這幾年新能源汽車備受關注，中國在新能源汽車方面的推廣也不遺余力，其實新能源汽車的細分類型繁多。目前主要仍以純電動汽車、插電混合動力汽車。不過氫能汽車正在迎頭趕上。此前中國汽車工程學會曾預測，到2030年，我國氫能汽車產業產值有望突破萬億元大關。

今年4月份對電動汽車很不友好，從4月21日一輛特斯拉Model S在某地庫爆燃后；一輛蔚來ES8在西安的一家維修點里發生自燃；一輛插電式混動版榮威e i6在杭州一路上起火，整個座艙被燒了個精光；一輛比亞迪E5在武漢一所中學附近自燃；最近在5月4號下午3點多，杭州九堡大橋南端靠近錢塘江的一停車場內多輛電動汽車起火燒毀。據悉，現場大概有1000輛汽車，有8輛車純電動汽車輛都已燒報廢，目前起火原因還未知。

各國家紛紛出臺氫能發展規劃

氫能具有熱值高、無污染和來源豐富的優點，被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源。

僅2017年10月至2018年8月，就有日本、韓國、英國、法國和澳大利亞五個國家集中出臺了一系列有關氫能發展的國家戰略規劃或大型項目。這些規劃文件和項目涉及制氫、儲氫、氫能應用與基礎設施等整個氫能產業鏈。

在主要發達國家政府積極部署的同時，世界知名的大型企業也形成合力，共同成立“氫能理事會”倡導氫能經濟，引領全球能源轉型。在公私部門齊力共同促進氫能發展的背景下，全球能產業發展進入快車道。

2015年，巴黎氣候變化大會通過了《巴黎協議》，指出全球氣溫較工業化前水平升高要控制在2℃以內。為實現這一目標，到2050年世界各國需要減排60%，氫能理事會估計氫能源的使用能夠幫助實現1/5的減排目標。因此，不少國家陸續出臺氫能發展戰略規劃或大型項目，設定氫能發展目標。

日韓提出全力打造氫能社會。日本是當前最重視氫能發展的國家。2017年12月，日本政府出臺《氫能基本戰略》，旨在在全球率先實現“氫社會”，以實現低碳社會發展目標和尋求日本經濟新的增長點。韓國希望利用氫能幫助實現到2030年減排37%的目標，并于2018年6月宣布了為期5年、總額達23.3億美元的“氫燃料電池基礎設施、制造和研發公私合作計劃”，旨在建造燃料電池汽車和燃料電池堆工廠、生產燃料電池巴士和開發儲氫系統，推動實現氫能經濟社會。

歐盟及其成員國希望成為全球氫能技術領軍者。歐盟委員會正通過公私合作模式聯合產業界和研究界共同投入13.3億歐元實施“燃料電池和氫能技術”聯合技術計劃，旨在支持氫能技術研發和項目示范，到2020年能夠力證氫能能夠作為未來歐洲能源和運輸系統的支柱之一，并能為歐洲2050年向低碳經濟轉型做出突出貢獻。

德國是最早啟動氫能技術和產業化研究的國家，于2006年就已出臺“國家氫能與燃料電池技術創新計劃”，旨在吸引產業部門參與氫能全產業鏈發展，進而使德國成為全球氫能產業領軍者。

英國于2017年10月出臺《清潔增長戰略》，提出到2050年比1990年水平減排80%的長期目標，并將燃氣分配網絡100%轉化為氫氣定為最可靠的大規模脫碳方案之一。

法國于2018年7月發布《氫能利用計劃》，旨在利用氫能實現環保轉型，并使法國在氫能利用方面成為領先國家。

澳大利亞欲成為全球氫氣供應商。近年來，澳大利亞產業界已經明確了其投資氫能的意愿，希望加速發展氫能產業搶占國際氫能市場。澳大利亞發展氫能產業的愿景目標是：通過發展氫能，增加出口收入，帶動新的產業引擎和就業，為澳大利亞帶來經濟效益；支持供電、供暖、運輸和工業領域向低排放能源過渡；提高能源系統的彈性，增加消費者的選擇。

中國也在2016年發布了《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書2016》，明確提出了我國氫能產業基礎設施發展的路線圖。規劃指出，2016-2020年，進行燃料電池運輸車輛試點推進，氫能現代有軌電車達到50列，燃料電車達到1萬輛，加氫站達到100座。2021-2030年實現中期目標，實現燃料電池車輛及發電應用、氫能軌道交通及船舶等推廣，到2030年燃料電池車達到200萬輛，加強站達到1000座。2031-2050年遠期目標將實現加氫站覆蓋全國，燃料電池運輸車保有量達到1000萬輛，實現燃料電池發電的推廣應用。

