氢能技术模式角逐燃料电池产业化箭在弦上

今年两会“推动氢设施建设”被写入政府工作报告后，多年来引而不发的氢能与燃料电池行业迎来了前所未有的发展机遇。

氢能是我国新能源产业发展的重要选项，但客观而言，行业目前还处于起步阶段，产业规模比较小，发展路径尚不清晰。作为国内氢能应用“先锋”的汽车行业正在上演各种技术角逐、全行业奋力发展的火热局面。技术、成本、生态同时在考验和校正着这个拥有前景光明的新兴行业。

大功率 长寿命 技术储备助力产业化蓄势待发

“氢能燃料电池产业的核心驱动力是技术装备的进步和发展，所有的资金、资本、市场和政策都离不开技术装备的支撑，产业的未来取决于技术和装备进一步的发展。”中国机械工业联合会执行副会长张克林在第四届中国国际氢能与燃料电池技术应用展览暨产业发展大会上表示。

一年来，伴随着行业的奋力和政策的支持，更富有想象力的氢能燃料电池创新技术正层出不穷地涌现。

据中国电器工业协会燃料电池分会秘书长张亮介绍，电堆方面，新源动力股份有限公司开发的燃料电池电堆模块，采用“膜基催化曾膜电极设计”和“复合双极板”结构，突破了车用燃料电池5000小时的耐久性难关，成为我国首例自主研发超越5000小时耐久性的燃料电池产品；双极板方面，上海清能燃料电池技术有限公司的最新双极板发展实现了0.85毫米的板厚，使燃料电池的功率密度超过了每升4千瓦，比大多数石墨板设计提高了100%~200%，比大多数金属板设计提高了20%~40%；膜电极方面，武汉理工新能源公司生产的膜电极，在0.8伏的情况下已经超过了每平方厘米400毫安，同时最高的功率密度达到了每平方厘米1.14瓦。

燃料电池发动机包括五大部分，其中核心部件是电堆，而电堆中最重要两项技术是膜电极和双极板。据了解，虽然在工业和信息化部发布2018年《道路机动车辆生产企业及产品公告》中，燃料电池系统生产企业已达到27家，但我国目前无法自主生产大功率电堆，在运的氢燃料电池汽车需要锂离子电池配合，采用的是燃料电池+锂电池的氢电混合模式。

“为什么国内的氢耗比较高，就是因为我国燃料电池大功率的电堆比较少，燃料电池额定功率大部分都是30千瓦的燃料电池系统，配一个大的动力电池。国外的都是较大功率的燃料电池发动机，配上小功率的动力电池。全功率性的燃料电池汽车，没有能量‘存-放’的过程，有助于提高发动机的效率。”中国汽研中心检测认证事业部郝冬表示。

就在5月6日至7日召开的第四届中国国际氢能与燃料电池技术应用展览暨产业发展大会上，一家名为江苏德威新材料股份有限公司（以下简称“德威公司”）的企业推出大功率、长寿命的80千瓦电堆。据了解，这家国内企业实际上是收购了美国燃料电池公司USFC而获得了技术。使用这家公司燃料电池的大巴车在美国平均运营的小时数已经超过了23000小时，最高达到29000小时。

上海德威明兴新能源科技有限公司总经理杜尧告诉记者，纯用氢能燃料电池汽车要求电堆功率达到100千瓦以上才能实现，美国和日本均有纯燃料电池汽车，可以完全不靠锂电运行。但按照目前国内的技术水平，没必要追求纯燃料电池汽车。

杜尧解释道：“燃料电池是化学反应，要从氢气变成电，速度较慢，在瞬间爬坡时功率往往达不到。不如用80千瓦大功率燃料电池作为主功率电池，搭配30千瓦锂电池。锂电池放电速度特别快，爬坡、启动时可以弥补燃料电池的不足。今年燃料电池技术除了重视功率和寿命外，还要关心动态响应特性，以在未来纯用燃料电池的时候能够满足需求。”

纯绿色 低成本 氢能伦理与经济性的抉择

“我们的目标就是搞无碳氢、太阳氢。氢能是二次能源，从水或其他一次能源都能得到氢能，不管怎么使用最后氢又变成水，这是一个循环。所以氢从可再生资源制造就是绿色的，符合可持续发展，就是符合氢能伦理。”清华大学教授、国际氢能协会副主席毛宗强在第四届中国国际氢能与燃料电池技术应用展览暨产业发展大会抛出了“氢能伦理”话题。

毛宗强解释说，“氢能伦理”就是研究开发利用氢能的行为准则，核心就是可持续的发展。“从能源发展的历史可以看出，‘碳’越来越少，‘氢’越来越多，石油是两个‘氢’一个‘碳’，天然气是四个‘氢’一个‘碳’，将来如果到了氢时代，‘氢’将是无穷的而没有‘碳’。所以氢能发展目的是要实现无碳氢。

实现无碳氢，水电解制氢无疑是优选方案。而且目前水电解氢是主流制氢方法之一。业内人士指出，无论是氢能发展初期还是中长期，水电解制氢，兆瓦级的水电解制氢设备可以结合可再生资源储能，能够实现大体量氢能的需要。

“一个城市初期的氢大巴车的投入量在50辆~300辆，50辆大巴车对应日耗氢量20千克，一座加氢站就完全够用了。300辆需要6~10座加氢站，每座加氢站是500~1000千克，投资总量并不大，通过水电解制氢可以较小的一次性投入实现高纯氢的供给。”中电丰业技术开发有限公司副总经理王鹏介绍说。

但是成本高是当前水电解氢产业化的掣肘。

“氢能是二次能源，在推广应用氢能的时候，首先必须搞清楚我们的氢源从哪里来。有人建议从煤制氢，者是把一种污染源转移成另一种污染源，不是当初人类发展氢能的初衷。也有人说为了达到终极清洁能源，必须是水电解，可是以当前的技术，水电解成本又高，不能普及使用。”北京中科富海低温科技有限公司总经理高金林认为，中国现阶段合理的氢的来源应该是工业副产氢。

“根据我国已投产和在建产能测算，我国焦炉气每年可以提供325万吨/年的副产氢，氯碱工业的副产氢每年课提供25.6万吨，丙烷脱氢、乙烷裂解每年可产生副产氢分别为30.5万吨和27.5万吨。我们的副产氢的量远远满足规划目标的百万级氢能燃料的需求。”高金林说。

中国五环工程有限公司则基于经济性等因素考虑了城市垃圾高温转化综合制氢解决方案。总工程师夏吴表示：“目前氢气的储运是大家都很头疼的问题，因为长距离基本无法运输。我们现在有一种技术叫城市垃圾高温转化综合制氢解决方案，这是城市氢能经济新途径。”

夏吴分析说，城市垃圾高温转化综合制氢解决方案转化成氢气，综合热效率要比焚烧技术高4%左右。高温转化技术一个非常大的优点是没有废气排放，因为气体都是转化成合成气产品。比如北京有很多垃圾焚烧厂，如果在周围建几个高温垃圾转化装置，就是可以把氢源问题解决。一个城市每天产生400吨垃圾，每天可以产生14.2吨氢气。