氢能：第一元素

《能源评论》：从现实应用角度，氢能能给我们带来哪些便利？又能够促进哪些能源变革？

克拉克：氢能就是以氢和其同位素为主体的反应中释放出来的能量，其用途主要有三个方向。一是，航空事业中需要氢能作为燃料。早在第二次世界大战期间，氢就被用作某些火箭发动机的液体推进剂。二是，氢能还可以作为各种交通工具的燃料，比如民用汽车、火车、轮船，等等。早在20世纪80年代左右，世界上便研发出了氢能汽车。由于使用氢能作为主要燃料，氢能汽车排放的尾气主要成分是水蒸气，因此它对环境的污染非常小，而且噪声也比较低。三是，氢能进入家庭，既可以当作燃料使用，又可以通过氢燃料电池发电供家庭取暖、空调、冰箱和热水器等使用，但目前还处于研发阶段。

毛宗强：目前来看，氢能已经实现的应用场景之一就是氢燃料电池汽车，可以喻为汽车工业的又一次革命。其实氢燃料电池又可以看作是一个氢能的发电机，氢燃料电池是将氢气的化学能直接转化为电能的发电装置。与锂电池相比，最大的区别在于锂电池是把能量储存于电池中，而氢燃料电池是把氢气和空气储存在电池外部，氢气和空气不断地送进燃料电池，电就被源源不断地生产出来，氢燃料燃烧后只排出水，而不产生其他的氮氧化物。和锂电池汽车相比，氢燃料电池汽车的优点是补充燃料很快，以丰田“未来”燃料电池汽车为例，3min就可充满氢气，充气一次可行驶650km。与汽油、柴油内燃机汽车相比，氢燃料电池车的噪声很小且完全不排放温室气体。因此，氢燃料电池汽车与传统汽车和锂电池汽车相比，在性能、速度、补充燃料时间和清洁性上都具有明显优势。

《能源评论》：氢燃料电池汽车目前在研究和产业化方面现状如何？何时能进入百姓家？

衣宝廉：从过去到现在，全球氢燃料电池汽车走了三个阶段。第一阶段，设想的很乐观，但燃料电池应用于汽车上之后，受汽车工况影响，性能衰减很快。第二阶段，主要解决燃料电池的可靠性、耐久性问题。因为工况比较复杂，这一阶段经历了七、八年时间，基本上解决了这些问题，燃料电池寿命也达到了要求。现在进入了第三阶段，主要是进一步降低成本和铂（Pt）用量，同时加快加氢站的建设，实现燃料电池汽车的商业化。氢燃料电池汽车的门槛比较高，为了攻克燃料电池产业化的问题，国际上形成了三大联盟，共同解决这些技术问题。2015年，丰田的“未来”燃料电池汽车已经宣布实现了商业化，订货已经接近1500辆。同时，丰田为了促进氢燃料电池汽车在全世界尽快商业化，宣布了两个重大措施，一个是专利公开，另一个是产品关键材料和部件可以向世界其他厂家出售。特别是后一件事情，对其他国家燃料电池尽快实现商业化的作用很大。

克拉克：美国在氢能源应用上发展很快，特别是加州氢燃料电池车的发展是全美最好的。用户在加氢站只需要3min就可以充满气罐，汽车可以行驶700km，时速最高可达180km。在加州，用户通常以租赁的形式使用氢燃料电池车。以丰田燃料电池车为例，其租赁价格为500美元/月，这其中还包括燃料和维修费用。如果要买一辆新车则需要约5.7万美元（无补贴），美国政府还可退税1.4万美元，汽车经销商提供3年的燃料费。所以目前阶段加氢都是免费的。加州计划到2018年实现氢燃料电池车保有量达1万辆，到2020年突破2万辆。加州目前有10座向公众开放的加氢站，加州政府的支持力度很大，预计到2016年底要完成50座新站建设，这种支持不仅体现在资金上，还涉及土地使用、能源安全等问题的指导意见。未来新建的加氢站都会与加油站、加天然气站“捆绑”在一起。

毛宗强：从产业化角度讲，氢燃料电池汽车已经开始进入市场。2014年12月，丰田宣布其“未来”燃料电池轿车进入市场，补贴前售价为5.75万美元。2016年3月，本田汽车公司也宣布其氢燃料电池轿车进入市场，补贴前售价为6万美元。目前，国际各大汽车厂商都将2020年看作氢燃料电池汽车市场启动年，届时将大规模量产。可以预见，在2020年左右，世界将进入氢燃料电池汽车的时代。

