氢能汽车没法普及？这项黑科技有望实现颠覆

　   汽柴油可以，天然气可以，氢气可以吗？在公众眼里，氢气作为汽车燃料是非常危险的，国家也将氢气列为危化品进行管理，储氢、加氢、用氢每个环节都存在安全隐患。另一个不为人知的事实是，氢燃料电池以及氢气储存、加注设备的不少关键零部件都需要依赖进口，国产同类水平产品价格偏高，一定程度上也制约了氢燃料电池车的普及与推广。不过，现在有一种“低压储氢技术”黑科技，或许能加快氢燃料电池汽车来到我们身边。本网认为：低压加氢技术将改变人们谈氢色变的心里状态，而且低压加氢站建设成本低，对产业投资者来说降低了投资成本，适合全国各地投资建设。

      60秒看懂全文：

● 低压加氢站建设成本不到400万元，远远低于同等规模高压加氢站千万元以上的投入，且安全性大大提高。

● 低压储氢燃料电池公交车加氢15kg用时约20分钟，可满足车辆300km以上的运营里程需求，驾乘感受与纯电公交车无异。

● 车载低压储氢罐短期内不适合在乘用车领域推广。低压储氢技术商业化发展仍需进行后续验证，等待相关法规的完善与出台。

      7月8日，全球首座低压加氢站（非商业运营）在辽宁省葫芦岛市兴城市揭幕，现场展示了低压储氢技术关键部件、加氢全过程以及车辆运行情况，吸引了中国工程院院士郭孔辉、中国工程院院士徐志磊、中国科学院院士都有为三大院士驻足体验。不同于南阳“水氢发动机”的炒作，此次低压储氢技术的展示将整个系统的关键部件、每项试验数据和技术思路都拿出来公开交流讨论。主要合作方，包括国家相关部门、地方政府领导都站出来正面交流。兴城市人民或将率先坐上低压储氢燃料电池公交车。

『全球首座低压加氢站在辽宁省葫芦岛市兴城市揭幕』

为加氢站节约2/3建设成本

　　氢燃料电池汽车相比纯电动汽车在续驶里程、充电时长、低温性能方面有明显优势。国内大力推动氢燃料电池产业发展，但真正上路运营的氢燃料电池车数量并不多，其中一个难点就卡在高压储氢技术的安全性上。

　　目前，国内氢燃料电池汽车采用的是35MPa的气态压缩氢气，未来将会向欧美正在推广的70MPa压力看齐，这意味着槽车将压力为20MPa的氢气运输至加氢站后，需通过加氢站内增压设备多级加压后才能加入到氢燃料电池车35MPa压力的储氢瓶中。这一过程中，一直处于高压状态的氢气容易出现泄露，有任何电火花都可能引起爆炸。而我们今天介绍的车载低压储氢罐，储氢压力仅有5Mpa，安全性更高，可以替代布置于氢燃料电池车顶上的巨大高压圆柱形储氢瓶，同时使得加氢站免去了氢气增压、高压加注、高压储存设备的投入，从而也减少了对增压、加注设备关键零部件进口的依赖。在加氢站投入成本上，低压加氢站优势非常明显。目前，日供应能力500kg氢气的高压加氢站仅建站投入就达1200-1500万元（不含土地费用），占地面积约3000平方米，如果采用全套进口设备价格会更高，每天仅可满足30-40辆氢燃料电池公交车的氢气需求。而低压加氢站仅需不到400万元的投入，占地面积仅为300-500平方米。

“充电”20分钟，续驶300公里

　　我们乘坐的展示公交车上，已经没有了其他氢燃料电池车的高压储氢瓶，被体积较小的低压储氢罐替代。车辆外观与普通公交车一样，驾乘感受与一般纯电动公交车无异。不过，低压储氢技术并非没有劣势。

『固态合金储氢装置』

　　与氢气压缩至高压气态乃至液态的储存形式不同，低压储氢是通过金属粉末（特定合金成分）吸附的方式将氢气储存在重量较大的金属罐体中。储存同等质量的氢气，低压储氢罐虽然体积只有高压储氢瓶的三分之一，但重量却增加不少。在气耗方面，应用低压储氢技术的车辆比高压版本车型高出约0.3kg/100km，实际气耗在4.0-4.3kg/100km，处在可接受的经济运行区间；加氢15kg用时约20分钟，可满足车辆300km以上的运营里程需求。由于系统质量较大，低压储氢技术短期内不适合在乘用车领域推广，卡客车、工程机械有着更好的应用场景。此外，即将推向市场的低压储氢合金材料虽然经过了成本和循环寿命要求的多方考量，但确实存在重量储氢密度偏低（≤2wt%）的缺点，且吸放氢过程伴有一定的热效应产生和平台压力的变化，通过对新材料的进一步优化，下一代产品在重量储氢密度上会有所提升。

