上海市經濟和信息化委員會、澎湃新聞聯合推出“上海新型產業(yè)體系重點領域大調研”，聚焦上海“3+6”產業(yè)體系、新賽道和未來產業(yè)的重點行業(yè)領域，鎖定船舶與海洋工程裝備、氫能汽車、機器人、智能工廠、新材料、智能終端、人工智能、元宇宙、數字經濟、生物醫(yī)藥等產業(yè)，深度調研上海產業(yè)高質量發(fā)展態(tài)勢和未來趨勢。

 

　　為助力實現碳達峰、碳中和目標，構建清潔低碳、安全高效的能源體系，當前全球范圍正在興起“氫能經濟”、“氫能社會”的發(fā)展熱潮。氫能汽車作為氫能產業(yè)率先應用的領域成為如火如荼地發(fā)展。作為國家燃料電池汽車示范城市的上海，氫能汽車產業(yè)已經取得了怎樣的進展？在本篇，澎湃科技采訪了氫能汽車產業(yè)發(fā)展的主管部門、氫能汽車的代表企業(yè)、以及產業(yè)專家，尋找問題的答案。

 

　　“現在有兩千多輛氫燃料電池汽車跑在上海的馬路上”，上海市經濟和信息化委員會智能制造推進處處長韓大東在接受澎湃科技采訪時說，截至2022年10月底，上海已累計推廣燃料電池汽車（目前通常是指氫能汽車）約2200輛。上海憑借過去數十年的積累已經發(fā)展成氫能汽車產業(yè)的排頭兵，目前已經做到了小量規(guī)模化的整車運營，更明確地說，“已經實現從0到1的突破，正在逐步從1走向10的過程中。”

 

　　發(fā)展氫能汽車的意義并不止于汽車，作為氫能應用的重要場景，氫能汽車的發(fā)展成熟勢必將帶動整個氫能產業(yè)的成熟發(fā)展，從而為中國的能源問題找到新的突破口。不過，現在距離這一美好遠景的實現，還需要克服重重障礙，如果有個期限，那可能至少是十年。

 

　　一、上海大力布局氫能汽車產業(yè)鏈

 

　　“現在的氫能汽車類似于10年前的純電動汽車，未來10年氫能汽車也會沿著目前的發(fā)展路徑成為今天的純電動汽車。”韓大東表示，中國汽車產業(yè)在電動汽車領域實現“換道超車”之后，在氫燃料電池汽車這一賽道再次迎來了超前布局的機會。

 

　　有著雄厚汽車工業(yè)基礎的上海，為氫燃料電池汽車的發(fā)展提供了一方沃土。

 

　　“在燃料電池汽車方面，上海起步比較早，上汽集團從2001年就已經開始推動氫燃料電池汽車的研發(fā)；燃料電池汽車在中國的首次應用，是在2008年奧運會期間；第二次大規(guī)模應用是2010年世博會期間，算是氫燃料電池汽車從實驗室走向社會的真正意義上的第一步。”上海燃料電池商業(yè)化促進中心副理事長繆文泉回憶說。

 

　　現在，上海已初步形成較為完整的燃料電池汽車產業(yè)鏈，成為行業(yè)的領頭羊之一。氫燃料電池汽車的研發(fā)與應用不斷有所突破，大功率電堆等產品的技術指標達到國際先進水平，從膜電極、雙極板等八大核心零部件到燃料電池汽車的系統(tǒng)集成，形成了技術、產品、應用的全產業(yè)鏈發(fā)展體系，基本實現燃料電池汽車車型的全覆蓋。

 

　　一批氫能汽車產業(yè)龍頭企業(yè)正在上海崛起。據上海市經信委提供的信息，“捷氫（上海捷氫科技股份有限公司）、氫晨（上海氫晨新能源科技有限公司）、重塑（上海重塑能源科技有限公司）、神力（上海神力科技有限公司）等企業(yè)均研發(fā)出了自主知識產權的電堆；唐鋒（上海唐鋒能源科技有限公司）、捷氫、韻量（上海韻量新能源科技有限公司）等企業(yè)開發(fā)出了高性能膜電極產品；治臻（上海治臻新能源股份有限公司）、清志（上海清志新能源技術有限公司）等企業(yè)已經量產了性能出色的超薄雙極板、復合雙極板等產品；勢加透博（勢加透博上海能源科技有限公司）、毅合捷（毅合捷汽車科技股份有限公司）等企業(yè)在空氣壓縮機上取得了自主突破。”

