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信息來源：中國科學技術發展戰略研究院【《中國科技人才》2023年第4期】（作者：劉東，總體研究所，研究員）

 

摘要

 

氫能源汽車發展是關乎實施雙碳戰略、推動能源革命和汽車產業轉型升級、培育未來產業的重大戰略舉措。本文基于加快布局氫能源汽車產業發展的戰略意義，通過對氫能源汽車產業發展面臨的氫能源供給約束、關鍵核心技術研發、產業發展策略、基礎設施規劃建設等關鍵問題進行分析，提出構建多元化氫能供給體系、加快產業技術供給能力建設、盡早布局乘用車發展、適度超前布局和建設氫能源汽車基礎設施、注重氫能源汽車產業生態構建等相關對策建議。

關鍵詞：氫能源汽車；燃料電池；關鍵核心技術；關鍵問題；對策

中圖分類號：KT91；TM911

 

經過多年努力，我國新能源汽車產業技術水平不斷提升，產業競爭力顯著增強。自2015年以來，我國新能源汽車產銷量、保有量連續多年居世界首位。氫能源汽車是新能源汽車發展的重要方向之一，學術界、產業界對我國氫能源汽車發展的戰略機遇和選擇、技術路線、產業化前景、促進政策等進行了大量研究。例如，中國工程院組織開展汽車強國戰略研究及廣東、上海等重點地區氫能源汽車產業戰略研究等，中國汽車工程學會組織開展節能與新能源汽車技術路線圖2.0、編寫《世界氫能與燃料電池汽車產業發展報告（2021）》等。但目前各界對氫能源汽車產業化發展時機是否成熟、技術路線和發展策略的選擇、氫源供給和基礎設施布局等仍存諸多爭議，這在一定程度上影響了各地發展氫能源汽車產業的決策和決心。本文在深入調研基礎上，結合國際發展趨勢和動向，對我國氫能源汽車產業發展的必要性和若干關鍵問題進行分析，提出相應的對策建議。

 

1 加快布局氫能源汽車產業具有戰略意義

 

1.1 氫能源汽車是汽車產業轉型升級的重要方向

 

汽車產業正處在轉型升級和顛覆性創新的劇變期。近年來，我國在以電動化、智能化為代表的新能源汽車賽道上抓住機遇，取得技術和產業化突破，成為全球新能源汽車產業發展的重要區域。而氫能源汽車正在成為汽車產業發展的下一個風口和新投資熱點。豐田、現代等世界汽車巨頭早在20世紀八九十年代就開始布局，美日歐韓等國政府近年來也紛紛加大扶持力度。氫燃料電池行業研究機構——香橙會氫能數據庫數據顯示，截至2022年底，全球燃料電池汽車保有量67488輛。2022年全球主要國家銷售燃料電池汽車17920輛，同比增長9.9%。中汽協公布的數據顯示，2022年我國氫燃料電池汽車產銷量分別為3626輛和3367輛，同比增長105.4%和112.8%。中國汽車工程學會組織編制的《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》預測，2025年我國氫燃料電池汽車保有量將達到10萬輛左右，2030年將達到100萬輛左右。

氫能源汽車產業具有很強的產業帶動性，產業鏈涉及能源、交通、材料、機械、電子等眾多行業。氫能源汽車發展有望進一步拓展新能源汽車產業發展空間，創造出更多新就業崗位。

氫能源汽車產業發展對推動能源結構綠色轉型意義重大。據中國工程院相關研究報告測算，氫燃料電池車替代燃油汽車將大幅降低一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物和顆粒物（PM）整體排放量。

 

1.2 氫能源汽車是當前氫能應用的主要場景

 

氫能是全球能源技術革命和產業發展的重要方向。國際氫能委員會預測，2050年全球終端能源需求中氫能占18%，氫能市場規模超過2.5萬億美元。歐洲、美國、日本和韓國等國家及地區都非常重視氫能的發展，相繼制定氫能產業發展戰略和政策，且企業參與度較高。日本于2017年率先提出氫能源國家戰略，成為全球氫能源技術的領跑者。我國于2022年3月出臺《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》，明確氫能是未來國家能源體系的組成部分，是用能終端高耗能、高排放行業實現綠色低碳轉型的重要載體。

