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早在2006 年，我國(guó)就將氫能與燃料電池寫(xiě)入了《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020 年)》，此后的《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016-2030 年)》等國(guó)家級(jí)規(guī)劃都明確了氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略性地位。
近幾年來(lái)，中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，先有中央七部委密集開(kāi)展氫能產(chǎn)業(yè)調(diào)研和規(guī)劃，工信部啟動(dòng)面向2035 年的新能源汽車(chē)規(guī)劃，隨后10 省市將發(fā)展氫能寫(xiě)入政府工作報(bào)告，千億資本競(jìng)相涌入。
作為“21 世紀(jì)理想的發(fā)電技術(shù)”，燃料電池在能源、交通等領(lǐng)域早已凸顯出廣闊的應(yīng)用前景。2019 年我國(guó)政府工作報(bào)告指出要“推動(dòng)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”，政策的支持提振了行業(yè)發(fā)展信心，各地對(duì)氫燃料電池的規(guī)劃布局全面提速， 這一方面使得全球相關(guān)人才、資本和技術(shù)不斷涌入中國(guó)，有利于推動(dòng)氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
但是，另一方面，城市間的同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)日趨加劇，或?qū)?dǎo)致該產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)低端重復(fù)性建設(shè)問(wèn)題。對(duì)此，中國(guó)工程院院士、燃料電池技術(shù)專(zhuān)家衣寶廉就國(guó)內(nèi)氫能與氫燃料電池車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展接受記者采訪時(shí)，提出了一系列有針對(duì)性的看法和建議。
氫燃料汽車(chē)起大早趕晚集?
尚處大規(guī)模商業(yè)化導(dǎo)入期
資料顯示，中國(guó)燃料電池研究始于上個(gè)世紀(jì)五十年代，一些大專(zhuān)院校、科研院所先后分散地進(jìn)行了燃料電池的探索及基礎(chǔ)研究工作，積累了一些與燃料電池相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)及制造技術(shù)。之后為了配合國(guó)家航天技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，研制航天用堿性氫氧燃料電池，中國(guó)在上個(gè)世紀(jì)七十年代掀起了燃料電池的產(chǎn)品研制高潮，并取得了一系列成果。
20 世紀(jì)70 年代末，燃料電池研發(fā)工作因國(guó)家總體計(jì)劃的變更而中止，一些由地方政府投資與應(yīng)用部門(mén)合作的堿性燃料電池項(xiàng)目產(chǎn)品因種種原因未能投入實(shí)際應(yīng)用，只有少數(shù)單位堅(jiān)持“坐冷板凳”，把研究持續(xù)了下來(lái)——這其中就包括中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(簡(jiǎn)稱(chēng)大連化物所)。
上個(gè)世紀(jì)六十年代末，大連化物所接到為我國(guó)“曙光一號(hào)”主宇宙飛船研究主能源氫氧燃料電池的任務(wù)，畢業(yè)后就留在大連化物所工作的衣寶廉承擔(dān)了航天飛船主電源燃料電池的研究工作，是當(dāng)時(shí)最年輕的課題組負(fù)責(zé)人。
在朱葆琳先生、袁權(quán)院士的引領(lǐng)下，衣寶廉課題組經(jīng)過(guò)艱難攻關(guān)，“從無(wú)到有”制造出我國(guó)第一臺(tái)自主設(shè)計(jì)的堿性燃料電池，獲得了國(guó)防科工委頒發(fā)的科技進(jìn)步獎(jiǎng)。
事實(shí)上，我國(guó)研究氫燃料電池的起步時(shí)間并不晚，但由于此后進(jìn)度較慢，現(xiàn)已與國(guó)際領(lǐng)先水平拉開(kāi)了一定差距。
“所以，有人說(shuō)我們搞氫燃料電池汽車(chē)是起個(gè)大早、趕了晚集”，衣寶廉說(shuō)，“但是我們具備搞航天氫氧燃料電池的基礎(chǔ)，燃料電池車(chē)早在‘九五’時(shí)期就已進(jìn)入準(zhǔn)備階段，在2001 年科技部制定的‘三縱三橫’新能源汽車(chē)研發(fā)布局中被列為重點(diǎn)，近年來(lái)以氫燃料電池車(chē)在我國(guó)的發(fā)展有目共睹”。
他認(rèn)為，我國(guó)現(xiàn)已掌握車(chē)用氫燃料電池的核心技術(shù)，基本建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)。在壽命、可靠性、可使用性方面， 氫燃料電池均基本達(dá)到車(chē)輛使用要求，具備大規(guī)模示范的基礎(chǔ)并趨于成熟。
但我國(guó)目前投入示范的氫燃料電池車(chē)主要是大巴車(chē)，離作為乘用車(chē)走進(jìn)尋常百姓家還有較長(zhǎng)的一段路要走?！跋噍^國(guó)際先進(jìn)水平，我國(guó)氫燃料汽車(chē)尚處于大規(guī)模商業(yè)化的導(dǎo)入階段，實(shí)現(xiàn)盈利還需要5 年左右的時(shí)間”，衣寶廉如是說(shuō)。
