目前，中國(guó)已經(jīng)制定了“雙碳”目標(biāo)，經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和能源轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行，其中氫能發(fā)展成為熱點(diǎn)，備受各級(jí)政府、眾多企業(yè)和廣大公眾的關(guān)注。

中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)目前發(fā)展形勢(shì)如何呢?發(fā)展路徑中面臨的困境有哪些?對(duì)外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)國(guó)際經(jīng)貿(mào)學(xué)院董秀成教授和前瞻經(jīng)濟(jì)研究院徐文強(qiáng)院長(zhǎng)對(duì)此做出了回答。董秀成指出，2021年我國(guó)氫氣產(chǎn)能產(chǎn)量超過(guò)3300萬(wàn)噸，電解水制氫技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，每年可以達(dá)到9億立方米的制氫能力，氫能全產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)已經(jīng)超過(guò)了300家。已是妥妥的氫能大國(guó)。

徐文強(qiáng)認(rèn)為，目前我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨著能源效率轉(zhuǎn)化、基建、應(yīng)用場(chǎng)景三大問(wèn)題。氫能總體能量使用效率只有約40%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于純電路線(xiàn)，導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。就另外，應(yīng)用的場(chǎng)景很多，“沒(méi)有氫就不行的”卻很少。徐文強(qiáng)認(rèn)為，對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)應(yīng)該加大政策扶持力度。

現(xiàn)狀：名副其實(shí)的全球氫能大國(guó)

總體來(lái)看，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具規(guī)模。目前，氫能除了在中國(guó)傳統(tǒng)化工、鋼鐵等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用外，已經(jīng)開(kāi)始能源、交通、建筑等其他領(lǐng)域穩(wěn)步推進(jìn)，并且不斷進(jìn)行擴(kuò)大應(yīng)用試點(diǎn)應(yīng)用。

中國(guó)是世界上最大的制氫國(guó)，年制氫產(chǎn)量約為3300萬(wàn)噸，其中達(dá)到工業(yè)氫氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的約1200萬(wàn)噸。董秀成教授認(rèn)為，中國(guó)已經(jīng)成為名副其實(shí)的全球氫能大國(guó)。

制氫能力與氫氣產(chǎn)能

根據(jù)中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2012年，中國(guó)氫氣產(chǎn)量1600萬(wàn)噸，整體呈現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)趨勢(shì)。從 2018 年開(kāi)始，中國(guó)氫氣年產(chǎn)量超過(guò)兩千萬(wàn)噸，2020 年達(dá)到2500萬(wàn)噸。2021年產(chǎn)量超過(guò)了3300萬(wàn)噸。

目前，中國(guó)電解水制氫技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，每年可以達(dá)到9億立方米的制氫能力，而且隨著成本逐漸區(qū)域下降，預(yù)計(jì)制氫能力還會(huì)繼續(xù)上升。

目前，在全球范圍內(nèi)，制氫的主要途徑還是依靠傳統(tǒng)化石能源的化學(xué)重整，其中天然氣重整制氫的占比約為48%，而真正通過(guò)綠色途徑的電解水制氫的占比僅占4%。不過(guò)，個(gè)別國(guó)家制氫途徑與大多數(shù)國(guó)家存在差異，比如日本在電解水制氫方面發(fā)展較快，其鹽水電解水制氫的產(chǎn)能已經(jīng)占其總產(chǎn)能的63%，因此受到全球矚目。

中國(guó)制氫則主要依賴(lài)煤氣化制氫及工業(yè)副產(chǎn)氫的方式，電解水制氫能力很有限，產(chǎn)量占比很小，僅僅占制氫總產(chǎn)量的1%，這與日本相比，差距甚大。

中國(guó)能源結(jié)構(gòu)與整個(gè)世界相比，具有極其特殊的特點(diǎn)，那就是能源界一直公認(rèn)的說(shuō)法，也就是所謂的“富煤少氣”。對(duì)于化石能源產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，目前傳統(tǒng)化石能源公司已經(jīng)擁有比較成熟的制氫、用氫、氣液儲(chǔ)運(yùn)經(jīng)驗(yàn)和危化品儲(chǔ)運(yùn)管理資質(zhì)及完善的銷(xiāo)售系統(tǒng)，同時(shí)也具備一定的氫能消納能力，發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)具有比較好的基礎(chǔ)。

