氫能：第一元素

《能源評論》：從現實應用角度，氫能能給我們帶來哪些便利？又能夠促進哪些能源變革？

克拉克：氫能就是以氫和其同位素為主體的反應中釋放出來的能量，其用途主要有三個方向。一是，航空事業中需要氫能作為燃料。早在第二次世界大戰期間，氫就被用作某些火箭發動機的液體推進劑。二是，氫能還可以作為各種交通工具的燃料，比如民用汽車、火車、輪船，等等。早在20世紀80年代左右，世界上便研發出了氫能汽車。由于使用氫能作為主要燃料，氫能汽車排放的尾氣主要成分是水蒸氣，因此它對環境的污染非常小，而且噪聲也比較低。三是，氫能進入家庭，既可以當作燃料使用，又可以通過氫燃料電池發電供家庭取暖、空調、冰箱和熱水器等使用，但目前還處于研發階段。

毛宗強：目前來看，氫能已經實現的應用場景之一就是氫燃料電池汽車，可以喻為汽車工業的又一次革命。其實氫燃料電池又可以看作是一個氫能的發電機，氫燃料電池是將氫氣的化學能直接轉化為電能的發電裝置。與鋰電池相比，最大的區別在于鋰電池是把能量儲存于電池中，而氫燃料電池是把氫氣和空氣儲存在電池外部，氫氣和空氣不斷地送進燃料電池，電就被源源不斷地生產出來，氫燃料燃燒后只排出水，而不產生其他的氮氧化物。和鋰電池汽車相比，氫燃料電池汽車的優點是補充燃料很快，以豐田“未來”燃料電池汽車為例，3min就可充滿氫氣，充氣一次可行駛650km。與汽油、柴油內燃機汽車相比，氫燃料電池車的噪聲很小且完全不排放溫室氣體。因此，氫燃料電池汽車與傳統汽車和鋰電池汽車相比，在性能、速度、補充燃料時間和清潔性上都具有明顯優勢。

《能源評論》：氫燃料電池汽車目前在研究和產業化方面現狀如何？何時能進入百姓家？

衣寶廉：從過去到現在，全球氫燃料電池汽車走了三個階段。第一階段，設想的很樂觀，但燃料電池應用于汽車上之后，受汽車工況影響，性能衰減很快。第二階段，主要解決燃料電池的可靠性、耐久性問題。因為工況比較復雜，這一階段經歷了七、八年時間，基本上解決了這些問題，燃料電池壽命也達到了要求。現在進入了第三階段，主要是進一步降低成本和鉑（Pt）用量，同時加快加氫站的建設，實現燃料電池汽車的商業化。氫燃料電池汽車的門檻比較高，為了攻克燃料電池產業化的問題，國際上形成了三大聯盟，共同解決這些技術問題。2015年，豐田的“未來”燃料電池汽車已經宣布實現了商業化，訂貨已經接近1500輛。同時，豐田為了促進氫燃料電池汽車在全世界盡快商業化，宣布了兩個重大措施，一個是專利公開，另一個是產品關鍵材料和部件可以向世界其他廠家出售。特別是后一件事情，對其他國家燃料電池盡快實現商業化的作用很大。

克拉克：美國在氫能源應用上發展很快，特別是加州氫燃料電池車的發展是全美最好的。用戶在加氫站只需要3min就可以充滿氣罐，汽車可以行駛700km，時速最高可達180km。在加州，用戶通常以租賃的形式使用氫燃料電池車。以豐田燃料電池車為例，其租賃價格為500美元/月，這其中還包括燃料和維修費用。如果要買一輛新車則需要約5.7萬美元（無補貼），美國政府還可退稅1.4萬美元，汽車經銷商提供3年的燃料費。所以目前階段加氫都是免費的。加州計劃到2018年實現氫燃料電池車保有量達1萬輛，到2020年突破2萬輛。加州目前有10座向公眾開放的加氫站，加州政府的支持力度很大，預計到2016年底要完成50座新站建設，這種支持不僅體現在資金上，還涉及土地使用、能源安全等問題的指導意見。未來新建的加氫站都會與加油站、加天然氣站“捆綁”在一起。

毛宗強：從產業化角度講，氫燃料電池汽車已經開始進入市場。2014年12月，豐田宣布其“未來”燃料電池轎車進入市場，補貼前售價為5.75萬美元。2016年3月，本田汽車公司也宣布其氫燃料電池轎車進入市場，補貼前售價為6萬美元。目前，國際各大汽車廠商都將2020年看作氫燃料電池汽車市場啟動年，屆時將大規模量產。可以預見，在2020年左右，世界將進入氫燃料電池汽車的時代。

