【12年大众领驭】氢能源的走向

依稀记得去年11月中国能在11月26日发布公告，为了抓住氢能产业发展的机会，计划投资50亿韩元，在全资子公司成立氢能发电有限公司。统筹领导公司氢能业务发展，构建公司氢能全产业链及一体化发展平台。

随着新能源热度上升，除了氢电，在锂电“赛道”上锂离子电池及相关材料生产研发企业多氟多和中国新能源产业龙头宁德时代作为行业巨头纷纷通过抢资源、扩产能等手段加强布局，就连部分其他行业的巨头“水泥龙头”金圆股份和“纺织巨头”中银绒业也尝试“跨界”分一杯羹，从二级市场表现和有关部门的关注来看，部分企业的锂电版图“扩张”当前还未得到正面反馈。工信部等有关部门也积极行动，进一步加强锂离子电池行业管理、推动行业转型升级和技术进步。

氢能作为一种高热量、零污染、储量丰富的能源，也是人类发展的理想能源。然而由于技术难以突破，几十年的时间也没有达到主流使用的水平。如今随着全球加大节能减排和环境保护力度，氢能源再次成为工业和交通领域的宠儿。

如今，越来越多的车企都开始在氢能源路线上发力。现代汽车、起亚汽车、上汽集团、通用汽车都推出了新一代氢燃料电池车。不仅仅是在汽车领域，氢燃料电池技术在其他领域也应用广泛。在韩国，氢燃料电池无人机的续航时间是普通电池的4倍以上。国际氢能协会副主席毛宗强称：充一次气非常快，小车只要三分钟就可以充完，充完一次气能够跑六百公里没问题。

而特斯拉认为氢燃料电池技术“极其愚蠢”，认为这条路走不通，目前主流车厂也大都不约而同迈上锂电之路，似乎氢燃料败局已定。但在国际上越来越多的国家和企业也在争相加码氢能产业。日本川崎重工等七大行业巨头联合组建专项研究项目，开发运输及储藏液化氢气的实用技术。

当然我们也不要过分地将氢能集中到汽车领域，氢能还可用于各种照明、农业生产等领域如在日本川崎市的一家酒店内，氢燃料电池不仅可以照明、加热大型公共浴室，还可以种植蔬菜，为消费者提供美味可口的食物。目前，全球氢燃料电池领域内的专利申请量呈现快速增长的趋势。最新数据显示，截至目前，全球共有3．9万余件氢燃料电池相关的专利申请，中国和美国分别有1．1万余件和1．4万余件，位列该领域的专利申请量前两名。

在我国无论是国家层面战略规划还是地方层面战略规划都更偏向于氢能的发展。据2020氢能产业发展创新峰会发布的《中国氢能产业发展报告2020》预计，到2050年，氢能在交通运输、储能、工业、建筑等领域广泛使用，氢需求量由目前2000多万吨提升至约6000万吨，氢能产业链产值扩大，产业产值将超过10万亿元。2050年氢的终端销售价格将降至20元／kg，加氢站数量达到12000座，氢燃料电池汽车保有量达到3000万辆，固定式发电装置2万台套／年，燃料电池系统产能550万台套／年，全国将进入氢能社会。

另外在地方层面，为了进一步鼓励、支持氢能基础设施建设及燃料电池产业发展，从各地方出台了一系列政策规划和行业标准，鼓励氢能产业链的集群化发展。目前，东部沿海地区、汽车产业强省以及氢气资源充沛的区域有望成为首批示范城市群。京津冀、长三角、珠三角以及川渝地区先后推出氢能产业发展指导意见、行动规划、实施方案等政策文件，对氢燃料电池汽车运营数量、加氢站建设数量、加氢能力、产氢能力提出了明确的目标要求。

