我国氢燃料电池产业链趋于完善，但大规模商用仍存在阻碍

      氢能燃料电池具有良好发展前景，作为一项具有前瞻性、战略性的绿色储能技术，氢燃料电池有望成为下一代基础能源的发展方向之一。在《我国氢燃料电池与国际水平相比落后了5-10年》一文中，笔者已经对氢燃料电池的基本原理、特点以及氢燃料电池在国内外的技术现状进行了分析。在本文中，笔者将尝试对氢燃料电池的企业现状、产业链和大规模商用存在的主要障碍进行汇总与解析。

　　氢燃料电池相关企业数量增长迅速

　　随着相关技术成熟度不断提高，氢燃料电池的商业化进程逐渐起步，相关产业崛起迅速。1998年，上海神力科技有限公司成立，随后，上海新源动力也在2001年成立，神力科技与新源动力是我国氢燃料电池产业化的引领者。我国氢燃料相关企业从2001年开始大幅增加，2016年开始企业数量进一步增长幅度上扬(见图1)，氢燃料电池产业已经踏入快速增长的阶段。

　　图1 我国各段时间内氢燃料电池相关企业数量(个)

　　(来源：根据公开资料整理)

　　到2017年年底，我国有215家左右直接从事氢燃料电池相关业务的企业分布在我国各地(见图2)，形成了京津冀、华东、华中(武汉)、华南四个氢燃料电池产业集群，辐射全国多个地区，带动了氢燃料电池产业的发展。与此同时，南孚、东岳集团、三爱富等多家上市企业进入产业，氢燃料电池未来市场前景良好。

　　图2 各省份氢燃料电池企业数量(个)

　　(根据公开资料整理)

　　氢燃料电池产业链趋于完善

　　近年来，我国氢燃料电池相关企业加快了产业布局，尽管氢气循环装置、增湿器等环节尚需完善，但氢燃料电池产业链聚集的速度日益加快，制氢、储运、加氢、氢燃料电池、应用等相关产业趋于完善。

　　表1 我国氢燃料电车产业链主要企业情况梳理

　　现阶段氢燃料电池大规模商用面临多方面的阻碍

　　(1)碳排放物和制备成本过高

　　现阶段，煤制氢、甲醇裂解、水电解、氨分解、天然气制氢和氯碱工业尾气处理等各种制氢技术已经投入大规模应用，但对市场而言，氢燃料电池整个生命周期碳排放和用高纯氢成本仍然较高。CNG车、燃油车、纯电动车和氢燃料电池车的全生命周期(WTW)CO₂排放对比见表2，各类汽车购车和运营成本见表3。

　　表2 各类汽车全生命周期(WTW)CO₂排放对比(g/km)

　　(来源：中国石化集团公司经济技术研究院研究报告-2017)

　　表3 各类车购车及运营成本对比

　　(根据公开资料整理)

　　(2)氢气运输系统尚待完善

　　氢燃料电池技术的大规模商用化的基本保障之一就是加氢站网络化分布，解决氢气运输问题则是推动加氢站发展与成熟的关键点。气氢运输和液氢运输是现阶段主要的氢气输送方式。气氢输送包含氢气钢瓶输送、长管拖车输送和管道输送。用户比较分散且输送量小的场合一般采用氢气钢瓶输送;输送量不大且运输距离不太远的场合则采用长管拖车运输。输送量大的场合则采用管道运输，目前氢气管道已经在加拿大、美国以及欧洲多个工业地区建立起来，总长度现阶段已经逾16000千米，世界最长的输氢管道长度约为400千米，位于比利时和法国之间。液氢输送可进行长距离输送，一般采用船和罐车。目前氢气输送网络系统的成熟度还不能够满足氢燃料电池技术大规模商用化应用。不同氢气运输方式的运输量范围、应用情况和优缺点对比见表4.

　　表4 氢气运输方式

　　(3)储氢技术存在瓶颈

　　常温下氢呈现气态，密度仅为空气的十四分之一。到目前为止，氢燃料电池技术大规模商用化仍然受到氢存储和燃料安全技术短板的制约。储气罐技术是氢燃料电池商用化的难点所在，也是其关键技术。可逆金属氢化物储氢重量大而高压储氢容器体积大，存在安全隐患，如泄露和氢脆;而液氢储氢不仅耗能多，而且液氢蒸发容易也导致安全隐患。

　　(4)国内催化剂原料较为缺乏

　　目前，铂等贵金属是常用的催化剂。据统计，世界范围内的铂族元素矿产和铂金总储量为3.1万吨和1.4万吨，资源丰富。而中国已经探明的铂族金属和铂储量仅有310吨和119吨，资源相对较少。现阶段氢燃料汽车单车消耗铂20克左右。按现有规划与燃料电池保有量的增长速度，预计2030年保有量将超过200万辆，解释将消耗40吨左右铂，国内面临巨大的铂资源短缺压力。

　　(5)现阶段氢燃料电池的经济性仍然较差

　　燃料电池的商业化应用一直受到其高昂的成本和寿命的制约。目前大部分电极都采用铂催化剂，铂利用率低且用量大。近十几年以来，相关技术的深入研究促使铂催化剂用量不断降低，燃料电池成本大幅降低，但现阶段成本对于市场来说仍然较高。另外，燃料电池大都采用杜邦公司生产的价格较为昂贵、生产工艺复杂的全氟硫酸膜。此外，氢燃料电池主要采用技术已经相当成熟的石墨双极板，但其加工成本高且机械强度差，难以大规模应用在工业上。

　　图3 电池堆成本构成

　　(来源：NEDO)

　　(6)存在政策风险

　　在大规模应用之前，氢燃料电池商存在成本过高，基础设施不健全，氢气的制备、存储、输送存在安全风险等一系列问题。氢燃料电池产业发展的关键因素之一就是政府的支持。由于锂电池产业起步较早，目前整车成本低且商业化程度高，另外由于总体成本受益于充电可以利用现有的电网系统，也得到了降低，目前中国主推纯电动汽车。从长远来看，只有国家进一步支持下，氢燃料电池汽车的商业化才能尽快实现。

　　结语

　　随着相关技术成熟度不断提高，氢燃料电池的商业化进程逐渐起步，相关产业崛起迅速，氢燃料电池相关企业数量增长较快。另外，氢燃料电池产业链趋于完善，制氢、储氢、加氢、氢燃料电池、应用企业都发展起来。但现阶段氢燃料电池大规模商用阻碍仍然较多，一是氢燃料污染排放物和制备成本过高，二是氢气运输系统尚待完善，三是储氢技术存在瓶颈，四是国内催化剂原料较为缺乏，五是现阶段氢燃料电池的经济性仍然较差，此外，还存在政策风险。