“截至目前,，已有超過(guò)三分之一的中央企業(yè)制訂包括制氫、儲(chǔ)氫,、加氫,、用氫等全產(chǎn)業(yè)鏈布局，并取得了一批技術(shù)研發(fā)和示范應(yīng)用成果,?！?在上個(gè)月舉行的2021年上半年中央企業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況新聞發(fā)布會(huì)上，國(guó)務(wù)院國(guó)資委秘書長(zhǎng),、新聞發(fā)言人彭華崗分享的數(shù)據(jù)引人關(guān)注,。

顯然，受能源需求日益增長(zhǎng),、化石燃料大量消耗與二氧化碳排放總量快速上升等因素的影響,，氫能儼然成為未來(lái)能源變革的重要組成部分。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,，當(dāng)前全球氫能發(fā)展勢(shì)頭十分強(qiáng)勁,。在占全球GDP約52%的27個(gè)國(guó)家中，已有16個(gè)國(guó)家制定了氫能戰(zhàn)略,，其他國(guó)家也正在制定中,。

作為國(guó)家科技應(yīng)用的排頭兵和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的晴雨表，汽車產(chǎn)業(yè)自然成了氫能與燃料電池最廣闊的試驗(yàn)場(chǎng),。

尤其是隨著中國(guó)“力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”目標(biāo)的提出，更是讓氫能成為汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域最熱門的話題之一,，也讓人們對(duì)于氫能和燃料電池的發(fā)展充滿了期待,。

然而，如同多年前初露萌芽的電動(dòng)汽車一樣,，處在剛剛起步階段的氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè),，仍面臨著諸多技術(shù)、法規(guī),、公眾認(rèn)知度等方面的挑戰(zhàn)和困難,。

不過(guò),，存在未知的能源藍(lán)海同樣也充滿了先機(jī)。在國(guó)內(nèi),，很多行業(yè)機(jī)構(gòu),、企業(yè)學(xué)校和創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)都將目光鎖定在了氫能和燃料電池領(lǐng)域，努力為這一新興產(chǎn)業(yè)“添柴加火”,。

氫能也有“冰與火之歌”

長(zhǎng)期以來(lái),，中國(guó)在新能源汽車領(lǐng)域大力推進(jìn)電動(dòng)化進(jìn)程，其力度之大世界領(lǐng)先,。

數(shù)據(jù)顯示,，2020年，中國(guó)汽車市場(chǎng)上純電動(dòng)汽車保有量超過(guò)400萬(wàn)輛,，占新能源汽車總量的81.32%,。

然而，純電動(dòng)汽車產(chǎn)銷快速增長(zhǎng)的同時(shí),，自身的隱憂也漸漸浮現(xiàn),。“在現(xiàn)有技術(shù)下，由于車企對(duì)動(dòng)力電池高密度,、長(zhǎng)續(xù)航的過(guò)度追求,，引發(fā)了一些安全事故。在后市場(chǎng),，動(dòng)力電池也面臨回收形勢(shì)嚴(yán)峻,，回收體系有待搭建的問(wèn)題?！逼囆袠I(yè)分析師劉志超如是說(shuō),。

這樣的情況也給氫能與燃料電池的發(fā)展創(chuàng)造了機(jī)遇。國(guó)際氫能委員會(huì)發(fā)布的《氫能源未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)調(diào)研報(bào)告》顯示,，到2050年,，氫能源需求將是目前的10倍。預(yù)計(jì)到2030年,，全球燃料電池乘用車年銷量將達(dá)到1000萬(wàn)輛至1500萬(wàn)輛,。

在同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院教授余卓平看來(lái)，碳中和目標(biāo)已形成全球共識(shí),，很多國(guó)家都確定了明確的時(shí)間節(jié)點(diǎn),。氫能在交通領(lǐng)域的發(fā)展正在穩(wěn)步推進(jìn)，尤其在重型卡車等領(lǐng)域,，燃料電池汽車將為成為一個(gè)重要的技術(shù)路線被采用,。

“與此同時(shí)，各地陸續(xù)發(fā)布的‘十四五規(guī)劃’更是將氫能發(fā)展置于重要位置，中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)雖發(fā)展晚于歐美日韓,，但發(fā)展速度迅猛,，尤其在產(chǎn)業(yè)鏈布局方面已逐漸趕超西方國(guó)家?！庇嘧科街毖?。

盡管氫能源與燃料電池發(fā)展的前景光明，但是中國(guó)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)仍面臨核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件缺失,、企業(yè)創(chuàng)新能力不強(qiáng),、加氫設(shè)施建設(shè)難等突出問(wèn)題,。