此外，印度、冰島、加拿大和巴西等國家也有相應部署。

氫供應鏈建設備受重視

氫能是二次能源，自然界中并未直接存在，因此以氫氣制備和儲運為核心的氫供應鏈建設尤為重要。不少國家都提出要以降低成本為中心，開發安全、穩定、高效、清潔的氫能制備和儲運技術。

日本指出，要構建氫能從制備、儲運到利用的供應鏈，到2030年左右達到氫能年供應量30萬噸，并將價格降到30日元/標方（約合20500元/噸）。目前，日本正在開發液化氫供應鏈和有機氫化物供應鏈。2018年8月，日本宣布在福島部署全球最大10兆瓦級大型氫能源系統 (FH2R)，每年使用可再生能源可生產900噸以上的氫氣，預計2020年開始供應氫氣。

法國高度重視制氫過程的去碳化，以保證氫供應鏈建設的綠色環保。目前，法國95%的氫氣是使用化石能源生產的，構成了溫室氣體排放總量的3%。為此，法國計劃到2023年，工業用氫能中“綠色”氫能比例應達到10%，到2028年應達到20-40%。

澳大利亞正努力證明其成為氫氣供應國的可靠性。首先，澳海事安全局與日本國土交通省共同開發了液化氫運輸船，用于海上運輸氫氣。其次，正在試點維多利亞地區氫能供應項目，包括將氫氣生產、壓縮和液化、海上運輸和卸載。最后，計劃構建市場基礎設施，即建立氫氣交易中心，幫助氫氣生產者和購買者提高投資效率、管控風險。

氫燃料電池汽車應用前景廣闊

當前，交通領域貢獻了全球20%以上的二氧化碳排放，面臨巨大的脫碳壓力，麥肯錫指出氫能是新能源汽車的理想能源，預計到2050年氫燃料電池汽車將占全部汽車的20-25%。為此，各國將“發展氫燃料電池汽車”置于最為顯著的位置。

日本提出到2020年使氫燃料電池汽車數量達到4萬輛，到2025年達到20萬輛，到2030年達到80萬輛。韓國提出到2020年擁有9000輛氫燃料電池汽車，到2030年達到63萬輛。德國計劃到2020年擁有50萬輛氫燃料電池汽車。法國計劃到2023年投入運營5000輛輕型氫能商業交通工具以及200輛重型氫能交通工具（如公交車、卡車、特快列車、船只），到2028年分別應達到2-5萬輛和800-2000輛。

另外，加氫站的網絡化分布是氫燃料電池汽車大規模商業化應用的基本保障。因此，各國設立了加氫站的建設目標。日本計劃到2020年建成160個，2025年建成320個，2030年建成900個，到2050年逐步替代加油站。韓國計劃到2022年建設310個。德國計劃到2020年建設1000個。法國計劃到2023年建設100個，到2028年達到400-1000個。

氫能汽車技術研發困境

雖然氫能汽車的前景很廣闊，但目前還面臨著一些技術研發困境，主要是兩大核心零部件研發難度較大：一是高壓儲氫罐；二是氫燃料電池。

一、高壓儲氫罐

由于“氫氣很輕”，其質量能量密度很大。但反過來說，如果從單位體積燃氣釋放的能量來看，氫氣的熱值是常見燃料里最低的，僅為12.74MJ/Nm3，是甲烷的1/3，汽油的1/10。

這就意味著，如果要釋放同樣的能量，汽車需要消耗巨量體積的氫氣，因而氫燃料電池車上都有高壓儲氫罐來壓縮儲存氫氣。

圖：車載儲氫罐

車載高壓儲氫罐一般可以儲存6kg左右高壓氫氣，總體積在150L-200L上下，有些大的儲氫罐甚至會擠壓車內空間，比如豐田Mirai的后排就只能乘坐兩人。

在儲氫罐體積只能減小不能增大的情況下，儲氫壓力成為了重要的評價指標。同等體積下，儲氫壓力升高一倍，儲氫量會增加50-70%，續航里程提升50%，但是成本會增加近7倍。

