圖為佛山大街小巷裏跑動起來的氫燃料電池公交車 記者毛麗娟攝
【文匯網訊】（香港文匯網記者 毛麗娟）提起氫能，普通人首先想到的可能只是色彩斑斕、漂浮在空中的氫氣球，而未來，氫能有望大面積應用在照明、汽車、飛行、軍工等領域。作為被世界公認的最清潔的能源之一，氫能正在孕育一場能源革命，並驅動着世界新能源汽車的變革。
在佛山南海氫能館，聲、光、影、圖及現場實驗裝置向觀眾形象展示了氫能源的前世今生，勾勒了氫能源上下游產業鏈的全場景應用藍圖。
記者在加氫站設計與建設的多媒體展示台看到，氫能源是這樣從運輸車上通過氫氣站被加到氫燃料電池車上的：當運輸液態氫氣的拖車到達氫氣站，先要通過卸氣柱將氫氣儲存到儲氫罐內，然後再經過壓縮機到達冷水機組，再進入加氫機，這個時候，「飢餓」的氫燃料電池車才可以通過加氫機來補充「燃料」。
到今年底，佛山將建設加氫站20座。目前該市上路跑的氫燃料電池車1237輛(含公交車、寬體輕型客車、物流車)。其中佛山市南海區已成為國內氫能汽車推廣規模最大、使用最密集的區域，預計今年將邁進「一區千輛」的應用規模。
關鍵材料關鍵技術臨挑戰
唐浩林表示，我國發展氫能產業面臨關鍵材料關鍵技術的挑戰。記者毛麗娟攝
儘管各方對這一新興產業已展開積極探索，氫能源要進入尋常百姓家還有很長一段路要走。先進能源科學與技術廣東省實驗室、佛山仙湖實驗室副主任唐浩林鑽研氫能源燃料電池多年，他告訴記者，氫能產業核心基礎材料研發薄弱、制氫成本高、氫能應用領域有待拓展、國內需求有待培育仍是氫能源產業中長期內發展面臨的主要挑戰。
去年成立的佛山仙湖實驗室正是為解決氫能源領域重大科技需求而設，該實驗室年內將建起包括院士等在內的100人科研團隊。唐浩林介紹，實驗室將專攻四大技術方向：其一是瞄準可再生能源制氫方式，研究降低制氫成本的路徑，實現制氫產業化；其二是聚焦前端的燃料電池電堆關鍵技術、燃料電池關鍵材料等研發，目前國內這一塊的發展跟不上後端應用的蓬勃需求；第三是攻關燃料電池的系統集成技術，與日本的豐田車相比，中國在這塊領域尚處示範階段，精細化技術有待突破；此外，建設燃料電池的技術評測平台，開放給燃料電池的研發機構和企業。
唐浩林表示，國產燃料電池的關鍵材料如催化劑、質子交換膜等目前還主要依賴進口，內地一些城市發展氫能源產業也越來越注重關鍵材料、關鍵零部件技術的引進和孵化。
「我們已經完全實現金屬雙極板國產化，但膜電極的部分關鍵進口材料成本佔到燃料電池堆總成本的近30%，還是比較高的。」 廣東愛德曼氫能源裝備有限公司副總經理楊煥軍告訴記者。
廣東廣順新能源動力科技有限公司工程師高志成受訪也透露，我國在關鍵材料關鍵技術的開發上還有很長的路要走，甚至很多精密零部件的加工設備也要從國外進口。以他所在公司所需的金屬材料的「熱處理」為例，由於國內「熱處理」技術有待提高，公司不得不向日本的廠家訂購材料，只有訂購了他們的材料，他們才會幫用戶做「熱處理」。高志成介紹，給金屬材料做「熱處理」需要把控火候，把控不到位直接影響到材料的使用壽命和機械性能。
千錘百鍊攻下逾20項專利
氫燃料電池是氫燃料電池車的心臟，也是氫能產業的核心。愛德曼氫能源裝備有限公司是國內領先的膜電極、金屬電極板、氫燃料電池堆、燃料電池系統及總成的專業生產廠家，也是目前國內唯一量產金屬雙極板電堆的生產廠家。
楊煥軍介紹，燃料電池發動機成本高昂，不降成本無法吸引老百姓購置氫能源車。記者毛麗娟攝
在廣東愛德曼的車間，楊煥軍帶記者參觀了氫燃料電池從生產、集成到封裝測試的整個生產線。楊煥軍告訴記者，愛德曼採用自研、自產的雙極板和膜電極，開發了車用凈輸出從30千瓦、35千瓦、40KW、60KW、80KW級燃料電池堆和系統，均已通過國家機動車強制檢測，同時提供整套燃料電池車動力總成解決方案。
楊煥軍介紹，不要小看氫燃料電池，上面要用到包括雙極板、催化劑、質子交換膜等在內的很多核心材料，使用任何一種材料的精細化程度都直接關係到燃料電池的功效質量。以雙極板為例，業內雙極板類型分為石墨雙極板、金屬雙極板、複合雙極板等，石墨雙極板導電導熱性好，但易碎且氣密性欠佳，成本也高，自豐田MIRIA氫能源車問世以來，一股以金屬雙極板電堆為核心的燃料電池浪潮在全球掀起。
