今年兩會“推動氫設施建設”被寫入政府工作報告后，多年來引而不發(fā)的氫能與燃料電池行業(yè)迎來了前所未有的發(fā)展機遇。

氫能是我國新能源產業(yè)發(fā)展的重要選項，但客觀而言，行業(yè)目前還處于起步階段，產業(yè)規(guī)模比較小，發(fā)展路徑尚不清晰。作為國內氫能應用“先鋒”的汽車行業(yè)正在上演各種技術角逐、全行業(yè)奮力發(fā)展的火熱局面。技術、成本、生態(tài)同時在考驗和校正著這個擁有前景光明的新興行業(yè)。

大功率長壽命技術儲備助力產業(yè)化蓄勢待發(fā)

“氫能燃料電池產業(yè)的核心驅動力是技術裝備的進步和發(fā)展，所有的資金、資本、市場和政策都離不開技術裝備的支撐，產業(yè)的未來取決于技術和裝備進一步的發(fā)展。”中國機械工業(yè)聯(lián)合會執(zhí)行副會長張克林在第四屆中國國際氫能與燃料電池技術應用展覽暨產業(yè)發(fā)展大會上表示。

一年來，伴隨著行業(yè)的奮力和政策的支持，更富有想象力的氫能燃料電池創(chuàng)新技術正層出不窮地涌現(xiàn)。

據(jù)中國電器工業(yè)協(xié)會燃料電池分會秘書長張亮介紹，電堆方面，新源動力股份有限公司開發(fā)的燃料電池電堆模塊，采用“膜基催化曾膜電極設計”和“復合雙極板”結構，突破了車用燃料電池5000小時的耐久性難關，成為我國首例自主研發(fā)超越5000小時耐久性的燃料電池產品；雙極板方面，上海清能燃料電池技術有限公司的最新雙極板發(fā)展實現(xiàn)了0.85毫米的板厚，使燃料電池的功率密度超過了每升4千瓦，比大多數(shù)石墨板設計提高了100%~200%，比大多數(shù)金屬板設計提高了20%~40%；膜電極方面，武漢理工新能源公司生產的膜電極，在0.8伏的情況下已經超過了每平方厘米400毫安，同時最高的功率密度達到了每平方厘米1.14瓦。

燃料電池發(fā)動機包括五大部分，其中核心部件是電堆，而電堆中最重要兩項技術是膜電極和雙極板。據(jù)了解，雖然在工業(yè)和信息化部發(fā)布2018年《道路機動車輛生產企業(yè)及產品公告》中，燃料電池系統(tǒng)生產企業(yè)已達到27家，但我國目前無法自主生產大功率電堆，在運的氫燃料電池汽車需要鋰離子電池配合，采用的是燃料電池+鋰電池的氫電混合模式。

“為什么國內的氫耗比較高，就是因為我國燃料電池大功率的電堆比較少，燃料電池額定功率大部分都是30千瓦的燃料電池系統(tǒng)，配一個大的動力電池。國外的都是較大功率的燃料電池發(fā)動機，配上小功率的動力電池。全功率性的燃料電池汽車，沒有能量‘存-放’的過程，有助于提高發(fā)動機的效率。”中國汽研中心檢測認證事業(yè)部郝冬表示。

就在5月6日至7日召開的第四屆中國國際氫能與燃料電池技術應用展覽暨產業(yè)發(fā)展大會上，一家名為江蘇德威新材料股份有限公司（以下簡稱“德威公司”）的企業(yè)推出大功率、長壽命的80千瓦電堆。據(jù)了解，這家國內企業(yè)實際上是收購了美國燃料電池公司USFC而獲得了技術。使用這家公司燃料電池的大巴車在美國平均運營的小時數(shù)已經超過了23000小時，最高達到29000小時。

上海德威明興新能源科技有限公司總經理杜堯告訴記者，純用氫能燃料電池汽車要求電堆功率達到100千瓦以上才能實現(xiàn)，美國和日本均有純燃料電池汽車，可以完全不靠鋰電運行。但按照目前國內的技術水平，沒必要追求純燃料電池汽車。