《能源評論》：既然氫能社會這么美好，我國的氫能發展現狀如何？處于世界什么水平？

毛宗強：我國氫氣產量位居全球第一，2012年氫氣產量達到1600萬噸。然而，我國在氫燃料電池技術方面可以說是“起了個大早，趕了個晚集”。我國研究這一技術始于20世紀70年代，1990年開始發展起來，當時的質子交換膜燃料電池水平可與歐美相比。目前，我國已經具備生產質子交換膜燃料電池所需全部材料及零部件的能力，有數家公司可以制作適合車用的數十千瓦級質子交換膜燃料電池系統，不過其壽命和可靠性還有待提高。國產氫燃料電池電站還沒有進入市場，氫燃料電池備用電源也僅有零星的示范。與國際相比，我國還有一定差距。

衣寶廉：在氫燃料電池汽車領域，我國從“九五”期間就做了準備工作，現在已經發展到“十三五”，這期間，我國自主研發的氫燃料電池汽車參加了北京奧運會、新加坡世青賽、美國加州示范和上海世博會等，200多輛車參加了示范運營，累計運行里程超過十萬千米。就目前來看，國內產品性能接近國際水平，但在成本、耐久性等領域還有一定差距。

《能源評論》：目前，制約中國氫燃料電池汽車進入商業化的障礙有哪些？

衣寶廉：從國際上來看，氫燃料電池汽車正在進入商業化導入期。就我國而言，主要技術問題已經基本解決，限制其大規模商業化的有兩件事，一個是加氫站的建設，另一個是進一步提高燃料電池的可靠性和耐久性。同時，降低鉑用量也是關鍵突破點，使鉑的用量能跟汽車尾氣凈化器的貴金屬用量差不多，這樣才能實現全面商業化。降低成本的重點是生產線的建立，現在燃料電池汽車還不能像燃油車那樣一分鐘一輛在生產線上進行生產，所以生產線（包括整車和各個關鍵零部件的生產線）的建立還是很艱巨的一個任務。

毛宗強：沒錯，目前制約我國氫燃料電池汽車應用的最大障礙是缺乏加氫站。建造加氫站是氫燃料電池汽車發展的關鍵，目前各國都在加速建造加氫站。截至2013年年底，投入使用的全球加氫站總數已達到208座，計劃再建造127座，加氫站的建設正逐步走向網絡化。而我國目前在北京、上海、鄭州、大連各建成1座加氫站，佛山、如皋都有在建設中的多座加氫站。不少城市，如武漢、鹽城都已經規劃了加氫站。

克拉克：在技術方面，國外氫燃料電池乘用車必須能保障5000個工作小時，按美國行業標準每小時至少行駛約48千米，商用車（巴士）則要保障1.8萬個工作小時。目前，有的燃料電池商用車已經超過2萬個工作小時。而據我了解，中國產氫燃料電池乘用車工作時限僅有2000個小時左右，之后必須更換電池，這往往意味著要換新車。

《能源評論》：對于我國氫燃料電池汽車的發展，有什么建議？需要政府、企業做什么？

克拉克：據綠色技術研究所的一份報告顯示，到2020年，氫能產業的全球市值將達到1000億美元，2030年將是4000億美元，而到2050年則為近1.6萬億美元。對于中國氫燃料電池汽車的發展，首先要有頂層設計。日本在2014年發布了《氫能源白皮書》，從國家層面推動氫的運用以及對燃料電池汽車的普及進行規劃，包括在2015年圍繞四大商圈建設100座氫能源補給站、2020年前后實現氫能源汽車燃料耗費價格與混合動力汽車基本齊平等。由于有政府層面的總體規劃，日本工業界、科研界等全社會的力量積極參與進來。其次，企業要發揮主體作用，推動商業化進程。以豐田為例，其把燃料電池汽車視為發展的新方向，全力以赴地推進商業化。而中國一直是高校等科研單位在推進，大企業作為主體一直處于缺失狀態，已經參與的企業也猶豫不決。

——摘自《能源評論》

注：

毛宗強：國際氫能協會副主席，清華大學核能與新能源技術研究院教授，全國氫能標準化技術委員會主任。

衣寶廉：中國工程院院士，中國科學院大連化學物理研究所研究員，大連交通大學環境與化學工程學院特聘教授，燃料電池工程中心總工程師，大連新源動力股份有限公司董事長，國家863“電動汽車重大專項”專家組成員和燃料電池發動機責任專家。

伍德羅·克拉克（Woodrow Clark）：美國著名學者、社會活動家，Milken Institute高級研究員，“聯合國政府間氣候變化專家小組”（IPCC）創始人，諾貝爾和平獎共同獲得者，聯合國政府間氣候變化專門委員會特約科學家。