在氫能制備方面，可再生能源制氫項(xiàng)目在華北和西北等地積極推進(jìn)，而電解水制氫的成本也出現(xiàn)穩(wěn)中有降的態(tài)勢(shì)。在氫能市場(chǎng)上，中國(guó)在應(yīng)用方面具有全球最大的潛在市場(chǎng)，如果綠氫技術(shù)一旦成熟以后，那么便可以在市場(chǎng)上進(jìn)行大規(guī)模布局和利用，通過(guò)規(guī)模效應(yīng)來(lái)盡快降低成本。

氫能汽車(chē)與加氫站

當(dāng)前，氫燃料汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍然處于起步階段，客觀上需要政府政策支持，比如政府財(cái)政補(bǔ)貼和政府采購(gòu)政策等。根據(jù)某機(jī)構(gòu)預(yù)算，推廣1000輛氫燃料汽車(chē)需要高達(dá)30-40億元的資金投入，這需要政府有較為富裕的財(cái)力。

在交通領(lǐng)域，中國(guó)現(xiàn)階段氫能利用以商務(wù)客車(chē)和重型卡車(chē)為主，正在運(yùn)營(yíng)的以氫燃料電池為動(dòng)力的車(chē)輛數(shù)量超過(guò)了6000輛，約占全球運(yùn)營(yíng)總量的12%，已成為全球最大的氫燃料電池商用車(chē)生產(chǎn)和應(yīng)用市場(chǎng)。

當(dāng)前，中國(guó)氫能車(chē)輛構(gòu)成主要以非乘用車(chē)為主，比如氫能巴士和輕型/中型氫能卡車(chē)等，氫能乘用車(chē)基本上處于起步階段。

在氫能加注方面，據(jù)今年5月的數(shù)據(jù)，中國(guó)目前已經(jīng)累計(jì)建成加氫站超過(guò)了250座，約占全球加氫站總數(shù)的40%，加氫站數(shù)量已經(jīng)居于世界第一，其中廣東和上海占據(jù)數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，走在全國(guó)氫能加注領(lǐng)域的前面。

在加氫技術(shù)領(lǐng)域，中國(guó)也不甘落后，目前35兆帕智能快速加氫機(jī)和70兆帕一體式移動(dòng)加氫站技術(shù)已經(jīng)獲得重大突破。

在氫能儲(chǔ)存和運(yùn)輸領(lǐng)域，目前為了提高儲(chǔ)存運(yùn)輸效率，使用較多的儲(chǔ)氫技術(shù)是高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫等，而氫能運(yùn)輸方式主要包括陸上運(yùn)輸、海上運(yùn)輸以及管道運(yùn)輸?shù)取?/p>

從加氫站數(shù)量來(lái)看，目前中國(guó)加氫站保有數(shù)量與國(guó)外相比沒(méi)有落后，但是國(guó)內(nèi)加氫站基本上采用高壓氣態(tài)氫氣，由于受制于相關(guān)政策和技術(shù)問(wèn)題的約束，中國(guó)尚未采用在技術(shù)上比較具有優(yōu)勢(shì)的液氫加氫站，不過(guò)也已經(jīng)開(kāi)始起步。

市場(chǎng)預(yù)期

根據(jù)《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)2020》估算，2030年中國(guó)氫氣年需求量3715萬(wàn)噸，在終端能源消費(fèi)中占比約5%，其中可再生氫產(chǎn)量約500萬(wàn)噸，部署電解槽裝機(jī)約80GW。預(yù)計(jì)到2050年，氫能在中國(guó)終端能源體系中的占比將達(dá)到10%，氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達(dá)到1萬(wàn)億元，進(jìn)而是氫能成為終端能源體系的消費(fèi)主體。到2060年，中國(guó)氫氣年需求量將增加到約1.3億噸，在終端能源消費(fèi)中占比達(dá)到約20%左右。

在氫能市場(chǎng)主體方面，中國(guó)發(fā)展也十分迅速，目前氫能全產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)已經(jīng)超過(guò)了300家，這些企業(yè)主要集中分布在長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)和京津冀等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域，而且企業(yè)數(shù)字還在繼續(xù)快速增加。