『低压储氢燃料电池车氢气加注口』

　　相对而言，低压储氢罐价格仍然较高，同等储氢量下要比高压储氢瓶贵出约20万元，未来若可规模化发展，成本或大幅下降。值得注意的是，从低压储氢技术所需的金属成分的提取到储氢罐的生产，全部过程都可实现国产化，合金材料也可回收再利用。

产业化是最终目标

    “我们面临的是如何让氢能利用开发更好更快的产业化，否则发展氢能就没有任何意义了。”中国工程院院士郭孔辉的评价更加贴近市场。技术的创新永远无穷无尽，但产业化要受制于多种条件。低压储氢技术距离真正市场化推广还有一段距离，更需要国家和地方政府的正确引导与支持。在葫芦岛市人民政府市长王力威看来，氢能源是一个很尖端的话题，这个产业仍是刚刚起步，引进创新技术的目的是要谋求实用化、应用化、产业化。

格罗夫氢能汽车武汉展示‍　　　

氢能汽车产业发展分三步走

　　我国氢能产业的发展，离不开对加氢站及储运能上游基础设施的规划、投入与扶持。

当前我国氢能汽车产业发展迅速。图为福田欧辉推出的新型氢能客车

　　近年来，能源安全问题和环保压力愈发凸显，全球各国都在大力推动新能源汽车发展。在此大背景下，新能源汽车在国内外都得到了高速发展。其中纯电动汽车和插电混动汽车因技术相对简单而获得了快速发展，而燃料电池汽车虽然相较于纯电动汽车，具有续驶里程更高、加氢时间短等特点，但由于技术难度高，当前还远没有纯电动汽车和插电混动汽车普及。各大发达国家，例如日本、欧洲、美国、韩国等都在氢能汽车及相关基础设施的技术研究和投资开发上有了数十年的积累，且已经取得阶段性成果。而我国虽在21世纪初也开始了相关研究，但目前在整个氢能汽车产业上和上述发达国家仍有较大差距。

氢能汽车发展政策密集出台

　　我国对于燃料电池的政策扶持和财政补贴起源已久，早在2001年9月启动的“863电动汽车重大科技专项计划”中就包含了对氢能汽车和燃料电池系统的研发。在前述国家“十五”863计划电动汽车关键技术重大科技专项和“十一五”节能与新能源汽车重大项目支持下，我国氢能汽车技术研发取得重要进展，基本掌握了整车、动力系统与关键零部件的核心技术；建立了具有自主知识产权的燃料电池汽车动力系统技术平台；形成了燃料电池发动机、动力电池、DC/DC变换器、驱动电机、储氢与供氢系统等关键零部件配套研发体系，具有百量级氢能汽车动力系统平台与整车生产能力。

　　近年来，随着氢燃料电池技术的突破和新能源汽车的快速发展，以及国家对清洁能源的日益重视，我国开始加大对氢燃料电池领域的规划和支持力度，政策出台也越来越集中。在《中国制造2025》提出实现氢能汽车的运行规模进一步扩大，达到1000辆的运行规模，到2025年，制氢、加氢等配套基础设施基本完善，氢能汽车实现区域小规模运行。在2011年11月2日发布的《节能与新能源汽车技术路线图》中也提到，到2020年我国的氢能汽车总量要超过5000辆，到2030年超过百万辆。

　　国内氢能汽车研发经过多年发展已有一定突破，一方面是续航里程有所提高；另一方面，则是整车制造成本有所下降。然而，目前中国燃料电池乘用车尚处于试验验证阶段，仅有几款概念车。例如上汽集团曾于2015年4月推出首款国产燃料电池乘用车荣威750FCV，于2017年推出荣威950FCV，一汽红旗也在2018年10月推出了红旗H5燃料电池车，但都未量产。与此形成鲜明对比的是中国燃料电池商用车经过多年研发已进入商业化阶段，多家车企推出了燃料电池商用车产品。

　　据相关资料显示，目前国内具备氢能汽车生产资质的企业有13家：宇通客车、福田汽车、上汽集团、上汽大通、申龙客车、中植汽车、金龙客车、东风、飞驰客车、奥新、南京金龙、青年汽车、蜀都客车。其中大部分都是客车和商用车生产企业。2017年《新能源汽车推广应用推荐车型目录》中仅有3款专用车、19款客车入榜，而2018年增至26款专用车、60款客车，专用车、客车车型数分别是2017年的8.67、3.16倍。2018年中国氢能汽车产销均完成1527辆，包括1418辆燃料电池客车以及109辆燃料电池货车。