虽然有众多的国家和企业也在争相加码氢能产业，但也难掩氢电池劣势，大致可分为几个方面。首先是锂电车可以直接从电网取电，氢能车上路需要制氢，而制氢需要用电。如果采用传统的蒸汽重组或者电解法制氢，能量损失超过30％，虽然最新的离子膜电解法可将能效提升至80％，但锂电池直充的效率是99％，差距明显。

其次，氢气的存储和运输成本相当高。刚刚制取出来的氢气，能量密度是非常低的，要增大密度，主要有两种方式：一是加压，用790倍大气压把氢气压缩到高压罐中，过程中的能量损耗约为13％；二是液化，降温至－253℃，氢气会凝结，过程中的能量损耗极大，约为40％。因此常用方式是加压，但高压罐比液化罐重，这也会损耗一定能量。

最后，氢能的“从油箱到车轮”的能量效率较低。氢燃料电池车加氢之后，氢能转换为电能，转化效率约60％，而锂电车考虑到交流直流的转换，效率约为75％。由于效率和成本问题，氢能车预期使用成本是锂电车的数倍，这也正是绝大部分车厂选择锂电的原因之一。

我国提出，2030年前二氧化碳排放力争达到峰值，2060年前努力争取实现碳中和，这也被称作碳达峰、碳中和“30·60”目标。数据显示，能源领域碳排放占全社会碳排放的90％左右，其中电力行业碳排放又占能源领域碳排放的一半左右。能源电力领域也由此成为践行“30·60”战略目标的主战场。因此无论是氢电还是锂电都是在践行国家战略。

接下来，我们谈谈什么是氢能源电池。

氢燃料电池是使用氢这种化学元素，制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。

1、特点

无污染

燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应，而不是采用燃烧（汽、柴油）或储能（蓄电池）方式－－最典型的传统后备电源方案。燃烧会释放象COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述，燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的（光伏电池板、风能发电等），整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。

无噪声

燃料电池运行安静，噪声大约只有55dB，相当于人们正常交谈的水平。这使得燃料电池适合于室内安装，或是在室外对噪声有限制的地方。

高效率

燃料电池的发电效率可以达到50%以上，这是由燃料电池的转换性质决定的，直接将化学能转换为电能，不需要经过热能和机械能（发电机）的中间变换。

2、区别

干电池、蓄电池是一种储能装置，是把电能贮存起来，需要时再释放出来；而氢燃料电池严格地说是一种发电装置，像发电厂一样，是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。另外，氢燃料电池的电极用特制多孔性材料制成，这是氢燃料电池的一项关键技术，它不仅要为气体和电解质提供较大的接触面，还要对电池的化学反应起催化作用。

3、应用领域

航天领域

20世纪60年代，氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。往返于太空和地球之间的“阿波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。进入70年代以后，随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术，很快，氢燃料电池就被运用于发电和汽车。

大型电站，无论是水电、火电或核电，都是把发出的电送往电网，由电网输送给用户。但由于各用电户的负荷不同，电网有时呈现为高峰，有时则呈现为低谷，这就会导致停电或电压不稳。另外，传统的火力发电站的燃烧能量大约有70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上，燃烧时还会消耗大量的能源和排放大量的有害物质。而使用氢燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，能量转换率可达60%～80%，而且污染少、噪音小，装置可大可小，非常灵活。

氢的化学特性活跃，它可同许多金属或合金化合。某些金属或合金吸收氢之后，形成一种金属氢化物，其中有些金属氢化物的氢含量很高，甚至高于液氢的密度，而且该金属氢化物在一定温度条件下会分解，并把所吸收的氢释放出来，这就构成了一种良好的贮氢材料。

汽车应用

20辆中国自主研制的氢燃料电池轿车在同济大学新能源汽车工程中心举行赴京发车仪式，它们将在奥运会中投入运营。这20辆氢燃料电池轿车是基于大众帕萨特领驭车型，通过改制和集成最新一代燃料电池轿车动力系统平台而成功研发出来的。它们以氢气为能源，经氢氧化学反应生成水，真正实现零污染。氢燃料电池轿车加一次氢可跑300多公里，时速达每小时140~150公里。氢燃料电池轿车比同类型内燃机车重200多公斤，贵5倍以上。

