為應(yīng)對氣候變化，全球掀起了開發(fā)氫能的熱潮。一般認(rèn)為，氫將在能量轉(zhuǎn)換中發(fā)揮關(guān)鍵作用。國內(nèi)穩(wěn)定的政策環(huán)境支持企業(yè)和社會資本參與產(chǎn)業(yè)鏈上下游，推動氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)快速進入示范應(yīng)用階段。但規(guī)?；l(fā)展仍面臨氫燃料電池成本高、加氫站設(shè)施薄弱、終端耗氫成本高等技術(shù)和成本瓶頸。未來，技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、政策等因素的協(xié)同作用將有助于加速氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化。

氫是宇宙中豐富的元素。氫能作為二次能源，是的碳中性能源載體，可用于發(fā)電、取暖和交通燃料。具有零污染、熱值高、貯存量大、儲量充足、應(yīng)用等優(yōu)點。氫的儲能特性使其具有跨時空靈活應(yīng)用的潛力，可與可再生能源有效對接，有助于可再生能源的吸收和規(guī)模化開發(fā)。正是基于氫能的優(yōu)勢和潛力，在應(yīng)對氣候變化和全球能源轉(zhuǎn)型的大背景下，普遍認(rèn)為氫能將成為未來能源系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點，在全球能源轉(zhuǎn)型和提高能源系統(tǒng)靈活性方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。近年來，全球資本、技術(shù)、輿論等因素共同促成了這一輪氫能熱潮。

01 | 技術(shù)因素導(dǎo)致制造氫燃料電池成本較高

氫燃料電池系統(tǒng)由電堆、供氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部件共同構(gòu)成。電堆是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的部件，電堆成本占氫燃料電池系統(tǒng)總成本60%左右。造成電堆成本居高的主要因素包括：膜電極、電堆加工制造過程及使用環(huán)境要求。而電堆技術(shù)的瓶頸也導(dǎo)致氫燃料電池系統(tǒng)成本較高。

膜電極是電堆的部件，由催化劑、質(zhì)子交換膜、碳紙組成，其成本約占氫燃料電池系統(tǒng)的36%。目前商用催化劑為鉑/碳，其成本約占氫燃料電池系統(tǒng)成本的23%，是成本的主要來源。質(zhì)子交換膜、碳紙材料成本也較高，國內(nèi)主要依靠進口，在性能和批量化上與國外還存在差距。膜電極已經(jīng)發(fā)展到第三代有序化膜電極技術(shù)，趨勢是降低大電流密度下的傳質(zhì)阻力，進一步提高燃料電池性能，降低催化劑用量，使膜電極的材料成本大幅降低。

均一性是制約電堆性能的重要因素，也是影響制造成本的關(guān)鍵。電堆通常由數(shù)百節(jié)單電池串聯(lián)而成，均一性與材料的均一性、部件制造過程的均一性有關(guān)；特別是流體分配的均一性，不與材料、部件、結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與電堆組裝過程、操作過程密切相關(guān)。由于操作過程生成水累積引起的不均一、電堆邊緣效應(yīng)引起的不均一等，電堆中一節(jié)或少數(shù)幾節(jié)單電池的不均一會導(dǎo)致局部單節(jié)電壓過低，限制了電流的加載幅度。設(shè)計、制造、組裝、操作控制等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的不均一性直接影響電堆的比功率，進而影響電堆成本。

氫燃料電池使用環(huán)境對其壽命和性能有重要影響。鉑基催化劑與燃料中的一氧化碳、硫等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)會導(dǎo)致其失去活性，無法再進行催化作用，進而導(dǎo)致電堆壽命縮減。空氣中極少量SO2和NOx雜質(zhì)會引起燃料電池中毒，造成燃料電池電壓衰減，進而影響燃料電池性能。