“例如碳紙,、空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵,、儲(chǔ)氫系統(tǒng)瓶口閥等關(guān)鍵制氫的材料和部件,，中國(guó)目前總體上都還依賴進(jìn)口?！蓖瑵?jì)大學(xué)新能源汽車工程中心副主任,、燃料電池復(fù)合電源研究所所長(zhǎng)張存滿直言。

此外,，由于在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中極易發(fā)生泄漏,，安全性和經(jīng)濟(jì)性是氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸中不可忽視的問(wèn)題。當(dāng)前國(guó)內(nèi)企業(yè)采用較多的儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)是高壓儲(chǔ)氫技術(shù),，存在壓力風(fēng)險(xiǎn)與充裝風(fēng)險(xiǎn),。

“因此，要加快輕質(zhì),、耐壓,、高儲(chǔ)氫密度、高安全性的新型儲(chǔ)罐的研發(fā)工作,，完善化學(xué)儲(chǔ)氫技術(shù)中相關(guān)儲(chǔ)氫機(jī)理,，提高各類儲(chǔ)氫技術(shù)的效率?！?張存滿建議說(shuō),。

“通常，人們往往片面地將‘新能源汽車’等同于‘電動(dòng)汽車’,?！眲⒅境硎荆笆聦?shí)上,，我國(guó)新能源汽車技術(shù)路線應(yīng)是多元的,，如高效內(nèi)燃機(jī)及混合動(dòng)力、清潔替代燃料、純電驅(qū)動(dòng),、氫燃料電池等,。走出一條符合國(guó)情，真正高效,、低碳,、環(huán)保并且經(jīng)濟(jì)的技術(shù)路線，才是發(fā)展的關(guān)鍵,?！?/span>

中國(guó)科學(xué)院院士丁仲禮曾表示，在推進(jìn)“碳中和”進(jìn)程時(shí),，需要在能源結(jié)構(gòu),、能源消費(fèi)、人為固碳“三端發(fā)力”,。他建議國(guó)家有關(guān)部門在確定路線圖時(shí),，留有一段“百家爭(zhēng)鳴”時(shí)期，不要急于“收口”,，不要急于強(qiáng)力推進(jìn),。

其中，以甲醇為主要成分的制氫,、生產(chǎn)燃料電池的路線,，被不少行業(yè)專家學(xué)者認(rèn)為是我國(guó)氫能和燃料電池發(fā)展的另一突破口。

“甲醇來(lái)源廣泛,，生產(chǎn)原料主要是煤炭,、焦?fàn)t氣和天然氣等，甚至二氧化碳也可收集再生甲醇,，從而實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用,。而我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是‘缺油、少氣,、富煤’,，巨大的煤炭蘊(yùn)藏量可以充分保障甲醇的獲取，并且我國(guó)開(kāi)采的煤炭中高硫煤占40%以上,?！眲⒅境榻B說(shuō)。

因此,，利用可再生能源制氫,，與二氧化碳一起制備綠色甲醇提供車用，是汽車行業(yè)對(duì)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)最有效的途徑之一,。

“找到一種不依賴加氫站的燃料電池技術(shù)”

氫能是一種來(lái)源廣泛,、綠色清潔、靈活高效、應(yīng)用場(chǎng)景豐富的二次能源,，被譽(yù)為未來(lái)能源架構(gòu)的核心,。

燃料電池是高效的氫電轉(zhuǎn)化反應(yīng)裝置，轉(zhuǎn)化效率高,，可真正實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保,。但與此同時(shí)，加氫,、用氫的安全一直是行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的話題,，任何一次加氫站爆炸事故，都必將引發(fā)行業(yè)對(duì)于氫安全的擔(dān)憂,。

近年陸續(xù)發(fā)生在瑞典和美國(guó)的加氫站爆炸事故,，讓人們認(rèn)識(shí)到氫氣的威力和動(dòng)能。正因?yàn)槿绱?，氫氣基礎(chǔ)設(shè)施的安全技術(shù)門檻及建設(shè)要求持續(xù)推高,。即使國(guó)產(chǎn)化設(shè)備的快速深入,，一座45MPa氫氣加注站的投資成本依然會(huì)超過(guò)1500萬(wàn)-2000萬(wàn)元(不含土地成本),。

面對(duì)如此高成本的投資費(fèi)用，以及漫長(zhǎng)的投資回報(bào)周期,，雖然部分地方政府給予相應(yīng)的財(cái)政建設(shè)補(bǔ)貼,，一些對(duì)氫能有興趣的投資方還是望而卻步，這無(wú)疑制約著氫能和燃料電池的推廣普及,。