杜堯解釋道：“燃料電池是化學反應，要從氫氣變成電，速度較慢，在瞬間爬坡時功率往往達不到。不如用80千瓦大功率燃料電池作為主功率電池，搭配30千瓦鋰電池。鋰電池放電速度特別快，爬坡、啟動時可以彌補燃料電池的不足。今年燃料電池技術除了重視功率和壽命外，還要關心動態(tài)響應特性，以為在未純用燃料電池的時候能夠滿足需求。”

純綠色低成本氫能倫理與經濟性的抉擇

“我們的目標就是搞無碳氫、太陽氫。氫能是二次能源，從水或其他一次能源都能得到氫能，不管怎么使用最后氫又變成水，這是一個循環(huán)。所以氫從可再生資源制造就是綠色的，符合可持續(xù)發(fā)展，就是符合氫能倫理。”清華大學教授、國際氫能協(xié)會副主席毛宗強在第四屆中國國際氫能與燃料電池技術應用展覽暨產業(yè)發(fā)展大會拋出了“氫能倫理”話題。

毛宗強解釋說，“氫能倫理”就是研究開發(fā)利用氫能的行為準則，核心就是可持續(xù)的發(fā)展。“從能源發(fā)展的歷史可以看出，‘碳’越來越少，‘氫’越來越多，石油是兩個‘氫’一個‘碳’，天然氣是四個‘氫’一個‘碳’，將來如果到了氫時代，‘氫’將是無窮的而沒有‘碳’。所以氫能發(fā)展目的是要實現(xiàn)無碳氫。

實現(xiàn)無碳氫，水電解制氫無疑是優(yōu)選方案。而且目前水電解氫是主流制氫方法之一。業(yè)內人士指出，無論是氫能發(fā)展初期還是中長期，水電解制氫，兆瓦級的水電解制氫設備可以結合可再生資源儲能，能夠實現(xiàn)大體量氫能的需要。

“一個城市初期的氫大巴車的投入量在50輛~300輛，50輛大巴車對應日耗氫量20千克，一座加氫站就完全夠用了。300輛需要6~10座加氫站，每座加氫站是500~1000千克，投資總量并不大，通過水電解制氫可以較小的一次性投入實現(xiàn)高純氫的供給。”中電豐業(yè)技術開發(fā)有限公司副總經理王鵬介紹說。

但是成本高是當前水電解氫產業(yè)化的掣肘。

“氫能是二次能源，在推廣應用氫能的時候，首先必須搞清楚我們的氫源從哪里來。有人建議從煤制氫，者是把一種污染源轉移成另一種污染源，不是當初人類發(fā)展氫能的初衷。也有人說為了達到終極清潔能源，必須是水電解，可是以當前的技術，水電解成本又高，不能普及使用。”北京中科富海低溫科技有限公司總經理高金林認為，中國現(xiàn)階段合理的氫的來源應該是工業(yè)副產氫。

“根據(jù)我國已投產和在建產能測算，我國焦爐氣每年可以提供325萬噸/年的副產氫，氯堿工業(yè)的副產氫每年課提供25.6萬噸，丙烷脫氫、乙烷裂解每年可產生副產氫分別為30.5萬噸和27.5萬噸。我們的副產氫的量遠遠滿足規(guī)劃目標的百萬級氫能燃料的需求。”高金林說。

中國五環(huán)工程有限公司則基于經濟性等因素考慮了城市垃圾高溫轉化綜合制氫解決方案。總工程師夏吳表示：“目前氫氣的儲運是大家都很頭疼的問題，因為長距離基本無法運輸。我們現(xiàn)在有一種技術叫城市垃圾高溫轉化綜合制氫解決方案，這是城市氫能經濟新途徑。”

夏吳分析說，城市垃圾高溫轉化綜合制氫解決方案轉化成氫氣，綜合熱效率要比焚燒技術高4%左右。高溫轉化技術一個非常大的優(yōu)點是沒有廢氣排放，因為氣體都是轉化成合成氣產品。比如北京有很多垃圾焚燒廠，如果在周圍建幾個高溫垃圾轉化裝置，就可以把氫源問題解決。一個城市每天產生400噸垃圾，每天可以產生14.2噸氫氣。