衣寶廉
剛剛步入2020年，燃料電池汽車就釋放出諸多積極的訊號。
1月5日，國內首批（10輛）氫燃料電池通勤客車在武漢開發區正式交付；1月14日，247臺新能源汽車在雲南五龍汽車有限公司下線；1月20日，山東濰坊100臺氫燃料公交車採購中標，計劃於年內正式上線運營……
燃料電池汽車以其高效率和零排放等優勢，備受國內外追捧。中國電動汽車百人會副秘書長王賀武就曾預測，2025年我國氫能燃料電池汽車有望實現5萬~10萬輛的規模；2030年我國將實現百萬輛級別的氫能燃料電池汽車在路上行駛；2050年氫能燃料電池汽車能夠和純電動汽車共同實現汽車的零排放，即移動端的零排放。
站在“風口”上的燃料電池汽車，熱度攀升的背後還需怎樣的冷思考？“十四五”又該如何實現更大的跨越？《中國科學報》就此採訪了中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所研究員衣寶廉。
氫燃料電池是理想的選擇
《中國科學報》：相比純電動汽車，燃料電池汽車有何優勢？
衣寶廉：以氫燃料電池為動力的燃料電池車與鋰離子電池車相比，具有續駛里程長、安全等優勢。氫燃料電池比能量高達0。5~1。0Wh/Kg，且燃料氫和電堆是分開的，因此即使電池的膜破損，只要將氫切斷，就不會產生燃燒和爆炸。此外，氫燃料加註方式與燃油車加油類似——加註時間短，特別適用於過載、長途運輸車、大客車和各種商用車。若採用可再生能源制氫，還可做到零排放。
《中國科學報》：《中國氫能源及燃料電池產業發展研究報告》指出，未來氫在我國終端能源體系佔比至少將達10%，您如何看待氫燃料電池汽車未來發展前景？
衣寶廉：人類生活、生產所用的化石燃料，從煤、石油到天然氣，是一個逐步減碳的過程。而氫是零碳燃料，用氫代替化石燃料是理想的選擇。但氫需要用其它能源製取，用可再生能源，如水能、風能、太陽能等制氫是最佳選擇。近年來，由於實行二氧化碳減排，控制本世紀溫升在2℃以內，可再生能源的高速發展與燃料電池和燃料電池車技術的進步，將大力促進氫能的發展。
《中國科學報》：“氫能源”雖然是備受期待的一種新能源汽車方案，但目前我國在制氫、儲氫、運氫等環節並不完善，對此您認為該如何解決？
衣寶廉：氫氣的密度最低，所以它的體積比能量最小，導致氫的儲運是發展氫能的最大難題。國內應發展和示範液氫和管道運輸氫，同時研究用有機化合物加脫氫的辦法（如甲基環己烷脫氫和甲苯加氫）儲運氫，利用石油運輸的裝置與經驗。
要想盡快發展氫能和提高氫能能源佔比，最有效的辦法是大力發展西南水電、西北風電，將不上電網的電力直接用於電解水制氫，再將氫送入管網，與天然氣混合送給使用者。目前，國際上天然氣管網可混入5%~20%的氫氣，減少了天然氣的進口。此外，建立海上風電，直接電解海水制氫，並輸送至天然氣管網，也是一個重要方向。
氫的爆炸限很寬，起爆能量很低，因此也是一種易燃、易爆氣體。但氫與天然氣和石油相比，極宜檢測，因此要研發穩定、可靠、廉價的氫感測器，確保用氫安全。
“十三五”仍存成本壓力
《中國科學報》：“十三五”期間，燃料電池汽車都取得了哪些關鍵突破？
衣寶廉：經過北京奧運會23輛燃料電池車、上海世博會196輛燃料電池車等示範執行，已經證明燃料電池車技術可行。“十三五”期間，加氫站建設被寫入2019年政府工作報告，極大鼓勵了燃料電池車的研發和示範。
