衣寶廉院士：中國氫燃料電池車行業亟待破題

　　早在2006 年，我國就將氫能與燃料電池寫入了《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020 年)》，此后的《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》、《能源技術革命創新行動計劃(2016-2030 年)》等國家級規劃都明確了氫能與燃料電池產業的戰略性地位。

　　近幾年來，中國氫能源及燃料電池產業持續快速發展，先有中央七部委密集開展氫能產業調研和規劃，工信部啟動面向2035 年的新能源汽車規劃，隨后10 省市將發展氫能寫入政府工作報告，千億資本競相涌入。

　　作為“21 世紀理想的發電技術”，燃料電池在能源、交通等領域早已凸顯出廣闊的應用前景。2019 年我國政府工作報告指出要“推動充電、加氫等設施建設”，政策的支持提振了行業發展信心，各地對氫燃料電池的規劃布局全面提速， 這一方面使得全球相關人才、資本和技術不斷涌入中國，有利于推動氫能和燃料電池產業的發展。

　　但是，另一方面，城市間的同質化競爭日趨加劇，或將導致該產業出現低端重復性建設問題。對此，中國工程院院士、燃料電池技術專家衣寶廉就國內氫能與氫燃料電池車產業發展接受記者采訪時，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?

　　尚處大規模商業化導入期

　　資料顯示，中國燃料電池研究始于上個世紀五十年代，一些大專院校、科研院所先后分散地進行了燃料電池的探索及基礎研究工作，積累了一些與燃料電池相關的基礎知識及制造技術。之后為了配合國家航天技術發展計劃，研制航天用堿性氫氧燃料電池，中國在上個世紀七十年代掀起了燃料電池的產品研制高潮，并取得了一系列成果。

　　20 世紀70 年代末，燃料電池研發工作因國家總體計劃的變更而中止，一些由地方政府投資與應用部門合作的堿性燃料電池項目產品因種種原因未能投入實際應用，只有少數單位堅持“坐冷板凳”，把研究持續了下來——這其中就包括中國科學院大連化學物理研究所(簡稱大連化物所)。

　　上個世紀六十年代末，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，畢業后就留在大連化物所工作的衣寶廉承擔了航天飛船主電源燃料電池的研究工作，是當時最年輕的課題組負責人。

　　在朱葆琳先生、袁權院士的引領下，衣寶廉課題組經過艱難攻關，“從無到有”制造出我國第一臺自主設計的堿性燃料電池，獲得了國防科工委頒發的科技進步獎。

　　事實上，我國研究氫燃料電池的起步時間并不晚，但由于此后進度較慢，現已與國際領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，燃料電池車早在‘九五’時期就已進入準備階段，在2001 年科技部制定的‘三縱三橫’新能源汽車研發布局中被列為重點，近年來以氫燃料電池車在我國的發展有目共睹”。

　　他認為，我國現已掌握車用氫燃料電池的核心技術，基本建立了具有自主知識產權的燃料電池動力系統平臺。在壽命、可靠性、可使用性方面， 氫燃料電池均基本達到車輛使用要求，具備大規模示范的基礎并趨于成熟。

　　但我國目前投入示范的氫燃料電池車主要是大巴車，離作為乘用車走進尋常百姓家還有較長的一段路要走。“相較國際先進水平，我國氫燃料汽車尚處于大規模商業化的導入階段，實現盈利還需要5 年左右的時間”，衣寶廉如是說。

　　成立氫能專項勢在必行

　　補貼是“餌”不是“糧”

　　從“推動充電、加氫等設施建設”等內容寫入《政府工作報告》可以看出，國家對氫能產業的重視已上升到一個新高度。

　　對于新興產業而言，國家政策的支持無疑起著至關重要的作用。不過，相比日韓等國，我國目前暫未形成發展氫能的國家戰略。

　　衣寶廉認為，整個氫能系統的發展需要提升到國家戰略規劃的層面，不僅應針對燃料電池汽車，還應對冶金、燃氣輪機發電和取暖等領域， 制定符合氫能應用全場景的合理能源規劃。

　　“我建議國家應當成立氫能重大專項，而不是像現在這樣，將氫能包含在電動汽車重大專項中”，衣寶廉說，“我們可以開展各種實驗，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識。國家可以成立一個氫能專項，把氫能的各種用途、氫能的制備運輸、氫能的實際應用等都放進去， 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業的發展”。

　　在談到國家相關補貼扶持政策時，衣寶廉則強調“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，產業扶持政策是一把雙刃劍，既可以成為提振信心的強心劑，也有可能使廠商陷入過度依賴。

