楊浩翰/圖
 

隨著全球能源需求的不斷增長以及環(huán)境保護的迫切需求，尋找一種清潔、高效的替代能源已成為當務之急。在眾多備選能源中，氫能以其獨特的優(yōu)勢脫穎而出，被視為未來能源轉型的關鍵。它不僅具有高能量密度、零污染、零碳排放的特性，而且在與可再生能源、電網(wǎng)的靈活適配耦合及下游多元化利用形式方面展現(xiàn)出巨大潛力。近些年，從國家到地方關于氫能的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃也正在逐漸明晰，這種新能源的研發(fā)和利用正在為我們的未來生活帶來更多的可能性。
 

01

氫之貌
 

氫，在元素周期表中排在第一位，是一種無色透明、無臭無味、難溶于水且極易燃燒的氣體。氫在自然界儲存十分豐富，主要以氣態(tài)、液態(tài)化合物以及固態(tài)的金屬氫化物的形式存在，如氫氣、水、礦物燃料和各類碳水化合物。
 

加拿大工程院院士、深圳市氫能與燃料電池協(xié)會榮譽會長、南科大講席教授王海江表示，氫氣是能源領域難得的理想燃料，它具有極高的（質量）能量密度，可以從多種渠道大規(guī)模制取，無論是通過燃料電池的電化學反應還是通過內燃機的燃燒反應，氫氣都可以高效轉化為我們所需要的能量，同時產(chǎn)生純凈水而沒有任何其他污染，是一種清潔的二次能源。
 

國際氫能源委員會發(fā)布的《氫能源未來發(fā)展趨勢調研報告》稱，2050年，全球氫能源需求將增至目前的10倍，產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值將超過2.5萬億美元。
 

氫能源根據(jù)生產(chǎn)來源，可劃分“灰氫”“藍氫”“綠氫”三類�；覛涫侵粡幕�石燃料比如石油、天然氣、煤等制取的氫，制取過程中碳排放強度相對較大。藍氫是用化石燃料制取的，同時配合碳捕捉和碳封存技術，碳排放強度相對較低。綠氫是利用風電、水電、太陽能、核電等可再生能源，通過電解的方式制取的氫，制氫過程基本上沒有碳排放。
 

在實現(xiàn)雙碳目標的背景下，綠氫無疑將成為未來氫氣的主要來源，以可再生能源電解水制氫逐步取代灰氫等傳統(tǒng)制備方式，為應對氣候變化和促進可持續(xù)發(fā)展作出重要貢獻。
 

02

氫之用
 

氫作為內燃機的燃料已有相當長的歷史。早在1807年，人類歷史上第一款氫氣內燃機在歐洲誕生，但由于制造和使用氫氣的技術遠比蒸汽和汽油復雜，氫氣內燃機被蒸汽機、汽油機搶了先機。
 

1960年液氫首次用作航天動力燃料，1970年美國發(fā)射的“阿波羅”登月飛船使用的起飛火箭也是用液氫作燃料，氫已是航天領域的常用燃料。
 

進入21世紀，隨著氣候變化、能源安全、地緣政治形勢日趨嚴峻，氫能相關利用技術快速發(fā)展，其中以燃料電池為核心的氫燃料電池汽車開始走向市場。
 

2015年，以豐田公司Mirai為代表的氫燃料電池汽車開始產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，美國的普拉格能源公司成功將燃料電池叉車進行商業(yè)化落地，燃料電池逐漸從實驗室走向市場。
 

不同于氫氣在空氣中燃燒發(fā)出大量光和熱。氫燃料電池內部發(fā)生的電化學反應沒有燃燒過程，氫氣在陽極與電解質反應，產(chǎn)生電子，電子通過外部電路產(chǎn)生電流，氧氣在陰極生成水，產(chǎn)生少量熱，發(fā)電效率可達到60%以上。
 

氫燃料電池具有體積小、續(xù)航能力強、無污染、零排放、噪音低等優(yōu)點，并在高海拔、高溫、高寒多復雜環(huán)境下有更加穩(wěn)定的優(yōu)勢，在零下30攝氏度的環(huán)境下能夠無輔熱快速啟動。
 

氫燃料電池汽車作為一種高效、環(huán)保的交通工具，正受到越來越多的關注。日本、韓國、美國和中國都在氫燃料電池領域積極進行布局和研發(fā)。
 

在2008年，北京奧運會投入運行了3輛氫燃料電池汽車，并建成了我國首座車用加氫站，開啟了氫燃料電池汽車“從0到1”的示范。截至2023年底，中國的氫燃料電池車保有量已超過1.2萬輛，氫能產(chǎn)業(yè)從探索示范階段向產(chǎn)業(yè)規(guī)�；�階段穩(wěn)步邁進。
 