氢燃料电池车的工作原理是：将氢气送到燃料电池的阳极板（负极），经过催化剂（铂）的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子（质子）穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板（正极），而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧，可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水（蒸气）带走，就可以不断地提供电能。燃料电池发出的电，经逆变器、控制器等装置，给电动机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动，就可使车辆在路上行驶。

与传统汽车相比，燃料电池车能量转化效率高达60~80%，为内燃机的2～3倍。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳，也没有硫和微粒排出。因此，氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车，氢燃料是完美的汽车能源！

氢燃料电池车的优势毋庸置疑，劣势也是显而易见的。随着科技的进步，曾经困扰氢燃料电池发展的诸如安全性、氢燃料的贮存技术等问题已经逐步攻克并不断完善，然而成本问题依然是阻碍氢燃料电池车发展的最大瓶颈。氢燃料电池的成本是普通汽油机的100倍，这个价格是市场所难以承受的。

据悉，这批氢燃料电池车，最大输出功率高达60千瓦，燃料消耗仅为每百公里1.2公斤氢气，大约相当于4升93号汽油。

英国政府将大力发展氢燃料电池汽车，计划在2030年之前使英国氢燃料电池车保有量达到160万辆，并在2050年之前使其市场占有率达到30%-50%。政府将从2015年起实现氢燃料电池汽车本土化生产，并自行研发相关技术，另外还将建设氢燃料补给站。

目前丰田汽车公司已经将燃料电池的成本大幅降低, 整车价格控制在6.9万美元(40万人民币), 可提供100KW动力输出, 续航能力达到700公里. 并将在北美和日本本土上市, 上市时间为2015年上半年。

飞机应用

工作原理

燃料电池（Fuel Cell），是一种发电装置，但不像一般非充电电池一样用完就丢弃，也不像充电电池一样，用完须继续充电，燃料电池正如其名，是继续添加燃料以维持其电力，所需的燃料是“氢”，其之所以被归类为新能源，原因就在此。燃料电池的运作原理（如图1），也就是电池含有阴阳两个电极，分别充满电解液，而两个电极间则为具有渗透性的薄膜所构成。氢气由燃料电池的阳极进入，氧气（或空气）则由阴极进入燃料电池。

经由催化剂的作用，使得阳极的氢分子分解成两个质子（proton）与两个电子（electron），其中质子被氧‘吸引’到薄膜的另一边，电子则经由外电路形成电流后，到达阴极。在阴极催化剂之作用下，质子、氧及电子，发生反应形成水分子，因此水可说是燃料电池唯一的排放物。燃料电池所使用的“氢”燃料可以来自于水的电解所产生的氢气及任何的碳氢化合物，例如天然气、甲醇、乙醇（酒精）、沼气等等。由于燃料电池是经由利用氢及氧的化学反应，产生电流及水，不但完全无污染，也避免了传统电池充电耗时的问题，是目前最具发展前景的新能源方式，如能普及并应用在车辆及其他高污染之发电工具上，将能显著减轻空气污染及温室效应。

波音公司于2008年4月3日成功试飞氢燃料电池为动力源的一架小型飞机。波音公司称这在世界航空史上尚属首次，预示航空工业未来更加环保。但波音承认，这一技术不太可能为大型客机提供主要动力。

波音公司于2008年2月至3月3次在西班牙奥卡尼亚镇进行试飞氢燃料电池飞机，成功试飞具有历史意义。　小型飞机起飞及爬升过程使用传统电池与氢燃料电池提供的混合电力。爬升至海拔1000米巡航高度后，飞机切断传统电池电源，只靠氢燃料电池提供动力。飞机在1000米高空飞行了约20分钟，时速约100公里。这一技术对波音公司意义重大，也让航空工业的未来“充满绿色希望”。