愛德曼研發金屬雙極板電堆經歷了千百次試驗。「在電堆裝配的過程中，要把很多片金屬板和膜電極疊加起來，單是壓合的力給多大、每顆螺絲使多大力都直接關係到產品的質量。」楊煥軍透露，壓合的力給少了，會導致金屬雙極板電堆密封不良，壓合的力給多了，會導致流道堵塞、氣體流道不暢、影響功率輸出。
目前，愛德曼在產品領域擁有中國專利27項，核心成員具有歐洲、中國、美國專利25項，公司與東風、北汽福田、廈門金旅、雲南五龍、湖南中車等廠家都建立了合作，聯合研發的多款氫能公交車、物流車均已通過國家檢測，合作開發的部分氫能源車輛已量產上路。
全產業鏈成本居高不下
被稱為「終極環保汽車」氫燃料電池車具有零污染、高續航等優點，是當前世界各國新能源汽車領域的研發重點，它綜合了電動車及燃油車的優點，通過加註氫燃料提供動力，加註時間只有3分鐘、即充即走，續航可達500公里以上，未來有望替代燃油車。但由於全產業鏈成本居高不下，氫燃料電池車的商用推廣面臨較大挑戰。
首先是制氫成本。氫氣是二次能源，需要二次製備。此前，中國工業經濟聯合會會長李毅中在「2019氫能產業創新峰會」上透露，電解水制氫是未來發展方向，只是該方式成本太高，每生產1公斤氫氣需要花費30元到40元；相比之下，用煤制1公斤氫只需10元、天然氣需要17元，用工業副產氫也只要21元。這意味着，要想大規模推廣電解水制氫，首先要降低成本。
佛山仙湖實驗室副主任唐浩林給記者算了一筆賬，一公斤氫氣大概可供一輛乘用車跑100公里，電解水制氫成本1公斤40元，加上運輸成本和加氫成本，乘用車加1公斤的成本是80元左右，使用成本高於燃油車，如果換算到卡車上，使用成本將會更貴。
在國外，以國際上最成熟的豐田氫燃料電池車Mirai為例，加一次氫約1000日元大約能跑100公里，以100日元換65人民幣的匯率計算，跑100公里的成本是 65元人民幣，使用成本也高於日本燃油車。
除了制氫用氫的成本制約氫燃料電池車的發展，氫燃料電池發動機的成本也有待技術進步帶動下行。廣東愛德曼副總經理楊煥軍介紹，一台60千瓦的燃料電池發動機2019年的售價是接近100萬人民幣，目前從性價比角度考慮，如果沒有政府補貼，老百姓很難有動力去買氫能源乘用車。他指出，公司正在研發新一代高功率密度的燃料電池發動機；長遠看，隨着市場的增大，售價一定會降到每台10萬-20萬人民幣，愛德曼有完整的金屬板燃料電池全套生產線，憑藉自身技術優勢，成本每年預計會下降20%以上，發動機售價比肩一輛高端乘用車。
作為推廣氫燃料電池車必須配置的基礎設施，加氫站的建設成本也是部分城市發展氫能產業有心無力的原因之一。佛山市發改局工作人員受訪透露，建成一座加氫能力大於200公斤的加氫站需要1000多萬元，高昂的建設成本成為快速布局加氫站的阻礙，一般來說，為推廣氫能源，政府要自己掏錢維持加氫站的成本開銷。
需求待培育 商用市場待開發
在佛山的「仙湖氫谷，這裏聚集有多家國內領先的氫燃料電池系統及相關零部件企業，這些企業無一不對未來的氫能源產業前景抱有信心，但同時也感慨短期內市場對氫燃料電池車的需求尚為有限，民用商用市場有待開發，目前已上路運營的氫燃料電池車主要來自政府採購，用於交通運輸領域。
在廣東廣順新能源動力科技有限公司的車間，這家主攻燃料電池專用空氣壓縮機的企業周六也在生產，機器轟鳴，三三兩兩的工程師們穿梭在各自負責的生產線上。
自2010年起，該司聯合清華大學、上海新源等機構研發的燃料電池汽車用空壓機成功通過車載項目測試，並裝載於榮威部分乘用車及申沃、長江、九龍、金龍等客車上。2018年9月，上海首條燃料電池公交線路正式上線運營；同時期，南京金龍首條燃料電池公交車也正式投入運營。
高志成表示，國內的氫燃料車需求有待培育，目前主要是政府在採購、推廣。記者毛麗娟攝
