信息来源：中国科学技术发展战略研究院【《中国科技人才》2023年第4期】（作者：刘东，总体研究所，研究员）

 

摘要

 

氢能源汽车发展是关乎实施双碳战略、推动能源革命和汽车产业转型升级、培育未来产业的重大战略举措。本文基于加快布局氢能源汽车产业发展的战略意义，通过对氢能源汽车产业发展面临的氢能源供给约束、关键核心技术研发、产业发展策略、基础设施规划建设等关键问题进行分析，提出构建多元化氢能供给体系、加快产业技术供给能力建设、尽早布局乘用车发展、适度超前布局和建设氢能源汽车基础设施、注重氢能源汽车产业生态构建等相关对策建议。

关键词：氢能源汽车；燃料电池；关键核心技术；关键问题；对策

中图分类号：KT91；TM911

 

经过多年努力，我国新能源汽车产业技术水平不断提升，产业竞争力显著增强。自2015年以来，我国新能源汽车产销量、保有量连续多年居世界首位。氢能源汽车是新能源汽车发展的重要方向之一，学术界、产业界对我国氢能源汽车发展的战略机遇和选择、技术路线、产业化前景、促进政策等进行了大量研究。例如，中国工程院组织开展汽车强国战略研究及广东、上海等重点地区氢能源汽车产业战略研究等，中国汽车工程学会组织开展节能与新能源汽车技术路线图2.0、编写《世界氢能与燃料电池汽车产业发展报告（2021）》等。但目前各界对氢能源汽车产业化发展时机是否成熟、技术路线和发展策略的选择、氢源供给和基础设施布局等仍存诸多争议，这在一定程度上影响了各地发展氢能源汽车产业的决策和决心。本文在深入调研基础上，结合国际发展趋势和动向，对我国氢能源汽车产业发展的必要性和若干关键问题进行分析，提出相应的对策建议。

 

1 加快布局氢能源汽车产业具有战略意义

 

1.1 氢能源汽车是汽车产业转型升级的重要方向

 

汽车产业正处在转型升级和颠覆性创新的剧变期。近年来，我国在以电动化、智能化为代表的新能源汽车赛道上抓住机遇，取得技术和产业化突破，成为全球新能源汽车产业发展的重要区域。而氢能源汽车正在成为汽车产业发展的下一个风口和新投资热点。丰田、现代等世界汽车巨头早在20世纪八九十年代就开始布局，美日欧韩等国政府近年来也纷纷加大扶持力度。氢燃料电池行业研究机构——香橙会氢能数据库数据显示，截至2022年底，全球燃料电池汽车保有量67488辆。2022年全球主要国家销售燃料电池汽车17920辆，同比增长9.9%。中汽协公布的数据显示，2022年我国氢燃料电池汽车产销量分别为3626辆和3367辆，同比增长105.4%和112.8%。中国汽车工程学会组织编制的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》预测，2025年我国氢燃料电池汽车保有量将达到10万辆左右，2030年将达到100万辆左右。

氢能源汽车产业具有很强的产业带动性，产业链涉及能源、交通、材料、机械、电子等众多行业。氢能源汽车发展有望进一步拓展新能源汽车产业发展空间，创造出更多新就业岗位。

氢能源汽车产业发展对推动能源结构绿色转型意义重大。据中国工程院相关研究报告测算，氢燃料电池车替代燃油汽车将大幅降低一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物和颗粒物（PM）整体排放量。

 

1.2 氢能源汽车是当前氢能应用的主要场景

 

氢能是全球能源技术革命和产业发展的重要方向。国际氢能委员会预测，2050年全球终端能源需求中氢能占18%，氢能市场规模超过2.5万亿美元。欧洲、美国、日本和韩国等国家及地区都非常重视氢能的发展，相继制定氢能产业发展战略和政策，且企业参与度较高。日本于2017年率先提出氢能源国家战略，成为全球氢能源技术的领跑者。我国于2022年3月出台《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，明确氢能是未来国家能源体系的组成部分，是用能终端高耗能、高排放行业实现绿色低碳转型的重要载体。