　　出现上述现状的主要原因是我国的燃料电池相关技术还不够成熟。氢能汽车的主要结构如下图所示，主要由高压压缩氢气储罐、燃料电池电堆、电池组、升压器、包含电机与动力控制单元的动力总成和其他辅助设备组成。而燃料电池电堆则是燃料电池车的核心部件。目前，国际主流氢燃料电池车型，例如丰田Mirai、现代ix35FCV、本田Clarity Fuel Cell等，其燃料电池输出功率都可达到100kW以上，而我国目前燃料电池产品大多以35kW为主，难以满足家用乘用车对动力系统的需求。此外由于在70MPa储氢罐等相关技术上也不够成熟，难以达到500km以上高续航里程的目标。而其他部件的集成度和可靠度也离家用车需求有一定距离。反之，大客车和物流车等大中型车辆，相比于家用车，有更加充裕的空间，对系统的集成度要求降低，同时可以放置更多35MPa储氢罐来满足续航需求。更重要的是，客车和物流车对高速行驶需求较小，现有体积功率密度的燃料电池电堆即可满足其基本需求。若需要更大功率的电堆，其对电堆的尺寸重量等要求也远较家用车更宽松。

氢燃料电池汽车的主要结构

　　总的来讲，我国的氢能汽车核心部件的技术尚不够成熟，落后国外厂商约3~4年的时间。目前，国内燃料电池电堆、进风系统的风机、升压DC-DC等关键材料的生产厂家还不多且多处于研发、少量试运行阶段，仍需要进口，造成系统成本提高；技术壁垒较低的燃料电池动力系统集成的国产化程度也不高；空压机、加湿器、氢循环装置等附件系统仍需要进口；在续航能力、电池寿命等性能方面，与国外存在较大差异。因此，要继续推动我国氢能汽车特别是家用车的发展，必须要在燃料电池电堆大功率、小型化、使用寿命等多个领域有所突破。而发展燃料电池客车和物流车，目前遇到的更现实的问题是加氢基础设施的不匹配。

　　在基础设施建设方面，截至2018年，中国共有25座建成的加氢站（其中3座已拆除），另有多座在建，但多数仅供示范车辆加注使用，暂未实现全商业化运营。这些加氢站主要分布在经济比较发达、有汽车产业基础的地区，以及地方政府有意愿实施新旧动能转换的地区。其中约80%的加氢站集中在广东、上海、江苏、湖北、辽宁五个省份。以上海为例，上海目前商业化运行的加氢站只有江桥加氢站一座，设计加氢能力为每天750kg，能为约120辆物流车加氢。而仅氢车熟路汽车运营（上海）有限公司2018年就在上海投放了约500辆东风牌氢燃料电池厢式物流车。加氢需求的共享不匹配导致江桥加氢站建站至今长期满负荷运行，大量氢燃料电池物流车加氢需求得不到满足。

氢能汽车产业发展思路

　　我国将节能与新能源汽车列为重点发展十大领域之一，我国发布的节能与新能源汽车技术路线图中提出了分三步走的发展思路：近五年内以中等功率燃料电池与大容量动力电池的深度混合动力结构为技术特征，实现氢能汽车在特定地区的公共服务用车领域大规模示范应用，达到5000辆左右的应用规模；在2025年左右，以大功率燃料电池与中等容量动力电池的电电混合为特征，实现氢能汽车的较大规模批量化商业应用，达到5万辆的使用规模；在2030年左右，实现以全功率燃料电池为动力特征，在私人乘用车、大型商用车领域实现百万辆规模的商业推广。同时到2030年，实现燃料电池电堆比功率从2kW/kg到2.5kW/kg的提升，和燃料电池寿命从5000小时到8000小时的进步。整个过程中，将进一步提高氢能汽车低温启动，可靠耐久、使用寿命等性能并降低整车成本，逐步扩大燃料电池系统产能，完善氢气供应运输及加注基础设施建设，支撑氢能汽车的产业化发展。

　　氢能汽车高速发展离不开基础设施建设，节能与新能源汽车技术路线图中同样对加氢站建设确定了发展目标：到2020年加氢站要超过100座，到2025年超过300座，到2030年超过1000座。若按上述路线图中燃料电池车规模计算，假设2020年5000辆车中1/3为乘用车，年加氢量150kg，2/3为商用车，年加氢量为1吨，则到2020年全国年加氢量约3600吨，站均日加氢能力约100kg；到2025年假设5万辆车中1/2为乘用车，1/2为商用车，全国年加氢量约3万吨，站均日加氢能力约300kg；到2030年假设百万辆车中3/4为乘用车，1/4为商用车，全国年加氢量约36万吨，站均日加氢能力需达到约1000kg。

