氢能多路径降本“破局”产业化难题，上下游缺少工程化验证数据待解

“在以商用车为重点的基础上，推进绿氢和工业副产氢在船舶、石化、化工、冶金等行业的应用，并推进氢能高速公路等模式的创新和积极探索。”中国国际经济交流中心资深专家咨询委主任、国家发改委原副主任张晓强建议。

2024年6月5日，中国汽车工程学会与国际氢能燃料电池协会共同主办的2024国际氢能与燃料电池汽车大会暨展览会在上海汽车会展中心开幕。

今年以来，尽管氢能与燃料电池汽车相关支持不断加码，产业发展进程明显加快，但氢能仍处于早期发展阶段。

据中国汽车工业协会统计，2023年全国燃料电池汽车销量为5791辆，同比增加72%。若计算2015年至2023年的销量总和则为1.80万辆，完成2025年5万辆目标的36.19%。

会上，多位业内专家认为，燃料电池具有广泛的应用前景，目前正处于大规模商业化的初期。另一方面，氢燃料电池大规模商业化仍然面临着严峻的成本挑战，而规模化和技术进步以及全产业链的健康发展将带来成本的迅速下降。燃料电池全产业链多层级的工程化验证过程是我国研发和产业化发展的巨大优势。

氢能产业链动作频频

目前中国已形成涵盖氢能的制、储、运、加全产业链完整产业生态。从2020年到2024年，我国商用车燃料电池系统性能在额定功率等指标均有大幅提高，大功率、高效率的系统不断涌现，系统寿命从1万小时提升到2万小时，系统成本大幅下降约50%。

上海重塑能源集团董事长兼总裁林琦谈到，氢能处于行业发展的重要窗口期，一方面经过政策培育，以重卡为代表的商业化模式已经基本形成；另一方面受市场驱动影响，已经有风光氢储一体化为代表项目出现。

“在不同工况下，重塑的电堆系统氢耗在6~10公斤每百公里，比上一代的产品下降了15%，工作半径也由原来的100公里拓展到了300公里，往返是600公里。”林琦谈到。

4月，两台49吨的氢能重卡搭载180千瓦的重塑能源电堆，车辆载货总量为30吨，满载行驶航程超过500公里。

作为主机厂，韩国现代汽车则在2013年和2020年先后实现了燃料电池乘用车和重卡的全球首次量产。

截至目前，现代汽车旗下的燃料电池乘用车累计销量超过3.8万辆，居全球首位。商用车方面，氢燃料电池重卡已经在瑞士、德国等主要国家运行，其环保性和技术能力也得到了市场认可，累计行驶里程已经超过1,000万公里。

“我们计划从今年开始使用超大型氨运输船进行海上氢气运输。”韩国现代汽车集团副总经理朴国哲表示。

中国科学院院士欧阳明高预计，今年我国燃料电池车销量有望接近1万辆，到2025年预计运行的燃料电池车辆将达到5万辆以上，2035年将突破100万辆。

降本路径探索

氢能及燃料电池产业化受阻是由于多重影响因素叠加。在场有业内专家坦言，氢能车的动力装置比柴油车动力装置贵4倍左右，氢能产业化的速度距离锂电还有10~15年。

“燃料电池动态条件下的耐久性仍稍微欠缺，各个零部件价格高昂以及加氢设施普及程度太低制约氢能推广。”福州大学教授，中国工程院院士张久俊表示。

“无贵金属，不氢能”这句话在行业内流传甚广，燃料电池成本高居不下，贵金属是原因之一，氢能研发人员多年来一直潜心研究，力求减少对催化剂的使用，不过这也引发了对系统可靠性的担忧。

在加拿大工程院院士、鸿基创能科技有限公司副董事长兼首席技术官叶思宇看来，无需过度担忧，燃料电池便是一个例子，贵金属载量下降一半后，仍能实现应有的性能和寿命，商业化的目的也得以实现。

叶思宇判断，至少到2030年，燃料电池实现80美元每千瓦是有机会实现的。

据悉，自2020年投产至今，鸿基创能膜电极已超过3000台燃料电池装机。2024年底，鸿基将推出新一代PEM电解水制氢膜电极，贵金属比例将大幅下降。

另一方面，氢能产业链里储氢瓶也是重要一环，这使得氢能驱动重卡与传统燃油重卡相比，在购买和运营成本方面存在一定的竞争力差距。

2018年，佛吉亚开始涉足氢能领域，在储氢系统和燃料电池系统两大产品领域发力。

据公司方面透露，目前佛吉亚正致力于增加储氢瓶容量，使车辆的行驶里程能够达到或者超越现有柴油车的行驶里程。

在储氢瓶的成本构成中，碳纤维材料占储氢系统60%的成本。但佛吉亚氢能中国区董事长许鲁认为，碳纤维材料应该跟化纤工艺一样，批量化生产能够把成本降下来，储氢系统成本也能够降下来。

产业链技术难题亟待解决

在产业化的过程中，燃料电池的耐久性问题和上下游工程化验证的重要性得到与会专家的认同。

张久俊表示，燃料电池的耐久性主要是由膜组件的催化剂、膜、气体扩散层所决定，通过基础科学研究和技术创新是提高催化剂和膜稳定性的必然举措。

其中，催化剂碳支持体在燃料电池长期动态运行下，尤其是小电流作用下持续氧化，降低耐久性甚至失效。

张久俊对此也提出了解决办法，通过研发非碳支持体的Pt基催化剂，达到高活性高耐久性的要求。

具体来看，他认为，优化催化剂与支持体的结构构型及组分，增强催化剂与支持体的相互作用，并且使用高通量计算及人工智能技术，结合原位测量技术理清催化活性和活性衰减机理之间的构效关系。

“从研发阶段到真正应用，国内关键材料产业化面临一个巨大的瓶颈，工程化验证不足。”叶思宇谈到。

他认为，氢能关键材料包括催化剂、质子交换膜和可能研发验证SDK都已经做得很充分，但是只是工程化验证的一部分，并没有在膜电极层级、电堆层级、系统层级，甚至真正的工业化层级进行实践。

工程化验证过程中需要实现双向合作，不光是上游向整个下游提供的数据。因为下游如果不及时将测试数据和验证中间的know-how向上游转移，工程化验证速度将不如人意，这个过程应该是串联加并联进行。“我们需要十万级、甚至百万级工程化验证的数据，保证下一代研发产品变成真正的工艺品。”

另外，叶思宇也谈到，尽管碱性电解水制氢技术目前占比非常大，但未来可能是多种技术路线并存，在不同场景下，用处和应用场景都不尽相同。

不过，目前来看，不同制氢方案耐久性都不能完全满足需求，随着电解槽成本继续下降，还会有更大的提升。

张久俊则认为，质子交换膜燃料电池会是电动车的终极主力电源，目前提高耐久性、降低燃料电池的成本及发展加氢站是氢能利用的主要方向。