中国氢燃料电池汽车产业研究现状及展望

＊方雨豪 程洁 刘书杰 陈刚 黄丹 沈显波

（1.浙江物产环保能源股份有限公司 浙江 310000 2.九江学院 江西 332000 3.杭州三花微通道换热器有限公司 浙江 310000）

随着社会经济的发展，能源与环境问题日益凸显，化石燃料的消耗、温室气体的排放造成全球变暖、冰川融化和海平面上升，这不断地威胁人类赖以生存的环境。2021年“两会”期间，我国将“碳达峰”“碳中和”上升成为国家重要战略，致力于2030年之前实现二氧化碳排放峰值，力争在2060年之前达到碳中和。对于中国来说，实现“碳达峰”“碳中和”的“3060”目标时间紧、任务重，国家应大力着手发展可再生的新能源产业。其中，氢能源被视为全球最具发展潜力的清洁能源之一，其零排放、零污染的特点是世界公认的“终极新能源汽车解决方案”。随着政策支持力度的不断加大，以及氢燃料电池汽车相关基础材料、关键零部件等核心技术不断取得攻关与发展，氢能源汽车在未来市场将占据更大份额，具有广阔的前景。相关专家预测，2030年我国氢能源汽车产业将达到万亿元产值[1]。然而，当前我国氢燃料电池汽车仍处于发展初期阶段，要想实现产业化应用还需继续努力[5]。下文从氢气制取、氢燃料电池概述、国家及地方政府相关政策等方面对我国氢燃料电池汽车产业发展的最新动态进行综述，并通过对发展氢燃料电池汽车产业的风险与机会进行简要分析，为其进一步的发展提供参考。

1.氢气制取

目前，我国制氢的主要方式有煤制氢、天然气制氢、石油产品转化制氢、甲醇裂解制氢、工业副产制氢和电解水制氢等途径[2-3]。针对我国氢气制取方式，从产能占比、制氢成本、二氧化碳排放量和技术特点等方面进行统计，具体结果见表1。

表1 不同制氢技术对比

产能占比约84%来自化石能源（煤、天然气、石油产品）制氢，该技术相对成熟、成本较低，但具有高碳排、不可循环和不可持续性，且氢产物中往往伴随有一氧化碳等其他杂质气体，不符合低碳清洁的绿色氢能要求；甲醇裂解制氢在成本和碳排放方面都比较高，不符合经济社会和“双碳”战略目标发展要求；工业副产氢气纯化制取高纯氢气，技术比较成熟，成本较低、零碳排，几乎无需额外资本及化石能源的投入，既节约成本，又实现对工业废气的处理和回收利用，可作为我国现阶段氢燃料电池汽车用氢来源的短中期发展目标。就长期而言，我国可再生能源发电产业的结构优化，在成本和规模效应推动下，当以风电、光伏等可再生能源发电电解水制氢为长期发展目标。

2.氢燃料电池概述

就氢能源的应用而言，需要从生产端到消费端的全价值链来考量，氢气的“制、储、运、用”四个环节缺一不可，其中“用”将起到关键性的作用。氢燃料电池汽车是氢能发展的重要方向，被认为是长期发展中最具潜力替代传统内燃机汽车和锂离子电动汽车的最佳选择之一。

氢燃料电池是一项主要用来发电的装置，它依据电解水的逆反应，直接把氢气和氧气的化学能向电能转换。向阳极和阴极合理配置氢气和氧气，氢气在阳极被氧化成质子并放出电子，质子通过电解质向阴极蔓延，与阴极的氧离子反应后产生水，放出的电子依托外部的负载通往阴极，内外电路形成闭合回路，实现将化学能直接向电能的转换[4]。

氢燃料电池与普通电池（蓄电池、干电池）的主要区别在于：普通电池是一种储能装置，是将电能储存起来，需要工作时再将电能释放出来；而氢燃料电池犹如火力发电厂，确切地说它是一种发电装置，是将氢气等化学能直接转换成电能的一种电化学发电装置。另外，氢燃料电池的电极需要用孔道结构良好的特质材料制成。这是氢燃料电池的一项核心技术，它不仅要为电解质和气体提供较大的比表面，还要为整个氢燃料电池的电化学反应起催化作用。