　　在如此巨大的加氢需求下，目前采用的压缩氢气储运方式远远不能满足需求，结合国外特别是美国和日本的发展情况，液氢储运将成为主流的储运方式。液氢的密度是常温常压下的800余倍，因此液氢储氢密度高、储运成本低、储存压力低，也更安全。一个高压氢气储运站，采用集束管车储运压力约为200~700bar，储氢量约为300~1000kg，占地面积约60~80m2。而采用液氢低温液体储罐压力1~1.3bar，储氢量约400~6000kg，占地面积约为15~30m2。可见液氢储氢量大，加氢站占地面积小，成本低。同时，液氢储运的运输成本也更低，一辆40m3液氢槽车可运输约3000kg的氢，充装时间只要0.5-2个小时，而一辆集束管车只能运输约300kg的氢，充装时间也要2-4个小时。因此，同重量的氢气采用液态储运，费用只是压缩氢气的十几分之一。此外，经过氢液化后的氢气纯度高，能够增加电池寿命及电量。氢燃料电池性能和寿命受CO等杂质含量影响很大，而氢的沸点远低于CO、H2S等易引起氢燃料电池中毒的杂质沸点。最后，液氢加压充装具有更高的效率和更低的成本。由于液体可压缩性远低于气体，液氢加注采用的高压液氢活塞泵出口压力可达875bar，能耗只有0.5kWh/kgH2远低于同等增压能力的氢气压缩机。目前，国际上约400多座加氢站中，已有约1/3采用液氢进行储运。采用液氢储运方式的加氢站建造、运行成本低，更有利于加氢站的基础建设，有利于促成氢燃料电池汽车与加氢站建设的良性循环；而液氢输运与储存方式在未来氢能产业链中也将越来越重要，是氢能汽车产业规模化应用的必然手段。

氢能汽车商业运行需配套加氢站建设

　　氢能汽车作为一种新能源汽车，具有很多优势。相较于纯电动汽车，氢能汽车的续航里程更长、充能时间明显减少；相较于燃油汽车，氢能汽车和纯电动汽车的能量转换效率更高，同时在利用可再生能源制氢的情况下零排放无污染，且使用成本较低。但是氢能汽车的也存在一定劣势，目前氢能汽车的使用寿命难以与纯电动汽车和燃油汽车相较，同时由于目前技术尚不成熟，其制造成本高（尤其是燃料电池系统成本），实际能量转换效率也不及纯电动汽车；此外氢能源链尚不完善，使氢气的成本和售价偏高，造成氢能汽车的使用成本高于纯电动汽车，仍有较大下降空间。当前中国氢能汽车产业飞速发展，但氢能汽车关键部件和关键材料要完全实现国产化尚有很长一段路。

　　氢能汽车的商业运行和使用需要配套加氢站的建设，并提供完善的制氢、储运、加氢服务。从国外的经验看，加氢站建设要与氢能汽车生产同步进行甚至超前发展，形成良性循环。目前我国加氢站建设主体众多，缺乏国家统筹和政策配套措施。加氢站是公共事业范畴，目前项目选址、规划管理、安全运营缺乏监督与管理。另外加氢站投资巨大，同时也要集中规模化科学管理，以降低建设运营成本和安全运行。因此、我国氢能汽车行业想要发展，也离不开对加氢站及储运等上游基础设施的规划、投入与扶持。（来源：中科富海）

『合作双方签订低压合金储氢式氢燃料电池车辆应用推广框架合作协议』

　　在本次活动期间，辽宁佳华新能源与葫芦岛新奥燃气、航锦科技分别签订了加氢站建设战略合作框架协议、高纯度氢气供应战略合作框架协议；佳华利道与深圳市新能源车辆应用推广中心签订了低压合金储氢式氢燃料电池车辆应用推广框架合作协议；兴城市人民政府与绿航星际签订了氢能源研发战略合作协议。这些协议的签订标志着地方政府和企业对氢能应用全面发展的决心，也提高了低压储氢技术产业化发展的成功概率。

『徐志磊、郭孔辉、都有为三位院士出席高峰会』

编辑有话说：

　　发展氢能产业是为了改善我们赖以生存的环境，减少污染排放，降低我国对石化能源的依存度，但要实现这个目标，氢的利用必须规模化。在汽车产业，无论是气态高压储氢技术还是此次正式对外亮相的低压储氢技术，都必须将安全性放在第一位。从循环经济角度看，无论何种储氢方式、电堆产品都会面临材料的回收与再利用，氢能在汽车产业大规模发展之前，我们就应该做好这些准备。氢能社会看似遥远，但或许就在明天！（文/汽车之家 刘宏龙）