小型飞机由奥地利“钻石”（Diamond）双座螺旋桨动力滑翔机改装而成，飞机内安装了质子交换膜燃料电池和锂离子电池。小型飞机翼展16.3米，机身长6.5米，重约800公斤，可容纳两人。试飞过程中，机上只有飞行员一人。

在机舱内，传统电池安放于唯一的乘客座位上，飞行员背后有一个类似潜水员使用的氧气罐。波音公司说，这架飞机连续飞行时间最长45分钟，“不会产生任何噪音”。氢燃料电池通过氢转化为水的过程产生电流，不产生温室气体。除热量外，水蒸气是氢燃料电池产生的唯一副产品。

波音的氢燃料电池飞机带来技术突破，但“波音（欧洲）研究与技术”部称，。这一技术可能为大型飞机提供辅助动力，但这需要技术突破。

技术局限性

在燃料价格上涨、环境污染与全球变暖的情况下，对更清洁、更安全、效率更高的交通工具的需求快速增长。

波音的氢燃料电池飞机带来技术突破，但波音（欧洲）研究与技术部负责人埃斯卡蒂说，氢燃料电池可以为小型飞机提供飞行动力，但不能为大型客机提供主要动力。

波音公司负责试飞工作的工程师涅韦斯·拉佩纳说，这一技术可能为大型飞机提供辅助动力，但这需要技术突破。波音公司说，将继续开发氢燃料电池的潜力，以改善环境。

国际能源机构说，推广使用氢气和氢燃料电池，可减少石油、天然气、煤炭这三种可产生温室气体的能源消耗。

4、发展现状

据储能国际峰会获悉，作为真正意义上“零排放”的清洁能源，氢燃料电池在发达国家的应用正在提速。日本将于2015年前建成100座加氢站，已建成13座，欧盟在近期通过了增加燃料电池巴士项目；现代汽车ix35燃料电池车批产型号已于2012年3月下线，并计划2015年起大批量生产。这表明燃料电池已从实验室真正走向产业化，与锂电池相比，它更具有零污染优势。

美国能源部在对外表示，韩国汽车制造商现代汽车、德国汽车制造商奔驰、日本车企日产汽车和丰田汽车已经与该部门达成了协议，将准备推出首轮氢动力汽车。这一公共部门与私人企业合作模式将会把关注的重点放在氢能源基础设施的构建上，且将会把这个命名为H2USA。

在欧洲层面上，荷兰、丹麦、瑞典、法国、英国与德国六国已经达成共同开发推广氢能源汽车的协议，各国将一同建设一个欧洲氢气设施网络，并协调能源传输。

英国政府提出，将大力发展氢燃料电池汽车，其计划2030年之前英国氢燃料电池车保有量达到160万辆，并在2050年之前使其市场占有率达到30%-50%。

我国首辆氢燃料电池电动机车历时四年终于研制成功，可以用于工业领域，比如矿山牵引车。另外，08年奥运会期间我国自主研制的20辆氢燃料电池轿车投入运营，为首批获得国家上路许可证的燃料电池汽车，同济大学参与研制。

2010年6月30日，山东东岳集团向全世界宣告，中国自主研发的氯碱用全氟离子膜、燃料电池膜实现国产化。历经8年科研攻关，打破了美国、日本长期对该项技术的垄断。与此同时，“东岳”完成的用于制造燃料电池核心材料磺酸树脂离子膜的年产500吨的生产装置已经建成投产，解决了氢燃料电池生产的重大瓶颈，中国由此成为世界上第二个拥有该项技术和产业化能力的国家。

2019年12月欧盟公布绿色协议，宣布2050年实现碳中和；2020年9月我国在联合国大会上宣布力争2030年前实现碳达峰，争取2060年前实现碳中和；2020年10月日本和韩国宣布碳中和目标；美国也宣布将不迟于2050年实现碳中和，再加上此前已经宣布碳中和目标的英国、加拿大、南非及墨西哥等，世界上主要的经济体已决定实现碳中和。