是否存在一種不依賴加氫站的燃料電池技術(shù),？對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，常州創(chuàng)氫能源科技有限公司創(chuàng)始人李磊博士與聯(lián)合創(chuàng)始人兼總經(jīng)理劉邐從創(chuàng)業(yè)之初就一直思考著,。

“最終,，我們決定不選用高純氫作為燃料，而是選擇更便捷,、易得的液態(tài)碳?xì)漕愐簯B(tài)溶液,，首選甲醇?！崩罾诮榻B說(shuō),，“甲醇來(lái)源豐富且多元化，既可以來(lái)自傳統(tǒng)化工行業(yè),，也可以通過(guò)可再生能源制備獲得,。同時(shí)，甲醇是非常理想的儲(chǔ)氫載體,，1L甲醇與水反應(yīng)可以獲得143g氫氣?，F(xiàn)有氫氣儲(chǔ)存技術(shù)，要么壓縮，要么冷凝,。即使是冷凝為液氫(72g/L),，也遠(yuǎn)低于甲醇產(chǎn)氫量?！?/span>

與此同時(shí),，甲醇的高穩(wěn)定性和安全性也是我們的核心關(guān)注點(diǎn)。“甲醇和乙醇性能非常相似,，現(xiàn)在很多火鍋店使用‘酒精塊’即以乙醇為原料,。由此可以類比，55%甲醇水溶液作為燃料的使用安全性,?！眲⑦娧a(bǔ)充。

再者,，甲醇重整制氫反應(yīng)溫度約200-300攝氏度,，相對(duì)于其他燃料重整制氫路線而言，反應(yīng)更加快捷與溫和,。創(chuàng)氫能源通過(guò)高溫質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)的有效結(jié)合,，順利實(shí)現(xiàn)氫能的“即制即用”，無(wú)需分離與純化過(guò)程,，粗氫直接進(jìn)入高溫電堆,，由化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化電能。

更重要的是,，甲醇在常溫常壓下是液體,，利于儲(chǔ)運(yùn)。在未來(lái)市場(chǎng)推廣過(guò)程中,，無(wú)需另行建設(shè)加氫站,，而是可以依托于現(xiàn)有加油站進(jìn)行簡(jiǎn)單的改造和升級(jí)，將其變?yōu)榧婢呒幼⑵裼秃图状妓芤旱穆?lián)合加注站,。

2012年,，工信部先后在山西、陜西,、上海,、甘肅和貴州等5省份10市組織開(kāi)展甲醇汽車試點(diǎn)運(yùn)營(yíng)推廣。2019年工信部提出《八部門關(guān)于在部分地區(qū)開(kāi)展甲醇汽車應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)》,，明確提及甲醇增程式電動(dòng)汽車,、甲醇燃料電池汽車產(chǎn)品。與之同步,，國(guó)家及地區(qū)推動(dòng)著甲醇制,、儲(chǔ),、運(yùn)、加注的產(chǎn)業(yè)鏈持續(xù)健全與完善,。

“據(jù)了解,，新建甲醇加注站的成本約100萬(wàn)-300萬(wàn)元(不含土地成本)，而加油站改建為甲醇加注站的成本更低,，大概50萬(wàn)-80萬(wàn)元/座,。”劉邐介紹說(shuō),，“相較于高安全技術(shù)門檻及高投入成本的加氫站而言,，甲醇加注站的可行性和可推廣性更強(qiáng)?！?/span>

“目前行業(yè)內(nèi)廣泛采用是低溫質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù),，其燃料必須是高純氫氣，要求雜質(zhì)如CO等含量極低,，甚至5-10ppm以下,。”李磊介紹說(shuō),，“我們創(chuàng)氫公司是選擇專注高溫質(zhì)子交換膜燃料電池關(guān)鍵技術(shù)的持續(xù)研發(fā)及國(guó)產(chǎn)化,，其最大優(yōu)勢(shì)是抗毒化能力強(qiáng)，CO耐受性可達(dá)到10000-20000ppm,因此才能實(shí)現(xiàn)在線制氫技術(shù)的耦合匹配,?！?/span>

“近幾年，國(guó)內(nèi)有不少企業(yè)進(jìn)行高溫質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)的探索,，但受制于關(guān)鍵技術(shù)——高溫質(zhì)子交換膜燃料電池電堆及系統(tǒng)集成控制，更多專注在聯(lián)合國(guó)外企業(yè)如Serenergy公司及技術(shù)產(chǎn)品,，面向應(yīng)用端的推廣,。這也是高溫甲醇重整燃料電池?fù)碛幸欢ㄊ袌?chǎng)認(rèn)知度，但缺乏市場(chǎng)占有率的根本原因,?！眲⑦娀貞浾f(shuō)。