有關(guān)空氣質(zhì)量、氫氣品質(zhì)對氫燃料電池車使用性能的影響已被業(yè)界關(guān)注。2017年10月豐田公司啟動氫燃料電池車Mirai在中國的適應(yīng)性實證實驗。2019年7月1日實施的GB∕T 37244—2018《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用燃料 氫氣》對適用于聚全氟磺酸類質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣的純度、雜質(zhì)含量等指標(biāo)進行了規(guī)定。

02 | 氫燃料電池車成本較高限制了商業(yè)化銷售規(guī)模

車用燃料電池系統(tǒng)成本高是造成氫燃料電池車售價高的主要根源。由電堆、氫瓶和空壓機等主要部件組成的燃料電池系統(tǒng)是氫燃料電池車的，約占氫燃料電池車成本的50%。其中除電堆成本高外，供氫系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)成本也較高，技術(shù)上與國外還存在較大差距。

氫燃料電池車尚未規(guī)?；a(chǎn)，市場銷量有限。目前，全球的氫燃料電池車企業(yè)——豐田公司現(xiàn)有生產(chǎn)能力3000輛/年，2020年也只能達到3萬輛/年，本田、現(xiàn)代、日產(chǎn)、上汽等車企雖相繼推出商業(yè)化車型，但市場銷量依然有限。氫燃料電池發(fā)動機企業(yè)億華通與宇通客車、福田汽車、中通客車等車企合作，建設(shè)了國內(nèi)首條自動化氫燃料電池發(fā)動機生產(chǎn)線，年產(chǎn)能也1萬臺。生產(chǎn)規(guī)模小導(dǎo)致整車成本較高，如豐田公司官網(wǎng)上2020款Mirai售價為58550美元，是混合動力2020款PRIUS售價（24325美元）的2.5倍，遠高于消費者預(yù)期。

降低燃料電池系統(tǒng)成本是目前車企及相關(guān)領(lǐng)域研究機構(gòu)關(guān)注的重點和研究的方向。根據(jù)美國能源部研究數(shù)據(jù)，車用燃料電池系統(tǒng)生產(chǎn)成本從2006年的124美元/kW降至2015年的53美元/kW，下降幅度近60%，2020年目標(biāo)降至40美元/kW。我國《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》中，車用燃料電池系統(tǒng)生產(chǎn)成本2020年目標(biāo)是1000元/kW，2025年500元/kW，2030年150元/kW，預(yù)期成本下降幅度很大。

03 | 加注車輛少及設(shè)備國產(chǎn)化仍是早期加氫站發(fā)展的主要限制因素

加氫站的建設(shè)與運營仍面臨產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期的困難。新建加氫站及將現(xiàn)有加油站改造為加油加氫站難度較大。新建加氫站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)主要采用《GB50516—2010加氫站技術(shù)規(guī)范》，其對氫氣儲運安全和建站選址條件的要求較高，特別是加氫站的氫氣工藝設(shè)施與站外建筑物、構(gòu)筑物的防火距離。加油加氫合建站設(shè)計要符合《GB50156汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范》，依托現(xiàn)有加油站設(shè)施進行改造困難較大，特別是在大城市、人口密集地區(qū)問題更加突出。

加氫站的網(wǎng)絡(luò)布局與氫燃料電池車的市場規(guī)模依然是產(chǎn)業(yè)初期互相掣肘的因素。純電動車推廣和充電樁建設(shè)也曾經(jīng)面臨過同樣問題，加注車輛較少，限制了加氫站的良性滾動發(fā)展。目前國內(nèi)建成和在運營加氫站分別是66座和46座，分布在19個省市，其中廣東、上海、江蘇、山東是加氫站主要集中地區(qū)（見表3）。目前國內(nèi)加氫站數(shù)量與規(guī)劃2020年建設(shè)100座、2030年建成1000座還有較大差距。國內(nèi)早示范運營的上海安亭、北京永豐加氫站始終處于加氫車輛少的尷尬局面。德國H2 Mobility2023年建設(shè)400座加氫站網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)，試圖解決產(chǎn)業(yè)初期問題。

