燃料電池汽車迎接跨越式發展
前不久，我國宣佈二氧化碳排放力爭於2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。爲完成這一任務，需要每個區域、每個行業制定每個時間段的發展目標。可想而知，作爲減排大戶，汽車行業任務艱鉅。
儘管當前我國制定了嚴苛的汽車油耗標準，規定2025年下降至4L/100km，相比以往單車排放量大幅下降，但我國機動車保有量已達3.6億輛，累加的碳排放量仍是一個驚人數字。爲加快汽車業綠色發展，實現源頭減排，近年來，行業正在大力開發氫燃料電池汽車，氫能也被普遍認爲將替代化石能源。那麼，在實現碳達峰與碳中和的過程中，氫能及相關產業能發揮多大作用？產業未來發展的空間又有多大？12月4～5日，“2020中國（四川）氫燃料電池汽車發展高峰論壇暨《車用氫能藍皮書（2020）》發佈會”召開，業內專家對氫能助力碳減排進行了多維度的研討。
■降低碳排放勢在必行 氫能將發揮大作用
一直以來，我國經濟增長高度依賴於能源消費。有數據顯示，1981年我國共消耗6億噸標準煤，2000年消耗量達到14.7億噸，20年來能源消費總量翻了一番多，年均增速4.6％；2001年～2010年間，我國能源消費總量又翻了一番多，總量達到36.1億噸，增長了21.4億噸標準煤，是過去20年間增量的2.5倍，年均增速達9.4％；2011年～2018年，我國能源消費增速有所放緩，但增量依然驚人，9年間增長了約12.5億噸標準煤，年均增速3.4％。
國家發改委能源研究所原所長戴彥德說：“歐美早就完成了工業化，也完成了高碳向低碳的轉型。從1910年到1965年，美國煤炭消費比例從76％下降到23％，油氣消費比例從20％上升到74％，用了55年完成了由高碳向低碳轉型。從1950年到1980年，俄羅斯用了30年的時間完成轉型，煤炭消費比例從80％下降至31％，油氣比例從19％上升至63％。”具體到我國，戴彥德認爲，我國煤炭消費下降比例還不是很明顯，油氣上升比例也有差距。“我國從1990年到2015年，25年的時間，煤炭消費比例從76％下降至64％，油氣比例從18％上升至24％。”他說。
在戴彥德看來，作爲機電產品出口大國，我國未來出口的產品將會面臨碳排放的壁壘。他舉例稱，歐盟委員會已通過《綠色協議》，目標是在2030年前把碳排放量降低到1990年的50％，歐盟預計於2021年開始向特定產業中污染程度高的外國企業徵收跨境碳排放稅。“爲了實現碳排放目標，我國從發展模式上要實現轉變，調整經濟結構，轉變經濟增長方式，提高經濟增長的質量，減少週期性的浪費。歸納起來就是3句話：提高能源效率是關鍵，轉變經濟增長方式是前提，提高民衆的意識是基礎。”戴彥德說。
戴彥德認爲，從長遠來看，交通運輸領域能源轉型具有緊迫性，交通運輸能源消耗和排放仍在持續增長，因此我國要避免“汽車社會”城市和交通發展路徑鎖定。2050年，交通領域天然氣、電力、氫能需求將會大幅增加，分別佔比19％、20％和8％。電力需求量約3800億度，氫能需求量約等於4800萬噸標準煤。我國將逐步實現汽車去油化、向電氣化發展。
“氫能是實現碳中和的重要途徑，對氫能的綜合利用需要冷靜思考。”戴彥德說。
■氫能及燃料電池汽車邁入發展快車道
經過多年努力，我國氫能及燃料電池產業取得了一定的成績。截至2020年11月，我國累計建成88座加氫站，相比2019年新增27座，其中已投入運營的有80座，這些加氫站主要集中在京津冀、長三角、珠三角地區。預計2020年底，我國加氫站數量將達到100座，2030年建成1000座。截至2020年7月，我國累計推廣燃料電池汽車7200輛，成爲世界上應用燃料電池商用車最多的國家。“氫能及燃料電池汽車產業，正在迎來高質量和跨越式發展。”《車用氫能產業藍皮書（2020）》判斷。
同濟大學燃料電池汽車技術研究所所長章桐說：“我國氫能及燃料電池產業幾乎從空白髮展到今天，成績可喜，不足之處也要加倍努力。推進氫能利用、發展燃料電池汽車產業鏈符合突破關鍵技術、推動能源技術革命以及中國汽車產業轉型升級的需求。”