在氫能產(chǎn)業(yè)區(qū)域布局來(lái)看，發(fā)達(dá)地區(qū)與欠發(fā)達(dá)地區(qū)相比，發(fā)展勢(shì)頭更加迅速，目前長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)、環(huán)渤海三大區(qū)域氫能產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)了“集群化”的發(fā)展態(tài)勢(shì)，氫能相關(guān)產(chǎn)業(yè)處于同步協(xié)調(diào)發(fā)展階段。

唯有政策強(qiáng)力推進(jìn)  擺脫卡脖子困境

目前遇到哪些困境?前瞻產(chǎn)業(yè)研究院院長(zhǎng)徐文強(qiáng)對(duì)此做出了回答。他認(rèn)為，氫能存在幾個(gè)難以回避的問(wèn)題，這三個(gè)問(wèn)題嚴(yán)重卡氫能產(chǎn)業(yè)的脖子，如果不能解決，中國(guó)氫能源發(fā)展將道阻且長(zhǎng)。

效率問(wèn)題

氫能的轉(zhuǎn)化形式多樣，較為成熟，可通過(guò)氫燃機(jī)直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，氫燃燒轉(zhuǎn)化為熱能，氫燃料電池轉(zhuǎn)化為電能，是相對(duì)比較方便應(yīng)用的一種能源。但是能做到這幾點(diǎn)的，并不止氫能。于是，氫能利用在發(fā)展中就面臨其他路線(xiàn)的競(jìng)爭(zhēng)。尤其在和純電路線(xiàn)的競(jìng)爭(zhēng)中，氫能幾乎是全方位落于下風(fēng)。

首先是效率問(wèn)題，氫的使用需要多層轉(zhuǎn)化，綜合效率低。以當(dāng)前氫電競(jìng)爭(zhēng)最直接、最熱門(mén)的領(lǐng)域——新能源汽車(chē)為例。純電動(dòng)汽車(chē)的能源是從電到電，雖然在儲(chǔ)能過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷電能和化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)化，但轉(zhuǎn)換形式簡(jiǎn)單，能量損失小。綜合下來(lái)，鋰離子電池的能量效率可以達(dá)到80%以上，即便考慮電能從發(fā)電廠轉(zhuǎn)化為電池組輸出過(guò)程中的消耗，總體效率也能達(dá)到70%以上。

而氫能的使用，要經(jīng)歷電到氫，氫再到電的復(fù)雜轉(zhuǎn)化，能量損失較大。燃料電池的使用，理論上發(fā)電效率可以達(dá)到85%-90%，但受制于現(xiàn)有的技術(shù)水平，目前的發(fā)電效率一般在40%-60%，通常按照50%效率計(jì)算，比起鋰離子電池已經(jīng)落了下風(fēng)。再算上制氫過(guò)程中消耗：如果采用傳統(tǒng)的蒸汽重組或者電解法制氫，能量損失超過(guò)30%，雖然最新的離子膜電解法可將能效提升至80%，但總體能量使用效率只有約40%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于純電路線(xiàn)。

如果再考慮到為了方便運(yùn)輸而需對(duì)氫氣進(jìn)行加壓或降溫液化處理，能量效率還要大幅下降。加壓是用790倍大氣壓把氫氣壓縮到高壓罐中，過(guò)程中的能量損耗約為13%;液化的話(huà)，將降溫至-253℃，氫氣會(huì)凝結(jié)，過(guò)程中的能量損耗極大，約為40%。

基建問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施還相當(dāng)落后。在中游運(yùn)輸環(huán)節(jié)，想要大規(guī)模且廣泛地使用氫能，使用管道網(wǎng)絡(luò)是最合適的運(yùn)輸方案。我國(guó)現(xiàn)有所有氫氣管道，加起來(lái)只有約400公里。

假使氫能成為主流能源，燃料電池汽車(chē)全面取代燃油車(chē)和電動(dòng)車(chē)，中國(guó)一共需要多少加氫站?根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)，截至2020年，中國(guó)境內(nèi)加油站總量達(dá)11.9萬(wàn)座?？紤]到氫能源汽車(chē)在續(xù)航上和充能時(shí)間(續(xù)航1000公里，加氫需5-8分鐘)上，相較燃油車(chē)都沒(méi)有數(shù)量級(jí)上的質(zhì)變，加氫站的需求也不會(huì)差很多，至少也是數(shù)以萬(wàn)計(jì)。而目前我國(guó)加氫站已建和在建在一起還沒(méi)有達(dá)到四位數(shù)，離五位數(shù)還遠(yuǎn)。

