氢能在我国有着广泛的应用前景。到2050年，氢能在我国终端能源体系中占比将达到10-15%，可以带来几十万亿新兴产业。但是与国际先进水平相比，我国氢能产业整体水平要想实现追平或者赶超还需要很多努力。

 

不可“氢”视

 

在国际范围内，美国、日本、欧盟、韩国都制定了一些到2030年、2050年要实现的目标。特别是美国和日本，已经出台国家层面的氢能战略，而且最近欧盟的动作也很迅速，在各项指标和氢能利用上都拿出了不错的样板。

 

普华永道预计，到本世纪中叶，世界用氢量将达到5亿3000万吨。原先人们并没有把氢当作能源，而是用在其他方面，而如今氢能的应用场景非常丰富，除了交通运输外，还能应用在能源系统、供电供热、炼化冶金等其他场景。制氢方式有煤制氢、天然气制氢、工业副产氢、火电/光电/光催化制氢、生物发酵制氢等等。

 

保守估计，到2050年，氢能在我国终端能源体系中占比将达到10-15%。世界氢能巨头们认为占比应该能达到18%，所以氢能将成为我国能源战略的重要组成部分，与电力协同互补，可以带来几十万亿新兴产业。

 

能源的经济性很重要，如果用电网的电制氢，光是一公斤氢的用电成本就会达到30多元人民币。但是我们如果用煤制氢，并且结合CCUS（碳捕获）技术，虽然有一定的成本，但总体能控制在200元以内。

 

光伏发电成本较低，最低可以到0.7元。采用风电或光电制氢的话，成本大概每公斤在200元以下。但是具备相应条件的地区并不是很多，河北的张家口、吉林的白城，还有福建、河北、新疆、青海等，都具备光伏或者风力发电条件。

 

人类利用氢能的经济性问题还体现在运氢上，氢气运输需要专用管网，以300毫米直径为例的输送管网测算，每公斤每百公里的管道成本只要0.7元，是200bar长管拖车运输费用的10%，而且是液氢运输费用的50%，成本大幅降低。

 

随着氢能技术的成熟、大规模应用以及瓶颈技术的突破，在400公里行程范围内，氢燃料电池汽车和纯电动汽车成本基本持平，略高一点。但当里程超过400公里时，它的长续航优势得以体现，而纯电动汽车充电的时间成本明显上升，不如氢燃料电池汽车的经济性。

 

“氢”要出于蓝

 

与国际先进水平相比，国内氢能产业整体水平要想实现追平或者赶超还需要努力。 

 

电解槽国外做的很好，但是碱性电解槽我国水平和国外接近；在储气环节，我国在车载储氢罐和国外有一定差距，现在还达不到完全工程化；加氢机和氢气压缩机，包括膜电极喷涂设备、循环泵、空压机，以及燃料电池系统检测和氢气检测，我国和国外的差距还是比较大的。

 

我国燃料电池电堆的功率为60千瓦，国外114千瓦，而且功率密度我国也较低，每升只有1.8kW，现正在往3Kw/L的密度上努力。耐久性比国外低，低温性能表现一样。

 

与气氢相关的关键材料，例如，高强度的缠绕碳纤维、聚合物气瓶内胆、气氢密封材料等关键零部件和装备都是需要突破的。耐高压至100MPa以上的元器件，固定式、移动式的氢气存储装置，还有加压和加注装备，上述零部件的耐久性和可靠性我国还要形成技术规范和标准，以实现批量化、商业化的应用。

 

我国膜电极的发展和国外差距较大。膜电极是燃料电池最昂贵的部件，年产一千套燃料电池，膜电极要占78%的成本，十万套占66%，五十万套也要占到成本的62%。我国膜电极的国家发展目标是，到2020年，在0.62V电压下电输出性能大于2A每平方厘米；每平方厘米铂载量小于0.4mg；抗反极实验要大于100分钟；抗200次反极电流循环后，膜电极性能衰减要小于5%；寿命要大于两万小时。这些指标还有一些没有达到，投入还不够，大型企业的介入也不够。

 

目前，国内已经形成京津冀、华东、华南、华中、华北、东北六大产业集群，完整的产业链正在形成。

 

重卡要变“氢”

 

根据环保部《中国机动车环境管理年报（2018）》显示，2017年我国柴油车占汽车保有量的9.4%，但柴油车氮氧化物排放量占总排放量的68.3%；颗粒物排放量占排放总量的99%以上。

 

所以，中国首先应该在柴油车上，尤其是在柴油车集中地区首先使用氢燃料电池汽车，要开启氢能“重卡时代”。物流密集的港口地区适合建立柴改氢示范区，氢燃料电池汽车的特点是适合长距离行驶、大荷载量。若改为“氢能重卡”，利于集中布局加氢站；氢消耗量大，也便于建立大型加氢站，可有效降低加氢站运营成本，达到示范经济效益。

 

沿海港口地区附近大多建设有大型钢铁企业及联产焦化企业，副产氢来源有保障，可实现氢源供应的经济效益。港口交通发达，氢源运送进出便利，易于规划建设氢能输送管网，降低供应成本。

 

国内的主要海港，按照一个月货物60%的公路运输比例，估算重量2.36亿吨，约1600万车次，需消耗柴油400万吨，折算氢气240万吨/月，柴改氢的优势显而易见。

 

以唐山为例，唐山要求汽改铁，但是建设铁路并不是最好的办法，超短途运输可以用铁路，最终解决还是柴改氢的问题。唐山地区钢铁产能超过1亿吨，占河北省55%，占全国13%，煤炭、铁矿石及钢铁等物品运输总量6亿吨/年，还有3600万吨焦炭，可提纯氢气约50亿立方米，足够3万辆重卡运行。

 

柴改氢以后，一氧化碳、氮氧化物、颗粒物就会下降，空气就会好起来，所以，开创氢能“重卡时代”，优先发展氢能源商用物流车是我国的一项重点。

 

作者：中国工程院院士干勇