 

世界各國積極探索和擴大氫能的應用示范領域，但氫能源汽車仍是當前氫能產業最主要的應用場景之一。《美國氫能經濟路線圖》顯示，美國2020年率先啟動氫燃料電池乘用車、公交車、重載貨車領域示范，之后向航空、水運、軌道交通等領域拓展應用。相比歐洲、美國、日本和韓國等國家及地區，我國在氫能應用場景上比較單一，應用示范主要集中在氫燃料電池商用車領域，如氫燃料電池公交車、物流車和有軌電車等。

 

1.3 加快布局氫能源汽車有利于搶抓產業發展機遇

 

我國氫能源汽車產業呈后來居上、快速發展態勢。根據國際能源署（IEA）的統計，我國氫燃料電池車從2017年底的50輛增長到2021上半年末的8440輛，不到4年時間增長了168倍。香橙會數據庫顯示，到2022年底，我國燃料電池汽車保有量達到12306輛，僅次于韓國（29623輛）和美國（14979輛），居全球第3位。

 

目前我國在氫燃料電池整車、車用燃料電池核心技術和系統集成上取得一定進展。車用燃料電池系統的功率密度、最高效率等多項技術指標與國際先進技術水平同步。燃料電池電堆、壓縮機、氫氣循環裝置、控制系統和傳感器等均已實現國產化，特別是國產化電堆的技術水平已有大幅度提升。

 

國內部分地區已具備一定的發展基礎。以廣東為例，已基本具備氫燃料電池汽車全產業鏈規模化發展條件，燃料電池八大關鍵核心零部件和材料的頭部企業均處于國內領先水平。全國產能最大、技術水平最高的膜電極、催化劑、碳紙、質子交換膜生產線均在廣東省。隨著廣東省生產的氫燃料電池商用車制造成本持續降低，已逐步具備規模化推廣應用基礎。

 

我國出臺了一系列氫燃料電池汽車示范應用的扶持政策，良好的政策環境和產業生態吸引豐田、現代等汽車巨頭紛紛落地投資。

 

發展氫能源汽車產業對推動能源轉型和產業變革具有重要意義。未來10年，氫能源汽車產業有望迎來市場規模化應用拐點，我國需要加快產業布局，尤其在氫源條件、產業基礎、技術積累等條件較好的地區率先探索，盡快實現產業化突破。

 

2 我國氫能源汽車產業發展面臨的關鍵問題
 

盡管我國氫能源汽車產業發展具備了一定條件，但必須清醒地認識到，我國自主可控氫能源汽車產業規模化發展的基礎仍舊薄弱，尚有一些關鍵問題亟待解決。

 

2.1 氫能源供給硬約束需要破解

 

氫源構成是產業發展的首要硬約束條件。氫能可分為灰氫、藍氫、綠氫。灰氫是利用化石燃料制備，技術成熟且成本較低，但制氫過程碳排放較高。藍氫是在化石燃料制氫的基礎上制得，利用碳捕捉與封存技術（CCS）減少70%以上的碳排放。綠氫是利用風能、太陽能等可再生能源制造，可實現從生產到消費全過程接近零碳排放。盡管我國是世界上最大的制氫國，但現有氫氣以灰氫為主。據石油和化學工業規劃院統計，截至2021年底，我國氫氣來源主要包括煤、焦爐煤氣、天然氣、甲醇、燒堿等，其中煤制氫產能2388萬噸/年，占近六成；焦爐煤氣制氫產能811萬噸/年，約占20%，且大部分氫氣為企業自產自用，用于市場化的能源供給非常有限。

 

節能減排是發展氫能源汽車的戰略目的。由于目前綠氫的制造成本遠高于灰氫和藍氫，從氫能產業發展全局考慮，氫能源汽車發展初期可使用灰氫。但著眼于長遠，產業必須建立在以綠氫供給為主的基礎之上，否則產業發展就失去了減碳環保的戰略意義。綠氫規模化、市場化仍有待時日，氫能源汽車產業發展任重道遠。