成立氫能專(zhuān)項(xiàng)勢(shì)在必行
補(bǔ)貼是“餌”不是“糧”
從“推動(dòng)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”等內(nèi)容寫(xiě)入《政府工作報(bào)告》可以看出，國(guó)家對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)的重視已上升到一個(gè)新高度。
對(duì)于新興產(chǎn)業(yè)而言，國(guó)家政策的支持無(wú)疑起著至關(guān)重要的作用。不過(guò)，相比日韓等國(guó)，我國(guó)目前暫未形成發(fā)展氫能的國(guó)家戰(zhàn)略。
衣寶廉認(rèn)為，整個(gè)氫能系統(tǒng)的發(fā)展需要提升到國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃的層面，不僅應(yīng)針對(duì)燃料電池汽車(chē)，還應(yīng)對(duì)冶金、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電和取暖等領(lǐng)域， 制定符合氫能應(yīng)用全場(chǎng)景的合理能源規(guī)劃。
“我建議國(guó)家應(yīng)當(dāng)成立氫能重大專(zhuān)項(xiàng)，而不是像現(xiàn)在這樣，將氫能包含在電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)中”，衣寶廉說(shuō)，“我們可以開(kāi)展各種實(shí)驗(yàn)，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(duì)氫能有更深入的認(rèn)識(shí)。國(guó)家可以成立一個(gè)氫能專(zhuān)項(xiàng)，把氫能的各種用途、氫能的制備運(yùn)輸、氫能的實(shí)際應(yīng)用等都放進(jìn)去， 要讓全國(guó)研究能源的人都能意識(shí)到氫能的重要性，以此推動(dòng)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展”。
在談到國(guó)家相關(guān)補(bǔ)貼扶持政策時(shí)，衣寶廉則強(qiáng)調(diào)“要提高門(mén)檻，不能搞大水漫灌”。對(duì)于大部分燃料電池廠商而言，產(chǎn)業(yè)扶持政策是一把雙刃劍，既可以成為提振信心的強(qiáng)心劑，也有可能使廠商陷入過(guò)度依賴(lài)。
而對(duì)過(guò)于倚重政策、行業(yè)里存在著“蹭熱點(diǎn)、圈資源”等現(xiàn)象，折射出氫燃料電池乃至整個(gè)中國(guó)能源行業(yè)在創(chuàng)新進(jìn)程中的一個(gè)特質(zhì)——政策“拔苗助長(zhǎng)”，而市場(chǎng)則易出現(xiàn)投機(jī)。
與推廣鋰電池的初期一樣，國(guó)家對(duì)氫能和燃料電池行業(yè)發(fā)展也制定了相應(yīng)的補(bǔ)貼扶持政策。衣寶廉指出，補(bǔ)貼是用來(lái)引導(dǎo)技術(shù)革新的“杠桿”， 是“餌”而不是“糧”。“不能裝一臺(tái)車(chē)就給一份補(bǔ)貼，要提高補(bǔ)貼門(mén)檻，補(bǔ)貼不但要與性能、續(xù)航里程、氫消耗量等指標(biāo)相關(guān)，還應(yīng)與燃料電池車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)水平掛鉤?！彼麖?qiáng)調(diào)，“一定要避免重蹈鋰電池車(chē)補(bǔ)貼的覆轍，接受?chē)?guó)家補(bǔ)貼的企業(yè)必須分階段、按計(jì)劃在技術(shù)上不斷革新”。
此外，針對(duì)國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)在關(guān)鍵材料方面“自己檢測(cè)自己”的現(xiàn)狀，衣寶廉還建議應(yīng)成立獨(dú)立、中立的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)。
補(bǔ)短板者得天下用
“三棄”有望補(bǔ)齊短板
眾所周知，燃料電池汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)能量高， 續(xù)航里程長(zhǎng)，氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)更適合長(zhǎng)途大型高速重載車(chē)輛(重型卡車(chē)、物流車(chē)、公交車(chē)等)， 與柴油車(chē)性能類(lèi)似;鋰離子電池動(dòng)力系統(tǒng)更適合在小型汽車(chē)在市內(nèi)短途駕駛，主要替代汽油機(jī)。二者在市場(chǎng)領(lǐng)域存在一定程度上的競(jìng)爭(zhēng)，在能源領(lǐng)域可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
“鋰離子純電動(dòng)汽車(chē)的致命問(wèn)題在于其安全性，按照目前高達(dá)萬(wàn)分之一到十萬(wàn)分之一的起火爆炸幾率，它的發(fā)展前景不容樂(lè)觀。在不能保證安全性的情況下，追求續(xù)航里程意味著裝的電池越多，其危險(xiǎn)性也就越大。”衣寶廉進(jìn)一步指出， “鋰電池車(chē)只有解決其安全性短板，才能在短程運(yùn)輸領(lǐng)域與燃料電池汽車(chē)競(jìng)爭(zhēng)。不解決安全性， 未來(lái)即便不輸給燃料電池車(chē)，也會(huì)輸給其他技術(shù)路線”。
與此同時(shí)，由于技術(shù)門(mén)檻高、貴金屬鉑的用量導(dǎo)致燃料電池成本居高不下等原因，燃料電池車(chē)的短板還表現(xiàn)為價(jià)格太高。