 

世界各国积极探索和扩大氢能的应用示范领域，但氢能源汽车仍是当前氢能产业最主要的应用场景之一。《美国氢能经济路线图》显示，美国2020年率先启动氢燃料电池乘用车、公交车、重载货车领域示范，之后向航空、水运、轨道交通等领域拓展应用。相比欧洲、美国、日本和韩国等国家及地区，我国在氢能应用场景上比较单一，应用示范主要集中在氢燃料电池商用车领域，如氢燃料电池公交车、物流车和有轨电车等。

 

1.3 加快布局氢能源汽车有利于抢抓产业发展机遇

 

我国氢能源汽车产业呈后来居上、快速发展态势。根据国际能源署（IEA）的统计，我国氢燃料电池车从2017年底的50辆增长到2021上半年末的8440辆，不到4年时间增长了168倍。香橙会数据库显示，到2022年底，我国燃料电池汽车保有量达到12306辆，仅次于韩国（29623辆）和美国（14979辆），居全球第3位。

 

目前我国在氢燃料电池整车、车用燃料电池核心技术和系统集成上取得一定进展。车用燃料电池系统的功率密度、最高效率等多项技术指标与国际先进技术水平同步。燃料电池电堆、压缩机、氢气循环装置、控制系统和传感器等均已实现国产化，特别是国产化电堆的技术水平已有大幅度提升。

 

国内部分地区已具备一定的发展基础。以广东为例，已基本具备氢燃料电池汽车全产业链规模化发展条件，燃料电池八大关键核心零部件和材料的头部企业均处于国内领先水平。全国产能最大、技术水平最高的膜电极、催化剂、碳纸、质子交换膜生产线均在广东省。随着广东省生产的氢燃料电池商用车制造成本持续降低，已逐步具备规模化推广应用基础。

 

我国出台了一系列氢燃料电池汽车示范应用的扶持政策，良好的政策环境和产业生态吸引丰田、现代等汽车巨头纷纷落地投资。

 

发展氢能源汽车产业对推动能源转型和产业变革具有重要意义。未来10年，氢能源汽车产业有望迎来市场规模化应用拐点，我国需要加快产业布局，尤其在氢源条件、产业基础、技术积累等条件较好的地区率先探索，尽快实现产业化突破。

 

2 我国氢能源汽车产业发展面临的关键问题
 

尽管我国氢能源汽车产业发展具备了一定条件，但必须清醒地认识到，我国自主可控氢能源汽车产业规模化发展的基础仍旧薄弱，尚有一些关键问题亟待解决。

 

2.1 氢能源供给硬约束需要破解

 

氢源构成是产业发展的首要硬约束条件。氢能可分为灰氢、蓝氢、绿氢。灰氢是利用化石燃料制备，技术成熟且成本较低，但制氢过程碳排放较高。蓝氢是在化石燃料制氢的基础上制得，利用碳捕捉与封存技术（CCS）减少70%以上的碳排放。绿氢是利用风能、太阳能等可再生能源制造，可实现从生产到消费全过程接近零碳排放。尽管我国是世界上最大的制氢国，但现有氢气以灰氢为主。据石油和化学工业规划院统计，截至2021年底，我国氢气来源主要包括煤、焦炉煤气、天然气、甲醇、烧碱等，其中煤制氢产能2388万吨/年，占近六成；焦炉煤气制氢产能811万吨/年，约占20%，且大部分氢气为企业自产自用，用于市场化的能源供给非常有限。

 

节能减排是发展氢能源汽车的战略目的。由于目前绿氢的制造成本远高于灰氢和蓝氢，从氢能产业发展全局考虑，氢能源汽车发展初期可使用灰氢。但着眼于长远，产业必须建立在以绿氢供给为主的基础之上，否则产业发展就失去了减碳环保的战略意义。绿氢规模化、市场化仍有待时日，氢能源汽车产业发展任重道远。