章桐介紹，目前我國已建立了具有自主知識產權的動力總成技術平臺，形成了燃料電池發動機、動力電池、DC/DC轉換器、驅動電機、儲氫與供氫系統等關鍵零部件配套研發體系，形成了百輛級燃料電池整車生產能力，並完成了大規模示範運營。
在制氫方面，國內仍以化石能源制氫爲主，但工業副產製氫也愈加受到重視。氯鹼工業副產氫可滿足產業鏈下游燃料電池汽車對氫氣的需求，利用光伏風電等可再生能源電解水制氫被認爲是終極能源解決方案；在儲氫方面，高壓氣態儲氫技術市場佔比超過90％，固定式高壓儲氫技術、固態儲氫材料研究已達國際先進水平，但國產車載高壓儲氫罐的儲氫質量密度較低；在運氫方面，管道輸送適用於大規模運輸氫氣，目前國內也有數條長50公里、承壓2～4MPa的輸氫管道，但管網的佈局尚待完善；在加註方面，國內加氫站使用外部供氫與高壓氣態氫的組合，今後將向單位儲氫量更大且無需高能耗氣體壓縮環節的液態氫加速發展。
章桐指出，與5年前相比，國產燃料電池電堆性能得到了較大改善，其中電堆壽命提升最爲顯著，採用石墨烯板的電堆壽命從3000小時提升至12000小時；電堆功率也從35kW提升至超過48kW，電堆功率密度（金屬板）從2.0kW/L提升至超過3.0kW/L，金屬板電堆壽命從3000小時提升到5000小時，啓動溫度從-20℃降至-30℃，最高效率從55％提升至60％。“通過數據對比可以看出我國燃料電池汽車技術取得了較大進步。”章桐說。他同時指出，在燃料電池電堆、關鍵材料系統及核心零部件方面，我國涌現出一批優秀生產商，推動產業鏈各領域達到國際平均水平。
在政策和市場的引導下，我國氫能及燃料電池汽車將駛入快車道。“到2025年，我國燃料電池汽車保有量將達到10萬輛，燃料電池商用車續駛里程超過500公里，客車經濟性小於5.5公斤/百公里，壽命大於40萬公里，成本小於100萬元；2030～2035年，我國燃料電池汽車保有量達到100萬輛，燃料電池商用車續駛里程超過800公里，重卡經濟性小於10公斤/百公里，壽命大於100萬公里，成本小於50萬元。”章桐說。
除了加快產業發展，也要推動產業高質量發展。如何實現高質量發展？即示範先行。在推動燃料電池汽車發展過程中，我國鼓勵有條件的地區大力推進，在這個過程中，涌現出了一批先行先試者，給行業提供了發展經驗。
佛山市發展和改革局副局長朱小建說：“佛山的燃料電池產業始於2011年，從南海燃料電池及氫能源技術國家中心華南中心的建立開始起步，到2018年藉助粵港澳大灣區建設的東風，開始全面發展。歷經10年發展，佛山已經構建起氫能智造體系。”
截至2020年上半年，佛山市已經擁有90多家涉氫企業及研發機構，5個生產基地分別包括燃料電池核心材料、電堆及系統、氫能源客車、氫能源有軌電車、氫能重卡等。開闢了29條城市氫能公交示範線，擁有全球首條商業運營的氫能有軌電車示範線。截至2019年底，佛山市保有各類氫能汽車達1377輛，約佔全國總量的20％。建立了16座加氫站，約佔全國總量的20％。
成都市經濟和信息化局汽車處處長文彬也介紹了成都的經驗，他說：“成都市氫能及燃料電池汽車產業鏈比較完善，目前在成都市已聚集產業鏈企業、高校及科研院所110餘家，並形成了以東方電氣、中材科技、厚普股份、四川金星等爲代表的領軍企業。”
經過不懈努力，成都市氫能與燃料電池汽車產業取得了一定的成果，至2020年10月已累計示範推廣燃料電池汽車220輛，其中公交車120輛，物流車100輛；配套建成加氫站3座，安全運營近600萬公里，單車最高運行里程超13萬公里，加氫總量超20萬公斤。
依靠資源優勢，成都氫能及燃料電池產業表現出比較強的經濟性，電解水制氫成本可以低至18.7元/公斤，工業副產氫提純價格不超過21元/公斤，天然氣等離子體裂變制氫低至17元/公斤。以成都爲氫能利用中心，形成了雅安、內江、阿壩、德陽、樂山等爲主的氫氣供應圈，運輸距離均在200公里以內，可有效降低運輸成本，形成多地協作、就近消納的氫氣供應網絡體系。