《能源评论》：既然氢能社会这么美好，我国的氢能发展现状如何？处于世界什么水平？

毛宗强：我国氢气产量位居全球第一，2012年氢气产量达到1600万吨。然而，我国在氢燃料电池技术方面可以说是“起了个大早，赶了个晚集”。我国研究这一技术始于20世纪70年代，1990年开始发展起来，当时的质子交换膜燃料电池水平可与欧美相比。目前，我国已经具备生产质子交换膜燃料电池所需全部材料及零部件的能力，有数家公司可以制作适合车用的数十千瓦级质子交换膜燃料电池系统，不过其寿命和可靠性还有待提高。国产氢燃料电池电站还没有进入市场，氢燃料电池备用电源也仅有零星的示范。与国际相比，我国还有一定差距。

衣宝廉：在氢燃料电池汽车领域，我国从“九五”期间就做了准备工作，现在已经发展到“十三五”，这期间，我国自主研发的氢燃料电池汽车参加了北京奥运会、新加坡世青赛、美国加州示范和上海世博会等，200多辆车参加了示范运营，累计运行里程超过十万千米。就目前来看，国内产品性能接近国际水平，但在成本、耐久性等领域还有一定差距。

《能源评论》：目前，制约中国氢燃料电池汽车进入商业化的障碍有哪些？

衣宝廉：从国际上来看，氢燃料电池汽车正在进入商业化导入期。就我国而言，主要技术问题已经基本解决，限制其大规模商业化的有两件事，一个是加氢站的建设，另一个是进一步提高燃料电池的可靠性和耐久性。同时，降低铂用量也是关键突破点，使铂的用量能跟汽车尾气净化器的贵金属用量差不多，这样才能实现全面商业化。降低成本的重点是生产线的建立，现在燃料电池汽车还不能像燃油车那样一分钟一辆在生产线上进行生产，所以生产线（包括整车和各个关键零部件的生产线）的建立还是很艰巨的一个任务。

毛宗强：没错，目前制约我国氢燃料电池汽车应用的最大障碍是缺乏加氢站。建造加氢站是氢燃料电池汽车发展的关键，目前各国都在加速建造加氢站。截至2013年年底，投入使用的全球加氢站总数已达到208座，计划再建造127座，加氢站的建设正逐步走向网络化。而我国目前在北京、上海、郑州、大连各建成1座加氢站，佛山、如皋都有在建设中的多座加氢站。不少城市，如武汉、盐城都已经规划了加氢站。

克拉克：在技术方面，国外氢燃料电池乘用车必须能保障5000个工作小时，按美国行业标准每小时至少行驶约48千米，商用车（巴士）则要保障1.8万个工作小时。目前，有的燃料电池商用车已经超过2万个工作小时。而据我了解，中国产氢燃料电池乘用车工作时限仅有2000个小时左右，之后必须更换电池，这往往意味着要换新车。

《能源评论》：对于我国氢燃料电池汽车的发展，有什么建议？需要政府、企业做什么？

克拉克：据绿色技术研究所的一份报告显示，到2020年，氢能产业的全球市值将达到1000亿美元，2030年将是4000亿美元，而到2050年则为近1.6万亿美元。对于中国氢燃料电池汽车的发展，首先要有顶层设计。日本在2014年发布了《氢能源白皮书》，从国家层面推动氢的运用以及对燃料电池汽车的普及进行规划，包括在2015年围绕四大商圈建设100座氢能源补给站、2020年前后实现氢能源汽车燃料耗费价格与混合动力汽车基本齐平等。由于有政府层面的总体规划，日本工业界、科研界等全社会的力量积极参与进来。其次，企业要发挥主体作用，推动商业化进程。以丰田为例，其把燃料电池汽车视为发展的新方向，全力以赴地推进商业化。而中国一直是高校等科研单位在推进，大企业作为主体一直处于缺失状态，已经参与的企业也犹豫不决。

——摘自《能源评论》

注：

毛宗强：国际氢能协会副主席，清华大学核能与新能源技术研究院教授，全国氢能标准化技术委员会主任。

衣宝廉：中国工程院院士，中国科学院大连化学物理研究所研究员，大连交通大学环境与化学工程学院特聘教授，燃料电池工程中心总工程师，大连新源动力股份有限公司董事长，国家863“电动汽车重大专项”专家组成员和燃料电池发动机责任专家。

伍德罗·克拉克（Woodrow Clark）：美国著名学者、社会活动家，Milken Institute高级研究员，“联合国政府间气候变化专家小组”（IPCC）创始人，诺贝尔和平奖共同获得者，联合国政府间气候变化专门委员会特约科学家。