　　而對過于倚重政策、行業里存在著“蹭熱點、圈資源”等現象，折射出氫燃料電池乃至整個中國能源行業在創新進程中的一個特質——政策“拔苗助長”，而市場則易出現投機。

　　與推廣鋰電池的初期一樣，國家對氫能和燃料電池行業發展也制定了相應的補貼扶持政策。衣寶廉指出，補貼是用來引導技術革新的“杠桿”， 是“餌”而不是“糧”。“不能裝一臺車就給一份補貼，要提高補貼門檻，補貼不但要與性能、續航里程、氫消耗量等指標相關，還應與燃料電池車的發動機水平掛鉤。”他強調，“一定要避免重蹈鋰電池車補貼的覆轍，接受國家補貼的企業必須分階段、按計劃在技術上不斷革新”。

　　此外，針對國內機構在關鍵材料方面“自己檢測自己”的現狀，衣寶廉還建議應成立獨立、中立的第三方檢測機構。

　　補短板者得天下用

　　“三棄”有望補齊短板

　　眾所周知，燃料電池汽車的優點是儲能量高， 續航里程長，氫燃料電池動力系統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更適合在小型汽車在市內短途駕駛，主要替代汽油機。二者在市場領域存在一定程度上的競爭，在能源領域可實現優勢互補。

　　“鋰離子純電動汽車的致命問題在于其安全性，按照目前高達萬分之一到十萬分之一的起火爆炸幾率，它的發展前景不容樂觀。在不能保證安全性的情況下，追求續航里程意味著裝的電池越多，其危險性也就越大。”衣寶廉進一步指出， “鋰電池車只有解決其安全性短板，才能在短程運輸領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，也會輸給其他技術路線”。

　　與此同時，由于技術門檻高、貴金屬鉑的用量導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為價格太高。

衣寶廉院士

　　目前，從整車造價來看，一輛燃料電池車的價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”，衣寶廉總結道，“這兩個技術路線都有短板，誰能率先解決短板，誰就有可能通吃市場”。

　　發展氫燃料電池汽車，首先要解決氫的來源。當談到如何降低燃料電池車的制造成本時，衣寶廉認為，可以追溯到整個產業鏈的起始環節——“制氫”，而談制氫則要先談氫氣成本。

　　“目前國內制氫成本和運輸加注成本幾乎是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/ 度的電價計算，百公里只需要7.5 元。照這個成本算，燃料電池車的運營成本會很高，跟燃油車、鋰電池汽車相比都沒有競爭優勢”。

　　基于上述現狀，衣寶廉建議，制氫應該首選棄風、棄光和棄水電量，“‘三棄’電價僅為0.1~0.2 元/ 度，不僅能降低成本，也更符合環保要求。”

　　他還進一步指出，我國氯堿廠、重化工企業的副產氫產量非常大，但尚未得到充分利用，建議地方政府發展氫能源汽車產業時首先考慮氫源問題，是否符合低成本制氫、運氫的條件。

　　據統計，2018 年我國氫產量約2200 萬噸， 是世界第一產氫大國，我國具有發展氫燃料汽車的先天優勢。作為全球用氫大戶，包括煤制氫、電解水制氫在內，我國每年僅副產氫量就高達1000 多萬噸，加上棄光、棄水電量年可制氫約300 萬噸。衣寶廉認為：“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勢。”

　　氫燃料電池發展任重道遠

　　全產業鏈需共同協作配合

　　衣寶廉還指出，想實現氫燃料汽車的大規模發展，作為核心部件的燃料電池還需跨過三關：一是壽命關，要讓燃料電池運行得更久、更穩定， 而這需要加速新材料研發，用抵抗車用苛刻工況得新材料技術減小材料本身的機械性損傷，從而延長電池壽命;二是成本關，車輛在扣除政府補貼后，應與燃油車、鋰電池車的成本持平。要實現這一點，必須想辦法尋找燃料電池核心部件催化劑——鉑的替代品，或者通過技術手段降低其用量;三是技術關，既要在技術研發層面突破核心部件和關鍵材料的國產化，也要建立關鍵零部件如電堆、催化劑、膜電極、雙極板、密封材料等的批量生產線。我國目前還未形成規模化、批量生產的完整產業鏈，技術上不去導致成本下不來。

　　此外，衣寶廉建議效仿鋰離子汽車的“十城千輛”示范計劃進行燃料電池車的示范推廣，他還特別強調：“既沒有廉價氫源、又缺乏燃料電池制造產業基礎的城市不適用選做示范城。建議國家擇優選擇一些具有先天優勢的城市進行試點，進而帶動整個產業的發展。”

　　事實上，多位業內專家指出，由于冬天車內供暖耗能較高，純電動車續航里程會顯著縮短。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更有優勢。而想實現氫燃料電池汽車的低成本、高安全運行，則需要整個產業鏈共同協作配合。

作者：賀春祿 向鵬