加氫站設(shè)備國產(chǎn)化還面臨瓶頸，氫氣壓縮機、加注機等關(guān)鍵設(shè)備目前仍以進口為主。根據(jù)公開資料整理，加注量1000 kg/d的35MPa加氫站建設(shè)成本高達1500萬元，高出加油站數(shù)倍。其中儲氫裝置、壓縮機、加注機、站控系統(tǒng)等占加氫站總投資約60%，其中氫壓縮機占比，約為30%。

04 | 終端用氫成本高，制儲運關(guān)鍵技術(shù)亟待突破

目前，氫作為燃料的價格仍遠高于化石燃油。氫燃料電池車的用氫成本包括從制、儲、運到加注的全過程成本。與傳統(tǒng)燃油車相比，氫燃料電池車百公里消耗的燃料費用要高于燃油車。根據(jù)國內(nèi)示范項目的運行經(jīng)驗初步估算，氫燃料電池車的燃料費用約為燃油車的1.8倍左右。氫燃料終端售價雖高于化石燃油，但國內(nèi)外仍通過車企、補貼方式來彌補氫燃料價格的劣勢，推動氫燃料電池車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

化石能源制氫技術(shù)成熟、規(guī)模大、成本低。國內(nèi)現(xiàn)有工業(yè)制氫產(chǎn)能為2500萬t/a，氫氣來源構(gòu)成主要是煤制氫、天然氣制氫、石油制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫以及電解水制氫，占比分別是40%、12%、12%、32%和4%。在氫能及氫燃料電池車產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，化石能源制氫以及工業(yè)副產(chǎn)氫是低成本氫燃料的主要來源，有利于推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。但化石能源制氫CO2排放量大，利用可再生能源制取低成本氫氣是業(yè)界一直瞄準(zhǔn)的方向和攻關(guān)重點，終目標(biāo)是氫氣價格與化石燃油價格持平。

綠色、低成本制氫技術(shù)是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。質(zhì)子交換膜（PEM）水電解制氫技術(shù)在總體效率、工作電流密度、氫氣純度、產(chǎn)氣壓力以及動態(tài)響應(yīng)速度等方面優(yōu)于堿性水電解制氫技術(shù)，能適應(yīng)可再生能源發(fā)電的波動性，是氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的重點技術(shù)之一，但目前面臨采用鉑催化劑、電耗高而導(dǎo)致的制氫成本較高問題。突破鉑催化劑、電堆等關(guān)鍵技術(shù)，進一步提高電流密度、系統(tǒng)能效、降低投資是PEM制氫技術(shù)的重點開發(fā)方向。

目前國內(nèi)儲氫儲運標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范不完善，導(dǎo)致氫燃料只能以氣態(tài)形式運輸，限制了加氫站的技術(shù)選擇。液氫的儲存和運輸在中國只用于航空航天和工業(yè)。商業(yè)氫氣站的液氫供應(yīng)沒有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。在國家層面，將氫能作為能源進行立法管理，制定了商業(yè)液氫生產(chǎn)、儲存、運輸和使用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。2019年，液態(tài)氫國家標(biāo)準(zhǔn)草案已完成3項，將填補國內(nèi)液態(tài)氫民用領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的空白，可能導(dǎo)致整個氫產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)突破，從而降低終端氫的成本。

液氫密度高達70.6g/L(- 253℃)，相同有效裝載體積下液氫的儲運能力遠高于高壓氫。雖然氫氣液化的能耗是氫氣壓縮的兩倍多，但液氫在運輸環(huán)節(jié)的運輸成本為高壓氫氣的1/5-1/8。國外氫氣站低溫液氫的儲存和運輸已實現(xiàn)商業(yè)化。但國內(nèi)仍以高壓氫氣束車為主要氫氣運輸方式，氣態(tài)氫氣限制了儲運能力。

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