 

2.2 產業關鍵核心技術研發能力嚴重不足

 

目前，歐洲、美國、日本和韓國等國家及地區在氫燃料電池汽車整車及燃料電池電堆、系統集成及關鍵部件、材料生產制造等關鍵核心技術上處于領先地位，擁有一批具有核心技術和規模化生產能力的代表性企業。近年來，我國在燃料電池核心技術、系統集成及關鍵部件、材料上取得了一定的產業化突破，但只是解決了“從無到有”的問題，關鍵核心技術和關鍵部件仍依靠進口，受制于人的局面沒有得到根本扭轉，產業發展總體處于落后狀態。以燃料電池動力系統為例，部分國內企業在膜電極、空壓機和氫循環泵等方面有一定突破，但在催化劑、炭紙、質子交換膜等關鍵材料生產，以及電堆和系統壽命、可靠性、耐久性等方面短板明顯。

 

歐洲、美國、日本和韓國等國家及地區的技術和產業優勢來自其強大的研發和資金實力。例如，美國能源部氫和燃料電池技術辦公室于2020年10月組建了由5個國家實驗室組成的百萬英里燃料電池貨車聯盟（M2FCT），目標是進一步提升重型貨車用燃料電池性能并降低成本。2020年，歐盟燃料電池和氫能聯合組織（FCH-JU）投入超過1億歐元支持氫能和燃料電池在重型車、船舶等重載裝備領域的研究。現代汽車早在1998年就成立專門從事氫燃料電池汽車電堆和系統技術研發的麻北生態技術研究院。2021年，現代汽車發布“氫能遠景2040”，計劃在氫燃料電池汽車生產設備及研發方面投資11.1萬億韓元。

 

圍繞氫能產業發展，我國陸續布局一批創新平臺或機構，部分頭部企業在氫燃料電池乘用車、商用車及膜電極、催化劑等關鍵零部件和材料生產等方面，形成了一定的研發基礎和能力。但與美日歐韓相比，研發能力和投入無論在企業層面還是在產業層面都存在較大差距。我國在氫能源汽車領域的研發力量有限、研發資源分散，尤其是面向長遠技術目標的戰略研發力量布局還處在起步探索階段。缺少原創成果，核心專利布局嚴重不足，制約了產業持續創新發展。

 

2.3 近期聚焦商用車的策略需要結合長期戰略適度調整

 

國外氫燃料電池汽車高度集中在乘用車領域（所占份額在90%以上）。豐田、現代兩家企業在氫燃料電池乘用車領域的技術和市場優勢明顯，占據全球95%以上份額。豐田新一代Mirai燃料電池汽車，產品性能持續保持行業領先水平；現代正在研發的第三代燃料電池系統，技術指標和產品性能將顯著提升，成本有望大幅下降，并計劃到2028年率先成為全球首個旗下所有商用車型均搭載氫燃料電池系統的汽車廠商。近年來，國外巨頭也開始在氫燃料電池商用車領域加緊布局，如豐田與五十鈴、日野等合作開發氫燃料電池貨車。推動乘用車和商用車協同發展已經成為國外政府和業界的共識。

 

我國氫燃料電池汽車則以商用車為主（份額為99%）。國家有關開展燃料電池汽車示范應用的政策，明確重點支持中重型商用車。相比乘用車，短期內商用車無論在技術成熟度還是在應用場景等方面都更具產業化應用優勢，選擇商用車示范應用入手符合我國作為汽車產業后發者的實際狀況。

回顧汽車產業發展歷程，產業競爭的制高點最終是乘用車。盡管氫燃料電池乘用車短期內尚看不到盈利前景，但從長期戰略考慮，在先期選擇商用車為示范應用重點的同時，需要研判我國是否應盡早布局乘用車發展，以避免在未來競爭中處于不利局面。目前，我國上汽、一汽、長安、長城、廣汽等整車企業已著手氫燃料電池乘用車開發，但相比國外巨頭仍處于落后局面。

 