 

2.2 产业关键核心技术研发能力严重不足

 

目前，欧洲、美国、日本和韩国等国家及地区在氢燃料电池汽车整车及燃料电池电堆、系统集成及关键部件、材料生产制造等关键核心技术上处于领先地位，拥有一批具有核心技术和规模化生产能力的代表性企业。近年来，我国在燃料电池核心技术、系统集成及关键部件、材料上取得了一定的产业化突破，但只是解决了“从无到有”的问题，关键核心技术和关键部件仍依靠进口，受制于人的局面没有得到根本扭转，产业发展总体处于落后状态。以燃料电池动力系统为例，部分国内企业在膜电极、空压机和氢循环泵等方面有一定突破，但在催化剂、炭纸、质子交换膜等关键材料生产，以及电堆和系统寿命、可靠性、耐久性等方面短板明显。

 

欧洲、美国、日本和韩国等国家及地区的技术和产业优势来自其强大的研发和资金实力。例如，美国能源部氢和燃料电池技术办公室于2020年10月组建了由5个国家实验室组成的百万英里燃料电池货车联盟（M2FCT），目标是进一步提升重型货车用燃料电池性能并降低成本。2020年，欧盟燃料电池和氢能联合组织（FCH-JU）投入超过1亿欧元支持氢能和燃料电池在重型车、船舶等重载装备领域的研究。现代汽车早在1998年就成立专门从事氢燃料电池汽车电堆和系统技术研发的麻北生态技术研究院。2021年，现代汽车发布“氢能远景2040”，计划在氢燃料电池汽车生产设备及研发方面投资11.1万亿韩元。

 

围绕氢能产业发展，我国陆续布局一批创新平台或机构，部分头部企业在氢燃料电池乘用车、商用车及膜电极、催化剂等关键零部件和材料生产等方面，形成了一定的研发基础和能力。但与美日欧韩相比，研发能力和投入无论在企业层面还是在产业层面都存在较大差距。我国在氢能源汽车领域的研发力量有限、研发资源分散，尤其是面向长远技术目标的战略研发力量布局还处在起步探索阶段。缺少原创成果，核心专利布局严重不足，制约了产业持续创新发展。

 

2.3 近期聚焦商用车的策略需要结合长期战略适度调整

 

国外氢燃料电池汽车高度集中在乘用车领域（所占份额在90%以上）。丰田、现代两家企业在氢燃料电池乘用车领域的技术和市场优势明显，占据全球95%以上份额。丰田新一代Mirai燃料电池汽车，产品性能持续保持行业领先水平；现代正在研发的第三代燃料电池系统，技术指标和产品性能将显著提升，成本有望大幅下降，并计划到2028年率先成为全球首个旗下所有商用车型均搭载氢燃料电池系统的汽车厂商。近年来，国外巨头也开始在氢燃料电池商用车领域加紧布局，如丰田与五十铃、日野等合作开发氢燃料电池货车。推动乘用车和商用车协同发展已经成为国外政府和业界的共识。

 

我国氢燃料电池汽车则以商用车为主（份额为99%）。国家有关开展燃料电池汽车示范应用的政策，明确重点支持中重型商用车。相比乘用车，短期内商用车无论在技术成熟度还是在应用场景等方面都更具产业化应用优势，选择商用车示范应用入手符合我国作为汽车产业后发者的实际状况。

回顾汽车产业发展历程，产业竞争的制高点最终是乘用车。尽管氢燃料电池乘用车短期内尚看不到盈利前景，但从长期战略考虑，在先期选择商用车为示范应用重点的同时，需要研判我国是否应尽早布局乘用车发展，以避免在未来竞争中处于不利局面。目前，我国上汽、一汽、长安、长城、广汽等整车企业已着手氢燃料电池乘用车开发，但相比国外巨头仍处于落后局面。

 

2.4 基础设施规划和建设需要顺应产业发展阶段性特点变化

 