應(yīng)用問(wèn)題

氫能可以應(yīng)用的場(chǎng)景很多，“沒(méi)有氫就不行的”卻很少。

在交通領(lǐng)域，乘用車(chē)已經(jīng)被純電路線(xiàn)搶占了先機(jī)，唯獨(dú)在叉車(chē)、卡車(chē)等商用車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用比較受看好。但以商用車(chē)市場(chǎng)的體量，顯然難以說(shuō)服各方為其單獨(dú)建設(shè)一套社會(huì)性的能源工程。

而在工業(yè)領(lǐng)域，除了傳統(tǒng)煉化環(huán)節(jié)的應(yīng)用外，最被看好的是提供中低檔工業(yè)熱能的能力。然而，隨著工業(yè)熱泵技術(shù)的發(fā)展，這一前景也遭到挑戰(zhàn)。

由于不具備獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景，前期高昂的投資缺少明確的回報(bào)前景，社會(huì)各方不免望而卻步，先觀望為妙。這樣一來(lái)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展又會(huì)愈加遲緩。

政策必須出手

徐文強(qiáng)和前瞻網(wǎng)的建議是：在當(dāng)前情況下，唯有靠外力，強(qiáng)行撕開(kāi)突破口。在當(dāng)前氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段，政府的力量不可或缺。政府應(yīng)該充分發(fā)揮引導(dǎo)作用，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，并在行業(yè)多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)發(fā)力。

這也是為什么此前業(yè)內(nèi)一直翹首期盼，希望能有重磅扶持政策出臺(tái)。

好的地方是，氫能終于有了國(guó)家級(jí)定位和目標(biāo)，向行業(yè)釋放了積極信號(hào)。不足之處在于，相關(guān)描述依然略顯寬泛，發(fā)展重點(diǎn)還不明確，同時(shí)在目標(biāo)制定上具體量化指標(biāo)較少且稍顯保守。

徐文強(qiáng)建議，政府應(yīng)為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供更大力度的支持。在資金方面，部分發(fā)達(dá)國(guó)家提出數(shù)十億甚至百億美元規(guī)模的資金支持，而中國(guó)的氫能規(guī)劃中僅表示要發(fā)揮好中央預(yù)算內(nèi)投資引導(dǎo)作用，希望未來(lái)提出明確的資金支持計(jì)劃。

此外，參考過(guò)去政策引導(dǎo)純電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，各地政府可以效仿當(dāng)時(shí)強(qiáng)制在公共交通領(lǐng)域推廣電動(dòng)汽車(chē)的舉措，在氫能源的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域加大推廣力度，建立健康、良性的商業(yè)模式。

除了政策助力以外，技術(shù)方面的突破，也有助于氫能產(chǎn)業(yè)獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

電解水技術(shù)的低效率和設(shè)備的高成本，也是制約氫能發(fā)展的主要原因之一。在主流的電解技術(shù)中，傳統(tǒng)堿性(ALK)電解技術(shù)存在效率低、產(chǎn)氫純度低、強(qiáng)堿腐蝕性、沉淀堵塞降低性能以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)速率慢等諸多致命問(wèn)題，質(zhì)子交換膜(PEM)電解、陰離子交換膜(AEM)電解等技術(shù)是未來(lái)的主要方向。

PEM電解技術(shù)的主要障礙在于，由于要用到昂貴稀缺的鉑族金屬作為氧化物，成本居高不下。不過(guò)，對(duì)于減少相關(guān)金屬使用量或者尋找替代物的研究，業(yè)內(nèi)已經(jīng)在持續(xù)推進(jìn)，未來(lái)可期。

在氫能儲(chǔ)運(yùn)方面，除了潛液式液氫泵等在液氫運(yùn)輸方面相當(dāng)有前景的技術(shù)以外，徐文強(qiáng)院長(zhǎng)認(rèn)為，新興的固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)以其的體積儲(chǔ)氫密度高、安全性更好的特性，也值得研究和關(guān)注。

其中，依托于我國(guó)豐富的鎂資源，國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)對(duì)于鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫的研究取得了相當(dāng)程度的突破，產(chǎn)業(yè)化也實(shí)現(xiàn)落地。

除此以外，其他各個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)研究，也都在穩(wěn)步推進(jìn)當(dāng)中。但這仍然需要國(guó)家政策的大力扶持。