2.4 基礎設施規劃和建設需要順應產業發展階段性特點變化

 

回顧燃油和電動汽車產業發展歷程，基礎設施是產業早期發展的主要瓶頸之一。基礎設施規劃和建設先行是產業發展的必要條件，同時也要順應產業發展階段性需求特點和變化。氫能源汽車產業發展早期，加氫站等設施的建設和運營成本較高，不當規劃和建設會導致投資失誤和資源浪費。

 

香橙會數據顯示，截至2022年底，我國已建成加氫站共310座，居全球首位。目前，存在加氫站發展和運營模式不明確、加氫站土地供應不足和管理缺乏規范、氫燃料電池汽車加氫難與加氫站閑置率高并存、相關政策和金融支持不夠等問題，這些都需要根據氫能源汽車產業發展階段性特點、氫源供給的渠道和方式等進行評估和研究。此外，針對各地儲運標準和規范不統一導致應用端加氫、用氫不便等問題，也亟需加強技術標準體系建設。

 

3 推動我國氫能源汽車產業發展的建議

 

基于氫能源汽車發展的重要戰略意義，我國應明確氫能源汽車為戰略必爭的未來產業之一，并從實際出發實施積極審慎的氫能源汽車發展戰略，避免盲目追求短期目標，或陷入低質同構化競爭。應以核心技術研發、基礎設施建設和政策環境營造為先導，打造氫能源汽車產業集群，使我國逐步成為氫能源汽車產業發展的引領者和產業技術重要策源地。

 

3.1 明確氫能供給方式和渠道，構建多元化氫能供給體系

 

我國現有氫能供給難以滿足氫能源汽車產業發展需求，尤其是清潔、低碳、低成本的中長期氫能供給缺乏保障。未來氫能供應必須拓寬供應渠道，構建多元化氫能供給體系。

 

大力發展綠氫。我國現有工業制氫產能約為2500萬噸/年，可為氫能源汽車產業發展初期階段提供低成本氫源。現階段，可以根據氫能源汽車產業初期發展需求，適度擴產灰氫；利用豐富的煤炭資源輔以二氧化碳捕捉與封存技術（CCS），來提供藍氫。但未來的自主氫能供給必須著力發展綠氫，包括谷電、可再生能源電解水和核能制氫等。我國是全球第一大可再生能源發電國，僅每年風電、光伏、水電等可再生能源棄電就有約1000億千瓦時，如果將這些棄電用來電解水制氫，可增加氫能約200萬噸。通過技術進步進一步提高成本競爭力，有望使可再生能源制氫成為我國未來氫源供給的主要方式。

 

推動氫能源汽車發展領先省市（如廣東、上海）與綠氫制造前景看好的省份（如海南、內蒙古、新疆）合作，探索互利共贏的商業模式，共同發展綠氫產業。中國工程院正在積極建議海南省發揮優勢，加快氫能發展，建設國家級氫能試驗區。

 

著力解決氫氣儲運問題，包括儲運走廊建設，氫氣儲運新技術、新工藝及裝備開發等。目前，上海提出探索建立長江氫能運輸走廊，布局滬外、海外氫源生產基地和進口碼頭，構建多渠道氫能保障供給體系。廣東提出建立“一環三線”氫走廊的設想，以打通氫運輸路徑，解決氫源和產業分布不匹配的問題，為氫能源汽車在遠距離交通運輸領域的應用推廣提供保障。

 

3.2 加快產業技術供給能力建設，實現關鍵核心技術自主可控

 

借鑒歐洲、美國、日本和韓國等國家及地區經驗，在企業和產業層面加強產業技術供給能力建設。發揮政府增量資源的引導作用，促進企業增強研發能力，重點激勵整車企業及核心零部件和材料企業加大研發投入，借鑒豐田、現代等企業做法，加強研發機構和創新團隊建設；同時針對中長期關鍵核心技術攻關需求，加快高水平產學研結合的公共研發平臺或機構的戰略布局。

 