03

氫之策
 

據(jù)中國氫能聯(lián)盟預計，到2025年，我國氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達到1萬億元；到2050年，氫氣需求量將接近6000萬噸，實現(xiàn)二氧化碳減排約7億噸，氫能在我國終端能源體系中占比超過10%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值達到12萬億元。
 

各國積極布局推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我國也將氫能納入國家能源戰(zhàn)略體系。2019年，氫能首次寫入政府工作報告，明確指出要推動充電、加氫等設施建設。在今年的政府工作報告中，提出大力推進現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設，加快發(fā)展新質生產(chǎn)力，加快前沿氫能、新材料等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國家能源局印發(fā)的《2024年能源工作指導意見》中明確，要編制加快推動氫能產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展的相關政策，有序推進氫能技術創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，穩(wěn)步開展氫能試點示范，重點發(fā)展可再生能源制氫，拓展氫能應用場景。
 

地方層面，廣東出臺行動計劃，加快培育氫氣制儲、輸運、加注以及氫燃料電池裝備制造、低碳零碳工業(yè)應用的“制儲輸用”全產(chǎn)業(yè)鏈；內蒙古允許在化工園區(qū)外建設太陽能、風能等可再生能源電解水制氫項目和制氫加氫站，不需要取得危險化學品安全生產(chǎn)許可；山東發(fā)布通知對氫能車輛免收高速過路費，試行兩年……截至2024年1月，我國發(fā)布超過438個地方氫能相關政策，覆蓋29個�。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）、超過90個地級市，其中省級政策數(shù)量達113個，涉及氫能相關技術創(chuàng)新、氫能供應、基礎設施建設、應用場景支持等。其中，氫能在交通領域的應用，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期商業(yè)化及降本的重要突破口。
 

氫燃料電池現(xiàn)階段在交通端的優(yōu)勢應用領域主要集中在大功率、重載、長續(xù)航里程的公交、重卡、冷鏈物流、市政專用等車輛，再逐步推廣到船舶、航空等領域。王海江院士表示，燃料電池汽車關鍵材料、部件的國產(chǎn)化，大功率燃料電池系統(tǒng)的探索，高壓氣態(tài)或液態(tài)儲氫系統(tǒng)、冷啟動及熱管理技術，都是我國氫燃料電池汽車行業(yè)目前的重點攻關方向。
 

氫能制備、儲運及應用有機結合是氫能迅速走向規(guī)�；�、商業(yè)化的關鍵。有專家表示，目前氫能在實際的應用規(guī)模較小，氫能產(chǎn)業(yè)鏈降本及綠色發(fā)展還面臨不少痛點難點。比如，大規(guī)模低成本制綠氫上存在技術難題；大規(guī)模跨季節(jié)儲能引用的技術、成本、商業(yè)模式問題尚未解決；氫氣儲運相關技術、標準、法規(guī)暫未完善，都成為氫能規(guī)�；�發(fā)展的掣肘，還需要上下游企業(yè)及科研機構齊心協(xié)力進行突破。
 

04

氫之難
 

深圳明確氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略性地位，緊抓產(chǎn)業(yè)發(fā)展窗口。
 

2021年，深圳提出將氫能與燃料電池作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點領域進行布局發(fā)展；同年出臺《深圳市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2025）》，按照規(guī)劃，到2025年在應用示范推廣上，實現(xiàn)氫能在交通運輸、分布式發(fā)電、前沿新興及交叉等領域的應用示范，其中示范燃料電池車輛不少于1000輛，建設加氫站不少于10座，分布式能源、熱電聯(lián)供及備用電源應用不少于100套、氫能船舶1-3艘、氫能無人機不少于100架；2022年，出臺“20+8”產(chǎn)業(yè)政策，明確氫能作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群重要組成，重點部署氫能產(chǎn)業(yè)培育工程。
 

深圳市氫能與燃料電池協(xié)會秘書長張祎瑩表示，通過對深圳市產(chǎn)業(yè)鏈的梳理，深圳氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有良好的基礎和較強的創(chuàng)新能力，但也面臨氫氣供應及基礎設施不足、產(chǎn)業(yè)聚集不明顯等短板和挑戰(zhàn)。深圳可通過加強統(tǒng)籌謀劃、協(xié)調推進全市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，進一步完善基礎設施，加大力度構建穩(wěn)定氫氣供應網(wǎng)絡，優(yōu)化解決加氫站、氫儲運等涉氫項目審批流程，完善燃料電池汽車、加氫站等購置和運營補貼機制，加大氫能和燃料電池在深圳的試點示范和應用推廣力度。
 