這樣的合作方式導(dǎo)致國(guó)內(nèi)企業(yè)無(wú)法接觸真正核心技術(shù),，直到如李磊團(tuán)隊(duì)這樣的“研發(fā)生力軍”出現(xiàn),，這樣“技術(shù)一邊倒”的情況才逐步打破。

據(jù)李磊回憶,，早在2003年留學(xué)歐洲期間,，他就關(guān)注到高溫質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)，對(duì)于其核心關(guān)鍵材料如高溫質(zhì)子交換膜等進(jìn)行深入研究與執(zhí)著探索,，并帶著相關(guān)科研成果回國(guó)進(jìn)行持續(xù)鉆研,。

“回國(guó)后,，我們?cè)陉P(guān)鍵技術(shù)研發(fā)過(guò)程中，遇到很多階段性難題,，如關(guān)鍵材料,、電堆組裝、系統(tǒng)集成測(cè)試等,。但非常有幸,，我們擁有一群共同愿景的研發(fā)團(tuán)隊(duì)伙伴以及獲得英國(guó)拉夫堡大學(xué)的全力技術(shù)支持，這些困難逐步一一攻克,?！崩罾谧院赖卣f(shuō)道。

談及這些看似輕描淡寫的挑戰(zhàn)與困難,，李磊笑著說(shuō),，“我們很幸運(yùn)”。事實(shí)上,，也正是憑借著堅(jiān)忍不拔的研發(fā)精神和毅力,，才讓創(chuàng)氫核心團(tuán)隊(duì)能打破技術(shù)壟斷，掌握核心技術(shù),。

據(jù)劉邐介紹,，目前，常州創(chuàng)氫能源科技有限公司已經(jīng)掌握包括高溫質(zhì)子交換膜電池電堆,、高溫甲醇重整燃料電池系統(tǒng)集成等多項(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù),，成為國(guó)內(nèi)細(xì)分領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)之一。

“我們公司自主研發(fā)制造5kW高溫甲醇重整燃料電池發(fā)電模塊,，在6月正式落地面向市場(chǎng)推廣,，已有幾家意向客戶正在對(duì)接。同時(shí),，創(chuàng)氫能源有幸獲得常州市第15批龍城英才企業(yè)認(rèn)定,。在此，非常感謝當(dāng)?shù)卣o予我們團(tuán)隊(duì)及項(xiàng)目的充分認(rèn)可,?！眲⑦娬f(shuō)。

按照創(chuàng)氫能源的細(xì)分市場(chǎng)規(guī)劃,，以甲醇為載體的氫燃料電池技術(shù)不僅有望在汽車領(lǐng)域應(yīng)用推廣,，在包括船舶領(lǐng)域、工程機(jī)械,、農(nóng)業(yè)裝備等領(lǐng)域,，也將會(huì)有很大的發(fā)展空間。

“氫能和燃料電池未來(lái)發(fā)展前景是毋庸置疑的,，國(guó)家層面和地方政府的利好政策,，也讓我們充滿了干勁,。”劉邐說(shuō),，“如今國(guó)內(nèi)發(fā)展氛圍很好,，陸續(xù)形成集群和規(guī)模，這些都將助力整個(gè)氫能及燃料電池行業(yè)駛?cè)搿燔嚨馈??！?/span>

“氫能涉足產(chǎn)業(yè)鏈非常長(zhǎng)，如同鋰電行業(yè)一樣,，擁有不同應(yīng)用場(chǎng)景且差異化的優(yōu)秀技術(shù)路線,，主流包括質(zhì)子交換膜燃料電池(亦分為高溫和低溫路線)、固體氧化物燃料電池等踐行者,，我們都在持續(xù)耕耘,。”劉邐表示,，無(wú)論是“從0到1”,，還是“從1到10”，都需要在漫長(zhǎng)的科研工作中一步一個(gè)腳印,。

李磊和劉邐都相信,，隨著氫能和燃料電池技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)的氫能將逐步推動(dòng)中國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)從傳統(tǒng)化石燃料向低碳燃料轉(zhuǎn)變,。展望未來(lái)10年甚至20年,，中國(guó)將有望進(jìn)入氫能社會(huì)，這將對(duì)能源體系,、國(guó)民經(jīng)濟(jì),、個(gè)人與社會(huì)生活產(chǎn)生巨大影響。