廣順新能源工程師高志成表示，可以將燃料電池專用空氣壓縮機想像成人體的肺，缺少這個，人體不會呼吸，同理，氫燃料電池車也無法正常運轉。
「在燃料電池專用空氣壓縮機上，公司一年的產能是5000台，這麼重要的一個東西，我們每年賣出去的數量並不多，去年只賣了幾百台，每台價格是5萬到6萬。」高志成說，原因還是國內的需求沒起來，目前主要是政府在採購、推廣氫燃料電池車氫燃料電池車。
圖為愛德曼合作開發的 氫燃料電池物流車 記者毛麗娟攝
與廣順新能源有同樣困惑的還有愛德曼。楊煥軍介紹，愛德曼廣東公司的燃料電池發動機年設計產能是2000台，今明兩年生產線擴大後，年產能可以做到1萬台，但由於市場需求遠未爆發，今年的銷售量應該只有500-1000台左右，公司的產能也遠未飽和。
「我們是在為未來做儲備，未來3-5年內，中國市場對燃料電池發動機的需求量應該會達到8000-9000台。」楊煥軍透露，公司願意犧牲部分利潤，與行業參與各方共建生態、盤活市場，期望早日看到乘用車市場引進燃料電池，更多的汽車廠商一起來開發氫燃料電池車氫燃料電池車。
在高志成看來，打開商用市場是一個系統工程，需要上下游產業鏈企業及政府共同參與，除了通過技術進步去降低氫燃料電池車各類核心部件的生產成本，還要以適當的模式加快加氫站的建設，只有加氫站遍地開花了，氫燃料電池車才能逐漸從公交、物流領域的應用步入乘用車市場的應用。
佛山欲打造灣區氫城
在佛山南海氫能館的5D未來影院，戴上5D眼鏡，坐上氫能飛行器，可以身臨其境感受氫能的未來。隨着氫能飛行器的騰空躍起，人類忽而穿梭在城市的高樓大廈間，體驗高度發達的城市文明；忽而飛行至廣袤的田野，俯瞰金黃大地，感受豐收的喜悅；轉瞬間又穿越到沙漠海洋，領略祖國豐富多彩的地貌……氫能館為人們了解這一陌生的能源打開了一扇窗口。
近年來，各國認識到氫氣對保障國家能源安全、應對氣候變化、防治大氣污染等具有重要意義，紛紛將氫燃料電池車納入新能源汽車未來發展重要方向，越來越多氫燃料電池車試驗並投入使用。中國內地20多個省市也紛紛將氫能產業作為未來發展方向，多地競相出台氫能地方產業政策。粵港澳大灣區內，佛山最早發布氫能產業規劃，意欲打造灣區「氫城」。
《佛山市氫能源產業發展規劃(2018-2030年)》提出，到2020年，佛山市氫能源相關產業累計產值達到200億元，加氫站建設達到28座的發展目標；2025年產業累計產值500億元，加氫站建設達到43座；到2030年，佛山集聚氫能及燃料電池企業超過150家，培育氫能及燃料電池龍頭企業8家，形成氫能源及相關產業累計產值超過千億元，佛山建設成為全國領先的氫能源產業示範城市和集聚高地。
國際氫能委員會報告顯示，到2050年，全球氫氣需求將達到5.6億噸，氫能將佔人類終端能源消費的18%。隨着氫能源燃料電池技術的日臻成熟，氫能在交通運輸領域得到快速發展。彭博新能源財經發布最新的《新能源汽車市場長期展望》透露，到2040年，氫燃料公交車佔比達6.5％，重型商用車佔比達3.9％。
截至到2019年底，我國燃料電池汽車產銷量分別達到2833輛和2737輛，同比分別增長85.5%和79.2%，全國建成加氫站61座，投入運營52座。
日本步伐更進一步，除了交通領域的應用，該國已將氫能源作為國家基礎能源的一個重要組成部分，逐步取代核電和火力發電。在日本氫燃料電池車後蓋箱上有一個電源輸出插口，用專用的電源線連接家庭插座，可以保證一戶人家一個星期的照明、空調、冰箱、做飯、洗澡等的電力所需，或在城市出現停電時，點亮信號燈與路燈。
氫燃料電池
作為新能源汽車技術發展路線的重要分支之一，氫燃料電池被認為是「最清潔」的汽車能源之一。氫燃料電池是將氫氣和氧氣的化學能直接轉換成電能的發電裝置。其基本原理是電解水的逆反應，把氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴散和電解質發生反應後，放出電子通過外部的負載到達陰極。
責任編輯：Noah