目前中外儲氫罐技術差距主要集中在儲氫罐材質上，包括內襯、纖維纏繞層和過渡層材料。

我國車載儲氫罐主流是金屬內膽纖維全纏繞氣瓶(Ⅲ型瓶)，內襯材料為金屬鋁，儲氫壓力為35MPa，質量儲氫密度（氫氣占儲氫罐總質量的比重）在3%左右。

而日、美、韓的頭部企業已經量產了全復合纖維纏繞瓶（IV型瓶），內襯材料為塑料，有更好的氣密性、耐腐蝕性、耐高溫性，因此這種儲氫罐儲氫壓力能達到70MPa，質量儲氫密度在5.7%左右。

但需要指出的是，兩種儲氫罐都面臨很大的安全問題。

內部來說，儲氫壓力本身很高，無論是35MPa還是70MPa，都是一個很危險的壓力數值。要知道，20MPa的水壓就可以用來切割石材了。其次，氫氣在高壓高溫（30MPa，300℃以上）環境下，還會發生“氫脆現象”，腐蝕金屬，引起裂紋導致儲氫罐破裂。

外部來說，汽車行駛途中還可能發生碰撞事故，火災事故、浸水事故等極端情況，讓原本就比較危險的儲氫罐增加了破裂、泄露，甚至爆炸的可能性。

由于以上三個問題存在，兩種儲氫罐都采用了大量的碳纖維材料，同時，為避免“氫脆現象”發生，金屬內膽儲氫罐還需額外配備液冷系統，以控制罐內溫度。綜合下來，一個儲氫罐的成本達到了6萬元以上。

另外，目前國內外采用的大都是氣態儲氫，如果要實現更大的儲氫量，需要發展到低溫液態儲氫、高壓液態儲氫、有機液體儲氫等。

但液態氫的密度更高，面臨的爆炸、泄露風險也更大，同時還要耗費系統30%以上的能量來維持液氫狀態，目前讓汽車裝載液氫可能得不償失。

二、燃料電池的多項關鍵技術

燃料電池是燃料電池車最核心、成本最高的零部件，其也有質子交換膜、鉑催化劑、雙極板三大部件需要突破。

質子交換膜被稱為氫燃料電池的心臟，它處于燃料電池正負極板的中間，起到了隔離其他離子，僅允許質子通過的功能，同時還要隔離兩極反應氣體，支撐兩側催化劑層，性能要求非常高。

如此重要的電池“心臟”，卻一直被握在國外公司手心里，我國研發氫燃料電池的核心材料幾乎全靠進口。

質子交換膜技術從上世紀60年代起就被美國杜邦公司壟斷，杜邦膜的價格約為120美元/kW，我國常用的燃料電池功率為35-50kW，以50kW燃料電池計算，一套燃料電池里，僅質子交換膜的成本就高達4萬元人民幣。

圖：燃料電池結構示意圖

質子交換膜的兩側是鉑（Pt）催化劑，氫氣通到陽極板后，在鉑催化劑的作用下，失去電子變成質子，再通過質子交換膜與另一側的氧原子結合生產水。

難點在于催化劑只能用鉑，而鉑的價格非常昂貴，均價約200元/克，使用100克鉑的情況下，一套氫燃料電池所用鉑催化劑的成本近2萬元。因此，降低催化劑中鉑的使用量，是降低電池成本的一大關鍵手段。

而目前，我國的低鉑催化劑技術尚處于實驗研發階段，離規模量產還有很長的距離。

除此之外，作為燃料電池的“骨架”，雙極板的工藝水平仍待突破。雙極板（Bipolar Plate，BP）又叫流場板，與膜電極層疊裝配成電堆，在燃料電池中起到支撐、收集電流、為冷卻液提供通道等作用，其質量好壞直接決定了電池輸出功率和使用壽命。

雙極板的三種材質中，石墨板和復合板的技術已相對成熟，而金屬板因為能大幅提高電池輸出功率，近年來成為了燃料電池的一大突破方向，仍待解決掉問題是金屬板在電池環境下易受腐蝕，導致電池壽命較短。

在燃料電池的零部件上，還有膜電極、膜加濕器、氫氣循環泵等關鍵技術有待突破。

未來

雖然氫能源看起來很美好，但事實上氫燃料行業的成熟度還大幅落后于動力電池行業，其產業鏈的大部分環節都還沒有普及，因此造成了氫燃料電池的制造成本昂貴。

未來氫能源的發展，仍然需要一個漫長的階段，不僅是科研人員與車企要努力研究核心技術，市場接受新能源的融入也是重要的一環。想要推進氫能的發展，仍然不能操之過急。