門，優化氫項目規劃、立項、審批等管理工作流程，消除制約氫產業發展的堵點和卡點。與此同時，引導地方有序建設氫能及氫燃料電池汽車產業集群，探索符合本地資源稟賦、產業基礎和市場需求的氫燃料電池汽車產業，避免盲目投資和低水平項目重復建設。

科技是第一生產力，科研成果只有落地應用，才能真正產生價值。《藍皮書》指出，把科技創新作為推動氫能產業高質量發展的主要動力，聚焦氫燃料電池汽車產業鏈薄弱和短板環節，切實形成產學研用創新體系，發揮企業的創新主體作用，發揮高校及科研院所在創新體系中的作用，開展以市場需求為導向的基礎研究和應用基礎研究。依托行業骨干企業、科研機構與高校，聯合組建氫燃料電池汽車關鍵技術創新研發平臺和攻關體，建立更加完善協同高效的創新體系。

新質生產力的發展還需要應用場景、市場需求的緊密結合。唯有如此，才能用規?；膽脦赢a業提質降本。《藍皮書》指出，今后，要以用車場景需求為導向，挖掘氫燃料電池汽車多元場景應用潛力。在工業副產氫富集的石化化工、冶金產業集聚區加快推進中重型氫燃料電池汽車規?；痉稇?，重點挖掘化工產品、鋼材、煤炭等各類重載貨物運輸場景；積極建設跨省、市的高速氫動走廊，加氫價格互惠互利，保障氫燃料電池汽車跨區域通行運營。

“最后，不容忽視的是，要發揮氫能在汽車領域示范應用的先行引領作用和減排效應，就必須積極融入‘雙碳’，完善配套生態體系?！薄端{皮書》強調，比如，積極開展氫燃料電池汽車“綠氫”溯源認證、示范應用碳足跡追蹤、生命周期碳排放核算和節能減排評價體系建設，支持應用減排量納入溫室氣體自愿減排交易市場，形成對車輛應用的經濟性補償。

多位專家表示，未來，隨著可再生能源制氫規模擴大，氫燃料電池汽車的節能減碳潛力將進一步釋放，可有效帶動氫能在交通、工業、能源、電力和建筑等多場景應用，全面提升氫能產業的綜合競爭力，對于實現“雙碳”目標和應對氣候變化具有重要的戰略意義。

新聞會客廳：氫燃料電池汽車將打開氫能應用的突破口

衣寶廉    中國工程院院士    中國科學院大連化學物理研究所 研究員

問：為什么說上下游協同降本能推動氫燃料電池汽車邁向商業化應用新階段？

答：用氫能代替燃油驅動各種交通工具，不僅能實現交通領域節能減排，而且能提高國家能源的安全性。盡管氫燃料電池汽車有諸多優點，但其發展必須攻克成本難點：第一，目前燃料電池發動機比較貴，導致一輛燃料電池汽車的售價是燃油車的2~3倍、鋰離子電池汽車的1.5~2倍；第二，加氫站的建設費用比較高，在1200萬~1500萬元；第三，加氫站的加氫費用每千克為60~70元，只有降到30元以下才能跟燃油車競爭。因此，要實現無補貼的燃料電池汽車商業化運行，必須大幅降低供氫成本和氫燃料電池系統成本，進而降低氫燃料電池汽車運行成本。

問：降低供氫成本需要考慮哪幾個方面？

答：一是氫源方面，二是儲運方面。

氫源方面，主要有三種制氫方式：化石燃料制氫、工業副產氫制氫、可再生能源制氫。我國具有豐富的副產氫資源，年產量近千萬噸；可再生能源制氫是利用棄風、棄水、棄光的富余電量和生物質等進行電解水制氫，電解水制氫類型包括堿水電解、純水電解（質子交換膜水電解）、高溫固體氧化物水蒸氣電解，我國堿水電解技術水平世界第一，售價是國際售價的1/3。純水電解國內已做到兆瓦級，但數量和性能與國外比還有差距。高溫固體氧化物電解效率最高，但還處于發展階段。

儲運方面，利用“三北”地區豐富的水力、風能、太陽能發電，大力發展質子交換膜電解水制氫，把氫氣送入天然氣管網，最高濃度可達20%，在需要氫氣的地方，采用膜分離從天然氣氫混合物中提取純氫，當氫濃度低時，可抽取等熱值天然氣進行重整制氫。在近海地區發展海上風電，采用電解水制氫，利用氫氣管道將氫氣輸送至海港，將氫液化作為商品用管車送至附近加氫站。加氫站建設電解水制氫裝置和天然氣重整制氫裝置，利用上述方案提高氫氣輸送效率，降低用氫成本。氫氣壓縮機、高壓儲氫瓶、加氫機等也需要盡快國產化和批量生產，還要建設油氫電合建站，大幅降低加氫站的建設費用。

問：降低燃料電池系統成本需要從哪些方面著手？

答：首先要降低燃料電池電堆的成本，電堆成本為燃料電池系統的50%左右，要提高電堆比功率，研究高活性的催化劑，同時降低鉑用量。制備高性能超薄增強復合膜，增加機械強度，實現低透氣率。對于膜電極組合而言，膜減薄后，大幅降低了歐姆極化，同時采用靜電噴涂，形成結構部分有序化，從而降低氧傳質阻力和提高電極活性。在雙極板類型中，無孔碳板和金屬板工藝在國內已成熟，加大力度對無涂層的不銹鋼板工藝進行研究，薄金屬沖壓雙極板具有比功率高、成本低的優勢。改進流場結構，提高電池性能，提高氧氣傳質速率、排水效率，將電堆的工作電流密度由現在每平方厘米2安培提高為4~5安培，電堆成本由1000~1500元降為500~700元。

其次，在組裝燃料電池系統中，要使電堆在最適宜運行的條件下工作，電-電混合能控制燃料電池輸出功率，使其平穩輸出，解決燃料電池響應慢的問題，提升電池系統的可靠性和耐久性，降低研發和售后服務成本攤銷。

最后，突破關鍵材料和氫瓶瓶口閥等“卡脖子”核心零部件，提升核心技術創新能力，實現關鍵材料、關鍵部件國產化、批量化生產，顯著降低燃料電池系統成本。按美國能源部預測，實現燃料部件批量生產，達到萬輛級生產，電池系統成本可降低50%以上，這樣，到“十四五”結束，燃料電池發動機成本可降為每千瓦500元左右。（郭 昊 采訪整理）

我國五大氫能產業示范城市群

廣東城市群

由佛山市牽頭，聯合廣州、深圳、福州、珠海、東莞、中山、陽江、云浮、包頭、六安和淄博等城市組建

河南城市群

包含河南省鄭州市、新鄉市、開封市、安陽市、洛陽市、焦作市，上海市嘉定區、奉賢區、自貿區臨港片區，河北省張家口市、保定市、辛集市，山東省煙臺市、淄博市、濰坊市，廣東省佛山市及寧夏寧東鎮

河北城市群

由張家口市牽頭，聯合河北省唐山市、保定市、邯鄲市、秦皇島市、定州市、辛集市、雄安新區，內蒙古烏海市，上海市奉賢區，河南省鄭州市，山東省淄博市、聊城市，福建省廈門市等城市組成

京津冀城市群

北京（大興、海淀、經開、延慶、順義、房山、昌平），天津濱海新區，河北省唐山市、保定市，山東省濱州市、淄博市

上海城市群

由上海市牽頭，聯合江蘇省蘇州市、南通市，浙江省嘉興市，山東省淄博市，寧夏寧東能源化工基地，內蒙古鄂爾多斯市等組成