第一，2018年由國家能源集團牽頭成立了中國氫能聯盟，為我國氫能與燃料電池的發展堅定了信心，並給予了技術和資金的支援。
第二，2019年燃料電池車的銷量已達2737輛，我國燃料電池車的保有量已達五千多輛，僅次於美國，佔世界第二位。國內示範執行的燃料電池車以大客車和商用車為主，適於發揮燃料電池車的優勢，已引起國際汽車界的重視。
第三，由於大規模燃料電池車的商業化示範，建立了車用燃料電池的關鍵材料和部件市場，國內關鍵材料和部件的生產企業逐漸增加，並開始批次生產雙極板、膜電極三合一（MEA）、電催化劑、質子交換膜、空壓機和高壓儲氫瓶等，進一步降低燃料電池車成本。
第四，加氫站的建設速度加快，由“十三五”初期的十幾座到2019年建成38座、投運46座，關鍵部件如氫氣壓縮機、加氫機等也開始研製和試用，國產化提速。
第五，由於國家、地方政府和企業的大力支援，並介入燃料電池車的研發與商業化示範執行，吸引了國際從事燃料電池車研發企業進入中國，促進了國內燃料電池車的商業化示範執行。
《中國科學報》：開發燃料電池汽車還存在哪些技術性挑戰？該如何應對？
衣寶廉：由於燃料電池發動機成本較高，導致燃料電池車價格是燃油車的2~3倍，是鋰離子電池車的2倍左右。此外，氫的製備、輸運費用高也導致其執行成本高，加氫站的建設費用也遠高於充電站和加油站的建設費用。
因此，開發燃料電池車首先就要降低燃料電池車的成本。為實現這一目標，一是要加快批次生產工藝的研發；二是企業家介入建立生產線進行試生產；三是地方政府支援，進行大規模的燃料電池車商業化示範。
其次，在確保電堆可靠性與耐久性的前提下，大幅度提高電堆的比功率。降低關鍵部件如空壓機、DC/DC、氫氣循還泵、閥件等成本，實現批次生產。
降低氫氣成本的關鍵是選擇副產氫豐富或可再生能源豐富的地區進行燃料電池車示範，大力發展離網的風電、水電和太陽能發電，直接電解水制氫，降低制氫和運輸成本。而降低加氫站建設成本，就需要實現氫氣壓縮機和儲氫瓶的國產化。
“十四五”需強化應用基礎研究
《中國科學報》：對於下一個五年規劃，燃料電池汽車在技術研發上應該如何部署？
衣寶廉：要加強燃料電池關鍵材料與部件的基礎研究。在電催化劑、交換膜、流場和膜電極三合一結構與製備方面能有創新性的發明，為製備高比功率電堆提供指導和技術基礎。
要加強應用基礎研究。開發和改進燃料電池關鍵材料與部件的批次生產工藝，提高產品的質量和降低成本，用於組裝高比功率電堆和電池系統。
要研發世界一流的高比功率電堆和電池系統，電堆體積比功率達到5Kw/L，壽命達到2萬~3萬小時。另外，還要提高客車與商用車價效比，研發燃料電池乘用車，效能接近或達到國際一流水平。
《中國科學報》：對於推動燃料電池汽車的產業化程序，“十四五”期間在政策上還需做出哪些調整？
衣寶廉：燃料電池車現在競爭力不強，需要政府扶持。但政府補貼不要全部補到整車單位，要對關鍵材料與零部件企業給予補貼，鼓勵降低關鍵材料與部件的售價，逐步提高補貼標準，是否給予補貼以檢測資料為準。
建議國家成立第三方獨立的檢測單位，與標準委員會一起，建立關鍵材料與部件和電堆與系統的壽命快速測定方法。
另外，還建議氫能獨立設立專項，以可再生能源制氫為主，目標是代替天然氣，減少天然氣進口。同時，研發海水電解制氫，為發展海上風電制氫奠定基礎。
轉自：中國科學報
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