衣寶廉院士
目前，從整車(chē)造價(jià)來(lái)看，一輛燃料電池車(chē)的價(jià)格是鋰離子電池車(chē)的1.5 倍到2 倍，是燃油車(chē)的3~4 倍?！跋噍^鋰電池車(chē)的安全性問(wèn)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(chē)成本降不下來(lái)，將來(lái)也很難有市場(chǎng)”，衣寶廉總結(jié)道，“這兩個(gè)技術(shù)路線都有短板，誰(shuí)能率先解決短板，誰(shuí)就有可能通吃市場(chǎng)”。
發(fā)展氫燃料電池汽車(chē)，首先要解決氫的來(lái)源。當(dāng)談到如何降低燃料電池車(chē)的制造成本時(shí)，衣寶廉認(rèn)為，可以追溯到整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的起始環(huán)節(jié)——“制氫”，而談制氫則要先談氫氣成本。
“目前國(guó)內(nèi)制氫成本和運(yùn)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(jì)算， 氫氣成本約44 元/ 公斤，這樣算下來(lái)，燃料電池車(chē)的燃料成本跟燃油車(chē)差不多”, 他介紹道，“目前鋰電池車(chē)100 公里平均用電約15 度，按0.5 元/ 度的電價(jià)計(jì)算，百公里只需要7.5 元。照這個(gè)成本算，燃料電池車(chē)的運(yùn)營(yíng)成本會(huì)很高，跟燃油車(chē)、鋰電池汽車(chē)相比都沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)”。
基于上述現(xiàn)狀，衣寶廉建議，制氫應(yīng)該首選棄風(fēng)、棄光和棄水電量，“‘三棄’電價(jià)僅為0.1~0.2 元/ 度，不僅能降低成本，也更符合環(huán)保要求?！?/p>
他還進(jìn)一步指出，我國(guó)氯堿廠、重化工企業(yè)的副產(chǎn)氫產(chǎn)量非常大，但尚未得到充分利用，建議地方政府發(fā)展氫能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)時(shí)首先考慮氫源問(wèn)題，是否符合低成本制氫、運(yùn)氫的條件。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018 年我國(guó)氫產(chǎn)量約2200 萬(wàn)噸， 是世界第一產(chǎn)氫大國(guó)，我國(guó)具有發(fā)展氫燃料汽車(chē)的先天優(yōu)勢(shì)。作為全球用氫大戶(hù)，包括煤制氫、電解水制氫在內(nèi)，我國(guó)每年僅副產(chǎn)氫量就高達(dá)1000 多萬(wàn)噸，加上棄光、棄水電量年可制氫約300 萬(wàn)噸。衣寶廉認(rèn)為：“這1300 萬(wàn)噸氫足可供燃料電車(chē)汽車(chē)使用，這也是歐美、日本等國(guó)不具備的優(yōu)勢(shì)?！?/p>
氫燃料電池發(fā)展任重道遠(yuǎn)
全產(chǎn)業(yè)鏈需共同協(xié)作配合
衣寶廉還指出，想實(shí)現(xiàn)氫燃料汽車(chē)的大規(guī)模發(fā)展，作為核心部件的燃料電池還需跨過(guò)三關(guān)：一是壽命關(guān)，要讓燃料電池運(yùn)行得更久、更穩(wěn)定， 而這需要加速新材料研發(fā)，用抵抗車(chē)用苛刻工況得新材料技術(shù)減小材料本身的機(jī)械性損傷，從而延長(zhǎng)電池壽命;二是成本關(guān)，車(chē)輛在扣除政府補(bǔ)貼后，應(yīng)與燃油車(chē)、鋰電池車(chē)的成本持平。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，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(guò)技術(shù)手段降低其用量;三是技術(shù)關(guān)，既要在技術(shù)研發(fā)層面突破核心部件和關(guān)鍵材料的國(guó)產(chǎn)化，也要建立關(guān)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(chǎn)線。我國(guó)目前還未形成規(guī)?；?、批量生產(chǎn)的完整產(chǎn)業(yè)鏈，技術(shù)上不去導(dǎo)致成本下不來(lái)。
此外，衣寶廉建議效仿鋰離子汽車(chē)的“十城千輛”示范計(jì)劃進(jìn)行燃料電池車(chē)的示范推廣，他還特別強(qiáng)調(diào)：“既沒(méi)有廉價(jià)氫源、又缺乏燃料電池制造產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的城市不適用選做示范城。建議國(guó)家擇優(yōu)選擇一些具有先天優(yōu)勢(shì)的城市進(jìn)行試點(diǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?！?/p>
事實(shí)上，多位業(yè)內(nèi)專(zhuān)家指出，由于冬天車(chē)內(nèi)供暖耗能較高，純電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程會(huì)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(chē)在北方地區(qū)更有優(yōu)勢(shì)。而想實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車(chē)的低成本、高安全運(yùn)行，則需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈共同協(xié)作配合。