实现碳中和要求

2020年9月我国在联合国大会上宣布力争2030年前实现碳达峰，争取2060年前实现碳中和。

首先，氢储能可以克服风、太阳能等可再生能源在大规模开发利用时产生的消耗和储存问题。其次，氢能能够为企业提供清洁的能源替代方案，通过逐步替代传统能源的消耗以减少 及消除碳排放。因此，氢能是中国由高碳能源向低碳化、最终转变为无碳化能源的第三次能源革命中重要的能源载体。

2050年氢能将在终端能源体系中占比超过10%，并与电力协同互补成为我国终端能源体系的消费主体之一。交通领域是氢能需求的主要增量来源，也是实现氢能向其他领域大规模拓展的突破口，氢能联盟预计2050年氢能在交通运输领域的应用为2458万吨，占比41%。

在国家和地方有关氢能产业政策及规划方面，在氢能技术与产业发展研究方面，大部分聚焦在氢燃料电池在交通领域的应用。

基本情况

2020年我国工业氢气产量超过 2500 万吨，是世界第一大产气国。预计到 2030 年，我国氢气产量将超过 3500 万吨；就全球范围而言，到 2050 年氢能将占全球能源需求的 18%，市场规模达到 2.5 万亿美元，氢能的普及将助力每年减少 60 亿吨以上的碳排放。

我国目前以煤和天然气为代表的化石燃料所产氢气合计占比 81%，工业副产氢气 占 18%，电解水制氢占 1%。我国氢气制取技术趋于成熟，满足氢能商业化需求。

氢能价格与氢能的制、储、运、加四大关键环节相关，其中制氢环节是首要环节。我国是世界最大的制氢国，也是氢能产量增速最快的国家之一，2020 年我国氢气产量约 3343 万吨，同比增长 40%。目前，制氢主要有以下几种方式: 化石原料制氢、电解水制氢和工业副产氢。

化石原料制氢（占比 81%）是指以煤炭、天然气为原料制取氢气的方式。目前煤制氢的氢气价格约为 10-15 元/kg; 天然气制氢的氢气价格约为 15-20 元/kg。工业副产氢（占比 18%）是指在工业生产过程中生成的氢气，这种氢气通过变压吸附提纯为高品质的氢气用于燃料电池汽车运行。副产焦炉气制氢价格一般不高于 12 元/kg，烧碱副产物制氢等价格一般不高于 18 元/kg。电解水制氢（占比 1%）根据电解质种类的不同，分为碱性电解水、质子交换膜电解水和固体氧化物电解水，是最为绿色环保的制氢方式，电解水制氢的价格在 30-40 元/kg。

不同制氢方法和成本

当前我国的氢能源发展重点区域为京津冀地区、长三角地区和珠三角地区，氢能源基础设施建设也首先在三区聚集成熟。

氢气的储存技术分为高压气态储氢、低温液态储氢及固态储氢材料储存等三大类。高压气态储氢技术难度低、成本低、应用范围最广; 低温液态储氢在国外应用较多，国内只用于航空领域; 储氢材料储氢技术目前国内外产业化极少，基本处在小规模实验阶段。

针对氢气的储存方式，氢气运输方式主要是 3 种: 气态氢气输送、液态氢气输送和固态氢气输送，其中气氢运输和液氢运输是目前主流的输送方式。气态氢气输送需先经过加压处理后通过交通工具运输，根据交通工具的不同分为集装格运输、长管拖车运输和管道运输。

上述内容，就是为大家大致的聊聊氢能源的相关信息，希望对大家所有帮助。

我是六六科技人，欢迎大家评论，我们下期见。

注明：文章部分内容搜索自百度百科、《氢能源产业链剖析》等文章。