深圳氫能產(chǎn)業(yè)鏈主體近200家

創(chuàng)新能力與創(chuàng)新活躍度全國領先
 

作為構建清潔低碳、安全高效能源體系的重要一環(huán)，氫能在全球范圍內的關注度穩(wěn)步提升。截至2023年底，全球已有包括中國在內的50余個國家和地區(qū)發(fā)布國家級氫能發(fā)展戰(zhàn)略，提出了氫能發(fā)展和利用的中長期目標。
 

作為全國首批燃料電池汽車示范城市群核心城市之一，深圳以氫能產(chǎn)業(yè)作為實現(xiàn)碳達峰目標和做大做強綠色產(chǎn)業(yè)的重要抓手，緊抓產(chǎn)業(yè)發(fā)展窗口。目前，深圳已經(jīng)聚集近200家氫能產(chǎn)業(yè)鏈相關主體，自主創(chuàng)新能力居全國領先地位。
 

深圳氫能產(chǎn)業(yè)鏈形成規(guī)模效應
 

自2016年起，深圳率先布局氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)，將其作為綠色低碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展關鍵領域及能源轉型著力補齊的關鍵技術短板之一。目前，深圳已擁有較完備產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎與國內領先的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新氛圍。
 

深圳市氫能與燃料電池協(xié)會發(fā)布的《深圳市氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2023）》顯示，截至今年1月，深圳市共有近200家氫能產(chǎn)業(yè)相關企業(yè)、科研院校、行業(yè)組織及相關科技創(chuàng)新平臺，逐步形成全國領先的以行業(yè)領軍企業(yè)牽頭、產(chǎn)學研深度合作、上下游協(xié)同的產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢。產(chǎn)業(yè)專利申請方面，廣東省氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)專利申請量超1萬件，全國排名第三，深圳氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)專利申請量3665件，排名全省第一，展現(xiàn)出很強的創(chuàng)新活躍度。
 

深圳企業(yè)研發(fā)與創(chuàng)新能力雄厚，技術發(fā)展、示范應用及市場占有率處于國內領先地位，共有國家專精特新“小巨人”3家，市專精特新企業(yè)近20家，已搭建完備的產(chǎn)業(yè)鏈條，涵蓋碳紙、催化劑、膜電極、雙極板、電堆、整車在內的關鍵材料、核心零部件、下游產(chǎn)品及高端裝備制造等環(huán)節(jié)。

與前一年相比，2023年深圳市產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)布局企業(yè)均有增長，尤其與氫氣供應相關的企業(yè)數(shù)量增速最快。2023年，氫氣制、儲、運、加相關企業(yè)數(shù)量增長近50%，主要集中在電解水制氫設備領域；燃料電池及系統(tǒng)相關企業(yè)增長數(shù)量最多，新增24家，增長幅度近43%。
 

發(fā)揮創(chuàng)新資源優(yōu)勢壯大發(fā)展動能
 

氫能上中下游企業(yè)在深圳形成集聚效應，構筑了完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，與深圳定位成為氫能產(chǎn)業(yè)技術策源地、先進制造集聚高地、多場景應用示范基地的發(fā)展目標相符。
 

在科研基礎方面，深圳重點依托市內高等院�；I建氫能科學院，不斷開展氫能重大技術突破及頂尖人才引進和培育，包括深圳大學、南方科技大學、深圳清華大學研究院、中山大學等高層次人才、科研實力和技術積累為產(chǎn)業(yè)科技研發(fā)創(chuàng)新提供有力支撐。
 

標準制定方面，深圳市部分科研院所、行業(yè)組織及企業(yè)已參與超過20項國家標準、地方標準、行業(yè)標準、團體標準建設，覆蓋關鍵材料、制氫、氫儲運、燃料電池、系統(tǒng)及相關核心部件、氫安全、加氫站管理等。
 

在場景資源方面，深圳作為國家低碳試點城市，是全國電子信息、新能源汽車等產(chǎn)業(yè)集聚基地，擁有港口、物流、園區(qū)、城際交通、民用便攜式設備、發(fā)電、工業(yè)利用、儲能等廣闊的市場資源， 氫能應用示范場景豐富。
 

