氫能多路徑降本“破局”產業化難題，上下游缺少工程化驗證數據待解

21世紀經濟報道記者 林典馳 上海報道

“在以商用車爲重點的基礎上，推進綠氫和工業副產氫在船舶、石化、化工、冶金等行業的應用，並推進氫能高速公路等模式的創新和積極探索。”中國國際經濟交流中心資深專家諮詢委主任、國家發改委原副主任張曉強建議。

2024年6月5日，中國汽車工程學會與國際氫能燃料電池協會共同主辦的2024國際氫能與燃料電池汽車大會暨展覽會在上海汽車會展中心開幕。

今年以來，儘管氫能與燃料電池汽車相關支持不斷加碼，產業發展進程明顯加快，但氫能仍處於早期發展階段。

據中國汽車工業協會統計，2023年全國燃料電池汽車銷量爲5791輛，同比增加72%。若計算2015年至2023年的銷量總和則爲1.80萬輛，完成2025年5萬輛目標的36.19%。

會上，多位業內專家認爲，燃料電池具有廣泛的應用前景，目前正處於大規模商業化的初期。另一方面，氫燃料電池大規模商業化仍然面臨着嚴峻的成本挑戰，而規模化和技術進步以及全產業鏈的健康發展將帶來成本的迅速下降。燃料電池全產業鏈多層級的工程化驗證過程是我國研發和產業化發展的巨大優勢。

氫能產業鏈動作頻頻

目前中國已形成涵蓋氫能的制、儲、運、加全產業鏈完整產業生態。從2020年到2024年，我國商用車燃料電池系統性能在額定功率等指標均有大幅提高，大功率、高效率的系統不斷涌現，系統壽命從1萬小時提升到2萬小時，系統成本大幅下降約50%。

上海重塑能源集團董事長兼總裁林琦談到，氫能處於行業發展的重要窗口期，一方面經過政策培育，以重卡爲代表的商業化模式已經基本形成；另一方面受市場驅動影響，已經有風光氫儲一體化爲代表項目出現。

“在不同工況下，重塑的電堆系統氫耗在6~10公斤每百公里，比上一代的產品下降了15%，工作半徑也由原來的100公里拓展到了300公里，往返是600公里。”林琦談到。

4月，兩臺49噸的氫能重卡搭載180千瓦的重塑能源電堆，車輛載貨總量爲30噸，滿載行駛航程超過500公里。

作爲主機廠，韓國現代汽車則在2013年和2020年先後實現了燃料電池乘用車和重卡的全球首次量產。

截至目前，現代汽車旗下的燃料電池乘用車累計銷量超過3.8萬輛，居全球首位。商用車方面，氫燃料電池重卡已經在瑞士、德國等主要國家運行，其環保性和技術能力也得到了市場認可，累計行駛里程已經超過1,000萬公里。

“我們計劃從今年開始使用超大型氨運輸船進行海上氫氣運輸。”韓國現代汽車集團（中國）副總經理樸國哲表示。

中國科學院院士歐陽明高預計，今年我國燃料電池車銷量有望接近1萬輛，到2025年預計運行的燃料電池車輛將達到5萬輛以上，2035年將突破100萬輛。

降本路徑探索

氫能及燃料電池產業化受阻是由於多重影響因素疊加。在場有業內專家坦言，氫能車的動力裝置比柴油車動力裝置貴4倍左右，氫能產業化的速度距離鋰電還有10~15年。

“燃料電池動態條件下的耐久性仍稍微欠缺，各個零部件價格高昂以及加氫設施普及程度太低制約氫能推廣。”福州大學教授，中國工程院院士（外籍）張久俊表示。

“無貴金屬，不氫能”這句話在行業內流傳甚廣，燃料電池成本高居不下，貴金屬是原因之一，氫能研發人員多年來一直潛心研究，力求減少對催化劑的使用，不過這也引發了對系統可靠性的擔憂。

在加拿大工程院院士、鴻基創能科技（廣州）有限公司副董事長兼首席技術官葉思宇看來，無需過度擔憂，燃料電池便是一個例子，貴金屬載量下降一半後，仍能實現應有的性能和壽命，商業化的目的也得以實現。

葉思宇判斷，至少到2030年，燃料電池實現80美元每千瓦是有機會實現的。

據悉，自2020年投產至今，鴻基創能膜電極已超過3000臺燃料電池裝機。2024年底，鴻基將推出新一代PEM電解水制氫膜電極，貴金屬比例將大幅下降。

另一方面，氫能產業鏈裡儲氫瓶也是重要一環，這使得氫能驅動重卡與傳統燃油重卡相比，在購買和運營成本方面存在一定的競爭力差距。

2018年，佛吉亞開始涉足氫能領域，在儲氫系統和燃料電池系統兩大產品領域發力。

據公司方面透露，目前佛吉亞正致力於增加儲氫瓶容量，使車輛的行駛里程能夠達到或者超越現有柴油車的行駛里程。

在儲氫瓶的成本構成中，碳纖維材料佔儲氫系統60%的成本。但佛吉亞氫能中國區董事長許魯認爲，碳纖維材料應該跟化纖工藝一樣，批量化生產能夠把成本降下來，儲氫系統成本也能夠降下來。

產業鏈技術難題亟待解決

在產業化的過程中，燃料電池的耐久性問題和上下游工程化驗證的重要性得到與會專家的認同。

張久俊表示，燃料電池的耐久性主要是由膜組件的催化劑、膜、氣體擴散層所決定，通過基礎科學研究和技術創新是提高催化劑和膜穩定性的必然舉措。

其中，催化劑碳支持體在燃料電池長期動態運行下，尤其是小電流作用下持續氧化，降低耐久性甚至失效。

張久俊對此也提出瞭解決辦法，通過研發非碳支持體的Pt基催化劑，達到高活性高耐久性的要求。

具體來看，他認爲，優化催化劑與支持體的結構構型及組分，增強催化劑與支持體的相互作用，並且使用高通量計算及人工智能技術，結合原位測量技術理清催化活性和活性衰減機理之間的構效關係。

“從研發階段到真正應用，國內關鍵材料產業化面臨一個巨大的瓶頸，工程化驗證不足。”葉思宇談到。

他認爲，氫能關鍵材料包括催化劑、質子交換膜和可能研發驗證SDK都已經做得很充分，但是隻是工程化驗證的一部分，並沒有在膜電極層級、電堆層級、系統層級，甚至真正的工業化層級進行實踐。

工程化驗證過程中需要實現雙向合作，不光是上游向整個下游提供的數據。因爲下游如果不及時將測試數據和驗證中間的know-how向上遊轉移，工程化驗證速度將不如人意，這個過程應該是串聯加並聯進行。“我們需要十萬級、甚至百萬級工程化驗證的數據，保證下一代研發產品變成真正的工藝品。”

另外，葉思宇也談到，儘管鹼性電解水制氫技術目前佔比非常大，但未來可能是多種技術路線並存，在不同場景下，用處和應用場景都不盡相同。

不過，目前來看，不同制氫方案耐久性都不能完全滿足需求，隨着電解槽成本繼續下降，還會有更大的提升。

張久俊則認爲，質子交換膜燃料電池會是電動車的終極主力電源，目前提高耐久性、降低燃料電池的成本及發展加氫站是氫能利用的主要方向。