回顾燃油和电动汽车产业发展历程，基础设施是产业早期发展的主要瓶颈之一。基础设施规划和建设先行是产业发展的必要条件，同时也要顺应产业发展阶段性需求特点和变化。氢能源汽车产业发展早期，加氢站等设施的建设和运营成本较高，不当规划和建设会导致投资失误和资源浪费。

 

香橙会数据显示，截至2022年底，我国已建成加氢站共310座，居全球首位。目前，存在加氢站发展和运营模式不明确、加氢站土地供应不足和管理缺乏规范、氢燃料电池汽车加氢难与加氢站闲置率高并存、相关政策和金融支持不够等问题，这些都需要根据氢能源汽车产业发展阶段性特点、氢源供给的渠道和方式等进行评估和研究。此外，针对各地储运标准和规范不统一导致应用端加氢、用氢不便等问题，也亟需加强技术标准体系建设。

 

3 推动我国氢能源汽车产业发展的建议

 

基于氢能源汽车发展的重要战略意义，我国应明确氢能源汽车为战略必争的未来产业之一，并从实际出发实施积极审慎的氢能源汽车发展战略，避免盲目追求短期目标，或陷入低质同构化竞争。应以核心技术研发、基础设施建设和政策环境营造为先导，打造氢能源汽车产业集群，使我国逐步成为氢能源汽车产业发展的引领者和产业技术重要策源地。

 

3.1 明确氢能供给方式和渠道，构建多元化氢能供给体系

 

我国现有氢能供给难以满足氢能源汽车产业发展需求，尤其是清洁、低碳、低成本的中长期氢能供给缺乏保障。未来氢能供应必须拓宽供应渠道，构建多元化氢能供给体系。

 

大力发展绿氢。我国现有工业制氢产能约为2500万吨/年，可为氢能源汽车产业发展初期阶段提供低成本氢源。现阶段，可以根据氢能源汽车产业初期发展需求，适度扩产灰氢；利用丰富的煤炭资源辅以二氧化碳捕捉与封存技术（CCS），来提供蓝氢。但未来的自主氢能供给必须着力发展绿氢，包括谷电、可再生能源电解水和核能制氢等。我国是全球第一大可再生能源发电国，仅每年风电、光伏、水电等可再生能源弃电就有约1000亿千瓦时，如果将这些弃电用来电解水制氢，可增加氢能约200万吨。通过技术进步进一步提高成本竞争力，有望使可再生能源制氢成为我国未来氢源供给的主要方式。

 

推动氢能源汽车发展领先省市（如广东、上海）与绿氢制造前景看好的省份（如海南、内蒙古、新疆）合作，探索互利共赢的商业模式，共同发展绿氢产业。中国工程院正在积极建议海南省发挥优势，加快氢能发展，建设国家级氢能试验区。

 

着力解决氢气储运问题，包括储运走廊建设，氢气储运新技术、新工艺及装备开发等。目前，上海提出探索建立长江氢能运输走廊，布局沪外、海外氢源生产基地和进口码头，构建多渠道氢能保障供给体系。广东提出建立“一环三线”氢走廊的设想，以打通氢运输路径，解决氢源和产业分布不匹配的问题，为氢能源汽车在远距离交通运输领域的应用推广提供保障。

 

3.2 加快产业技术供给能力建设，实现关键核心技术自主可控

 

借鉴欧洲、美国、日本和韩国等国家及地区经验，在企业和产业层面加强产业技术供给能力建设。发挥政府增量资源的引导作用，促进企业增强研发能力，重点激励整车企业及核心零部件和材料企业加大研发投入，借鉴丰田、现代等企业做法，加强研发机构和创新团队建设；同时针对中长期关键核心技术攻关需求，加快高水平产学研结合的公共研发平台或机构的战略布局。

 