通过电化学反应，氢燃料电池只会产生水和热，因此在环境方面氢燃料电池汽车可以做到零污染。如果氢气是通过风能或光伏等可再生能源发电再电解水产生的，那么氢气作为氢燃料电池的能源载体，其整个循环过程完全不会排放有毒有害气体，完全符合节能减排的目标。

就像固定清洁电源最终是风光水电一样已被人所共识，交通工具动力系统终极供能是氢能源。就世界范围来看，氢能源的专利和技术主要集中在日本。我国氢能的市场占比几乎为0，而锂电池能源已经占据全球40%以上份额。我国方案完美证明了市场比技术更重要，即使有技术而缺乏市场体量，再好的技术也难以大面积推广。预计氢能源的应用不会落后锂电池能源太多，它终究要赶上并超过锂电池，这只是时间问题。排除制造成本和技术的成熟度，氢能源比高污染低能量密度的锂电池好很多[5]。

3.国内氢燃料电池汽车产业发展规划

2021年是“十四五”开局之年，当前多个地区纷纷把氢燃料电池汽车发展列入“十四五”规划。8月为氢燃料电池车相关政策密集发布的月份。8月12日，上海出台了《中国（上海）自由贸易试验区临港新片区发展“十四五”规划》，提出自贸区临港新片区将重点围绕氢能产业，加强国际产业转移和技术合作，在储氢、制氢、加氢等技术方面实现突破；重点推动氢能汽车示范应用，探索氢能物流、氢能大巴、氢能重卡等典型应用示范；建立氢能及燃料电池产业体系，适时布局氢能汽车整车制造。

据《上海市综合交通发展“十四五”规划》征求意见稿，上海市计划在“十四五”期间大力发展氢燃料电池汽车示范应用，氢燃料电池汽车应用总量达上万辆。通过《北京市氢能产业发展实施方案（2021—2025年）》，北京市2023年前力争建成37座加氢站，推广燃料电池汽车3000辆；2025年前，京津冀区域致力于建造加氢站37座，成功推广上万辆燃料电池汽车应用，累计实现氢能产业链产业规模达1000亿元以上。8月9日，《广东省制造业高质量发展“十四五”规划》提出，广东省将加速建设制氢加氢基础设施，明确到2025年制氢规模约8万吨，氢燃料电池约500万千瓦，建成加氢站约300座。山东省发布《山东省能源发展“十四五”规划》，明确到2025年，山东省内加氢站数量达到100座，实现产值规模1000亿元。浙江省发展改革委于11月24日出台了《浙江省加快培育氢燃料电池汽车产业发展实施方案》。到2025年，浙江省氢燃料电池汽车产业生态将成型，计划建设50余座加氢站，把氢燃料电池汽车大规模投放于港口、公交和城际物流等区域。此外，江苏、天津、河北、重庆、辽宁、山西、广西、郑州、深圳等地也在各自的“十四五”规划中对氢燃料电池车的中长期发展进行了整体部署。

综上所述，目前我国多个省市已出台相关地方政策，力求积极推广氢燃料电池汽车产业，氢燃料电池汽车在未来市场份额中有望取得很好的成绩。

4.发展氢燃料电池汽车产业存在的风险与机会

(1)发展氢燃料电池汽车产业存在的风险

当前，我国氢燃料电池汽车产业发展初具条件，但仍存在诸多因素制约。

①政策体系与专项规划尚未明晰

尽管氢燃料电池汽车产业的发展在顶层设计上获得了国家的认可，然而其政策体系与专项规划过于模糊，产业发展的重点、目标和未来方向还待明确。有关主管部门将氢气依旧列为危险化学品管理，对氢能源意识较为薄弱，加氢站建设审批具有较大难度，对氢燃料电池汽车产业的发展形成较大约束。

②加氢基础设施建设不足

国内氢燃料电池汽车产业发展受限的一个重要因素是加氢基础设施建设不足。目前，我国氢燃料电池汽车产业处于发展初期，燃料电池汽车运营数量不多。建设运维加氢站也难以引发规模经济效应，把成本压到最低，导致建设运营几乎无法营利，国产加氢设备产业化应用能力微弱、创新模式少、成本高昂。