“深圳在氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，通過良好的產(chǎn)業(yè)、技術、創(chuàng)新、人才、資本、市場等資源，為產(chǎn)業(yè)聚集提供了沃土，有效吸引和促進產(chǎn)業(yè)協(xié)同、上下游聯(lián)動，提高區(qū)域競爭力，促進區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展。”深圳市氫能與燃料電池協(xié)會秘書長張祎瑩表示。
 

深圳“小巨人”競逐氫能賽道
 

“電化學反應把氫氣轉化為電能，為驅動汽車提供動力，最終的排放物只有水”，清潔環(huán)保的氫能汽車正在逐步進入居民生活。作為氫能燃料電池龍頭企業(yè)，深圳市氫藍時代動力科技有限公司（簡稱“氫藍時代”）堅持自主研發(fā)，實現(xiàn)核心零部件國產(chǎn)化。
 

汽車是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要的應用領域，而燃料電池則是其中的核心部件。從2017年籌建至今，氫藍時代聚焦氫能領域持續(xù)研發(fā)創(chuàng)新，堅持正向開發(fā)加速市場化產(chǎn)業(yè)化應用，已發(fā)布多款氫燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品，逐步成為氫能燃料電池龍頭企業(yè)。目前，氫藍時代已推出1-1000kW全矩陣自主知識產(chǎn)權氫燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品，產(chǎn)品核心技術指標，如電堆和系統(tǒng)功率能力、功率密度、動態(tài)響應速率、百公里氫耗、低溫啟動性能等方面行業(yè)領先。
 

氫藍時代營銷公司副總裁劉向東表示，作為國家級專精特新“小巨人”，公司組建300余人的核心技術團隊，推進大功率燃料電池技術和氫能應用，推出燃料電池系統(tǒng)計算和仿真測試平臺，實現(xiàn)核心零部件國產(chǎn)化。
 

他說，在短短7年內，氫藍時代創(chuàng)下多項“第一”：率先推出全球首款額定功率132kW、260kW單堆燃料電池系統(tǒng)，承擔全球首例生物制氫綜合應用示范項目，推出全國首個兆瓦級船用燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品，并建成國內最大規(guī)模的企業(yè)級研發(fā)測試中心和高度國產(chǎn)化的智慧生產(chǎn)車間。
 

“應用于汽車能源，與鋰電相比，氫能的能量轉化效率高，續(xù)航里程長，在低溫環(huán)境下的表現(xiàn)也更好。隨著制氫能技術的不斷進步，氫能在我國清潔能源結構中的地位將日益凸顯，應用前景也會越來越廣泛。”劉向東說。
 

目前，氫藍時代的燃料電池已經(jīng)在公交車和重卡車領域展開應用。2023年6月，搭載氫藍時代氫燃料電池系統(tǒng)的氫能大巴在深圳交付，用于華為、騰訊等企業(yè)員工通勤服務，成為“氫能驅動、零碳出行”園區(qū)通勤車示范應用標桿。
 

“在新能源汽車發(fā)展初期，各級政府部門通過各種應用場景賦能，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了基礎，中國的新能源汽車才得以形成如今的規(guī)模。作為燃料電池廠商，我們直面終端市場，僅僅依靠自身融資很難兼顧研發(fā)創(chuàng)新與市場推廣。”劉向東表示，培育發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，需要政策端持續(xù)發(fā)力，搭建更多應用場景，為氫能技術的發(fā)展創(chuàng)造更多市場空間。
 

全球首列氫能源市域列車試跑
 

由中車長客研制，最高續(xù)航里程可超1000公里

新華社發(fā)
 

日前，由中車長客股份公司自主研制的全球首列氫能源市域列車（上圖）在位于長春的中車長客試驗線上進行了時速160公里滿載運行試驗，標志著氫能在軌道交通領域應用取得新突破。
 

據(jù)介紹，當日試驗過程中，列車以160公里/小時的速度運行，列車每公里實際運行平均能耗僅為5千瓦時，最高續(xù)航里程可達1000公里以上。在完成列車氫動力系統(tǒng)及其關鍵部件耐久、高低溫、振動、電磁兼容、防火安全等方面試驗驗證的基礎上，中車長客進一步開展了不同速度等級下能耗、續(xù)航里程、可靠性、牽引、制動、動力學等整車試驗，首次驗證了氫能列車在零下25攝氏度至35攝氏度環(huán)境溫度下的實際性能，試驗結果中各指標均達到車輛設計要求，車輛性能指標達到國際領先水平。
 

另外，昨日有報道稱，日本國土交通省正努力推動氫動力列車在地方線路上的運行，并計劃在鐵路條例中增加與氫能相關的安全規(guī)定，以確保該技術在鐵路行業(yè)的安全可靠應用。