针对产业颠覆性创新特点，支持多元技术路线探索，在重视燃料电池技术研发的同时，加大氢内燃机的研发力度；鼓励研发模式创新，包括平台型、开放式创新；围绕产业链关键环节，加强产业技术创新战略联盟等创新联合体建设，开展关键技术联合攻关和成果共享。

 

3.3 以燃料电池商用车为切入点，尽早布局乘用车发展

 

根据国家有关部门开展氢能源汽车示范应用的政策，近期氢燃料电池中重型商用车尤其是重型货车是政策扶持和市场应用的重点。中国汽车工程学会预测，2030年我国燃料电池中重型车保有量有望占燃料电池汽车总量的90%以上。各地应契合国家政策倾向和本地现状，以客车、货车、物流车等燃料电池商用车示范应用为产业培育和发展的切入点，探索规模化发展，不断降低燃料电池和氢气成本。

 

要充分认识到“乘用车为王”的汽车产业发展规律，鼓励有条件的整车企业尽早布局氢燃料乘用车研发，并运用多样化产学研结合模式，借鉴电动汽车发展经验，努力缩小与丰田、现代等先发者在氢燃料电池乘用车领域的技术差距。支持长三角、珠三角、环渤海等具备条件的地区，率先试点开展氢燃料电池乘用车示范运行，逐步实现氢燃料电池乘用车商业化运营。2022年9月底，全国首批80台氢燃料电池网约车在上海投入运营，拉开了我国氢燃料电池乘用车常态化运营的帷幕。

 

3.4 适度超前布局和建设氢能源汽车基础设施

 

在坚持适度超前布局的前提下，适应氢能源汽车产业不同发展阶段的特征和需求，推进基础设施规划和建设。针对产业发展早期以商用车为切入点的策略，加氢站等基础设施的规划和建设首先要符合商用车运营规律，如运营线路相对固定、运营场景相对简单等。随着乘用车的应用推广，加氢站等基础设施的建设则需要更加兼顾乘用车运行线路分散、广泛的情况。此外，要尽早谋划加油站等现有基础设施的转型和利用。

 

积极创新终端用氢模式，探索制氢加氢一体化，液氢、油氢合建等多形式加氢站建设运营模式，逐步降低基础设施建设和用氢成本。同时针对氢源供给与产业布局不匹配的状况，在氢储运的核心技术及装备研发上加大投入，寻求技术和产业化突破。

 

3.5 注重氢能源汽车产业生态的构建

 

新能源汽车的产业生态正在发生巨变和重构，尤其是投融资、人才、标准、场景等亟需顺应颠覆性创新的产业环境而进行适应性调整。

 

创新投融资模式。利用融资租赁等金融工具解决燃料电池汽车一次性购置成本过高问题；利用政策引导社会资金投资基础设施建设和运营；运用风险投资、众筹、资本市场等多样化投融资方式和渠道，支持氢能源汽车领域创业。

 

构建多元结构人才引进和培养体系。聚焦氢能源汽车产业链的人才紧缺环节，引进高层次领军人才和关键技术人才；支持高校加强相关学科建设和研发人才培育；支持职业技术学院打造“开放式产学研用”培养模式，培养和培训复合型技能人才和专业性技术工人。

 

推进标准体系建设。加强氢能源汽车标准体系规划和路线图研制，鼓励行业和企业围绕整车、车载燃料电池、加氢站等组织开展标准研制，并加强与国际相关标准化组织的交流合作，对接国际先进技术标准，积极参与国际标准研制；支持氢能源汽车及关键零部件、材料的检验检测和认证平台或机构建设。

 

加强应用场景创造。借鉴培育和扶持电动汽车发展经验，为氢能源汽车发展提供更多应用场景，以促进氢能源汽车的示范应用推广。2022年启动的上海临港“国际氢能谷”就提出“场景先行、订单引领”的发展思路，通过开发临港丰富的应用场景资源，包括重卡、渣土车、通勤客车、叉车等临港氢能应用基本盘，将场景资源转化为订单，拉动氢能产业集聚发展。

 

（参考文献略）