氢燃料电池汽车能否得到有效应用与推广，基础设施建设起到决定性作用。据新能源汽车行业专家预判，为使我国大多数城市需求得以满足，国家需在2030年之前建成1400余座加氢站[6]。据“十四五”氢能产业发展论坛报导：截至2020年底，全球约有544座加氢站，我国有128座加氢站，主要设立于广东、江苏、北京和上海等省市。这些加氢站主要为示范型加氢站或为示范型燃料电池汽车提供加氢服务，还不具备商业化运营的条件。

③核心技术与关键材料尚未国产化

最近几年，为推动氢燃料电池汽车产业快速发展，我国先后颁发了多项支持鼓励政策。然而，其关键性零部件还是以进口为主，氢燃料电池的关键材料如炭纸、质子交换膜、催化剂等多未实现国产化；关键组件的制造工艺尚需提升，空压机、氢气循环泵、膜电极、双极板等部件与国外工艺还存在一定差距。

④缺乏商业化推广模式

目前，氢燃料电池汽车缺乏商业化推广模式的主要原因是其全产业链生产制造成本高。从氢气制、储、运、用四个环节看，目前技术还不是很成熟，可再生能源制氢技术不够完善，压缩机和高压储罐设备费用较高、燃料电池电堆和膜电极组件成本较高，影响燃料电池汽车产业的发展速度，距离大规模商业化应用还有很大差距。

(2)发展氢燃料电池汽车产业存在的市场机会

氢气作为一种高效、绿色的清洁能源，已成为全球多个国家选择的终极能源发展目标。一方面，发展氢燃料电池汽车产业将带动本国产业应用升级，是推动氢能源综合利用的有效途径；另一方面，发展氢燃料电池汽车产业可有效提升国际层面绿色竞争力。

在全球汽车市场逐步萎缩的情况下，传统燃油车产销量快速下滑，新能源汽车市场却能呈现快速发展之态势，表明人们的生活消费习惯正在发生变化，从而为氢燃料电池汽车产业的发展坚定基石。为推动氢能和氢燃料电池汽车产业快速发展，专家建议政府主管部门应加大氢能产业补贴，高效、及时地执行政策落实到位，从而使绿色清洁的氢能及燃料电池汽车产业成本低于传统能源成本。随着可量产的氢能和氢燃料电池汽车应用端的不断涌现，氢燃料电池汽车产业有望迎来加速发展。

从市场前景来看，在供给方面，氢能在全球未来的能源供给体系中约占18%，在我国未来终端能源体系中约占10%，氢能供给结构将以可再生能源属性为主的清洁氢逐步替代化石能源时期的高碳氢。在需求方面，我国规划到2025年，燃料电池汽车保有量达到10万辆；到2035年，燃料电池车将达到130万辆，下游相关产品的市场也将打开。截止2050年，氢气需求量将递增至近6000万吨，占据我国终端能源体系10%以上的份额。截止2060年，国内氢气需求量将上涨到1.3亿吨左右，占据我国终端能源体系近20%的份额。因此，氢能源搭载的交通工具将成为人们低碳出行的的重要方式，未来氢燃料电池汽车产业将迎来重大发展机遇。

5.发展氢燃料电池汽车产业展望

日前，国内自主研发的150kW车用金属板燃料电池模块顺利通过国家机动车产品质量检验检测中心强检，可应用于大型公交车、重卡、物流车等。同时30～50kW石墨板电堆已具备批量化生产，模块化集成能力。该技术涵盖膜电极、催化剂的制备，电堆的设计制造，系统集成与控制等全套相关技术，并开发出了多款燃料电池系统和核心零部件产品。未来，将持续开展研发，做好氢燃料电池汽车前沿技术储备工作，在交通运输、分布发电等领域实现稳定示范。

纵观中国新能源市场发展历程，从内燃机走到锂电、燃料电池，大趋势决定了战略路径。对于企业来说，只有踏准时代节奏，方能在未来市场中有所作为。

6.结语

未来五年，是全球科技革命和产业变革的加速期，也是构建国内和国际双循环发展新格局，实现氢燃料电池汽车完全市场化的攻坚期。把握氢燃料电池汽车产业发展新阶段，贯彻绿色发展新理念，抓住产业变革新机遇，提升科技创新的新动能，需要整个产业科学谋划、主动作为，需要政校企合作、同心协力构建“十四五”新能源汽车发展新格局。