針對產業顛覆性創新特點，支持多元技術路線探索，在重視燃料電池技術研發的同時，加大氫內燃機的研發力度；鼓勵研發模式創新，包括平臺型、開放式創新；圍繞產業鏈關鍵環節，加強產業技術創新戰略聯盟等創新聯合體建設，開展關鍵技術聯合攻關和成果共享。

 

3.3 以燃料電池商用車為切入點，盡早布局乘用車發展

 

根據國家有關部門開展氫能源汽車示范應用的政策，近期氫燃料電池中重型商用車尤其是重型貨車是政策扶持和市場應用的重點。中國汽車工程學會預測，2030年我國燃料電池中重型車保有量有望占燃料電池汽車總量的90%以上。各地應契合國家政策傾向和本地現狀，以客車、貨車、物流車等燃料電池商用車示范應用為產業培育和發展的切入點，探索規模化發展，不斷降低燃料電池和氫氣成本。

 

要充分認識到“乘用車為王”的汽車產業發展規律，鼓勵有條件的整車企業盡早布局氫燃料乘用車研發，并運用多樣化產學研結合模式，借鑒電動汽車發展經驗，努力縮小與豐田、現代等先發者在氫燃料電池乘用車領域的技術差距。支持長三角、珠三角、環渤海等具備條件的地區，率先試點開展氫燃料電池乘用車示范運行，逐步實現氫燃料電池乘用車商業化運營。2022年9月底，全國首批80臺氫燃料電池網約車在上海投入運營，拉開了我國氫燃料電池乘用車常態化運營的帷幕。

 

3.4 適度超前布局和建設氫能源汽車基礎設施

 

在堅持適度超前布局的前提下，適應氫能源汽車產業不同發展階段的特征和需求，推進基礎設施規劃和建設。針對產業發展早期以商用車為切入點的策略，加氫站等基礎設施的規劃和建設首先要符合商用車運營規律，如運營線路相對固定、運營場景相對簡單等。隨著乘用車的應用推廣，加氫站等基礎設施的建設則需要更加兼顧乘用車運行線路分散、廣泛的情況。此外，要盡早謀劃加油站等現有基礎設施的轉型和利用。

 

積極創新終端用氫模式，探索制氫加氫一體化，液氫、油氫合建等多形式加氫站建設運營模式，逐步降低基礎設施建設和用氫成本。同時針對氫源供給與產業布局不匹配的狀況，在氫儲運的核心技術及裝備研發上加大投入，尋求技術和產業化突破。

 

3.5 注重氫能源汽車產業生態的構建

 

新能源汽車的產業生態正在發生巨變和重構，尤其是投融資、人才、標準、場景等亟需順應顛覆性創新的產業環境而進行適應性調整。

 

創新投融資模式。利用融資租賃等金融工具解決燃料電池汽車一次性購置成本過高問題；利用政策引導社會資金投資基礎設施建設和運營；運用風險投資、眾籌、資本市場等多樣化投融資方式和渠道，支持氫能源汽車領域創業。

 

構建多元結構人才引進和培養體系。聚焦氫能源汽車產業鏈的人才緊缺環節，引進高層次領軍人才和關鍵技術人才；支持高校加強相關學科建設和研發人才培育；支持職業技術學院打造“開放式產學研用”培養模式，培養和培訓復合型技能人才和專業性技術工人。

 

推進標準體系建設。加強氫能源汽車標準體系規劃和路線圖研制，鼓勵行業和企業圍繞整車、車載燃料電池、加氫站等組織開展標準研制，并加強與國際相關標準化組織的交流合作，對接國際先進技術標準，積極參與國際標準研制；支持氫能源汽車及關鍵零部件、材料的檢驗檢測和認證平臺或機構建設。

 

加強應用場景創造。借鑒培育和扶持電動汽車發展經驗，為氫能源汽車發展提供更多應用場景，以促進氫能源汽車的示范應用推廣。2022年啟動的上海臨港“國際氫能谷”就提出“場景先行、訂單引領”的發展思路，通過開發臨港豐富的應用場景資源，包括重卡、渣土車、通勤客車、叉車等臨港氫能應用基本盤，將場景資源轉化為訂單，拉動氫能產業集聚發展。

 

（參考文獻略）