 

　　電堆是氫燃料電池系統(tǒng)的關鍵部件，氫氣和氧氣在這里產生化學反應產生能量，功能相當于傳統(tǒng)燃油車的發(fā)動機；膜電極和雙極板則是電堆的關鍵部件，重要性堪稱電堆的“芯片”；用來為氫氧化學反應提供壓縮空氣的空氣壓縮機則是氫能汽車的重要部件。目前，這些重要部件正在上海逐步實現國產化，為上海氫能汽車發(fā)展打下了堅實的基礎。

 

　　2021年8月，上海與京津冀、廣東入選首批燃料電池汽車示范應用推廣城市群。根據上海市氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2022-2035），到2025年，上海將培育5-10家具有國際影響力的獨角獸企業(yè)，建成3-5家國際一流的創(chuàng)新研發(fā)平臺，燃料電池汽車保有量突破1萬輛。

 

　　“雖然目前老百姓還不熟悉氫能汽車，但當有1萬輛氫能汽車在路上跑的時候，老百姓自然也就了解了氫能汽車是什么”，韓大東說。2022年10月，上海首批燃料電池網約車已正式投入運營，80輛搭載捷氫自主研發(fā)的啟源P390燃料電池系統(tǒng)的氫燃料電池乘用車上線上汽旗下“享道出行”平臺，與普通上海消費者有了第一次親密接觸。

 

　　二、氫能產業(yè)開疆辟土的尖兵

 

　　氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源，正在成為全球能源轉型的重要載體之一，主要發(fā)達國家近年來紛紛出臺氫能規(guī)劃和產業(yè)政策。歐盟在氫能發(fā)展戰(zhàn)略中制定了一系列產業(yè)扶持政策，美國提出促進氫能發(fā)展的政策和技術路線圖，日本出臺包括技術研發(fā)資助、商業(yè)化推廣補貼和稅收優(yōu)惠等配套政策，并率先提出在全球實現“氫能社會”的發(fā)展戰(zhàn)略。

 

　　中國自黨的十八大以來對氫能產業(yè)的支持力度不斷加大，并以氫能汽車作為氫能應用為牽引，打造基于自主創(chuàng)新的現代氫能產業(yè)。

 

　　“選擇氫能汽車作為氫能產業(yè)的突破口是非常具有現實意義的”，繆文泉表示，“氫能技術發(fā)展的過程中最先投入應用的是燃料電池，因為成本較高，也就需要應用在一些高附加值的產品中，導入汽車產業(yè)更加順理成章。”

 

　　除了成本因素外，汽車產業(yè)匯集了人才、技術和資金等支撐產業(yè)發(fā)展的體系化優(yōu)勢，一旦氫能汽車發(fā)展起來，必將帶動整個氫能產業(yè)的發(fā)展，包括制氫、儲氫、運氫、加氫等氫能產業(yè)基礎設施的建設，從而為氫能在其他行業(yè)的應用打下堅實基礎。“某種意義上來說，氫能汽車是氫能產業(yè)里負重前行的一個尖兵，它的率先應用承載著整個能源轉型的重大使命。”

 

　　相比其他車輛，氫能汽車憑借氫能零污染、可再生特性，具有“終極環(huán)保”優(yōu)勢。包括大巴、公交、貨車等在內的商用車所排放的包括二氧化碳、氮化物、硫化物等污染物遠超轎車，同樣生命周期內，一輛重卡的排放量相當于200輛小轎車的排放，替換掉一臺重卡，就等于減少200輛小轎車，這也是國內氫能汽車從商用車先行的一個原因。

 

　　除此之外，氫能汽車實際產品結構與性能也具有優(yōu)勢。

 

　　“相較于傳統(tǒng)燃油車的發(fā)動機，氫燃料電池汽車的‘發(fā)電機’——電堆結構簡單”，捷氫科技總經理盧兵兵向澎湃新聞記者介紹，電堆的內部運動結構很簡單，只有空氣、氫氣、冷卻液和電流的流動。“傳統(tǒng)燃油發(fā)動機零件多大上百個，以捷氫科技研發(fā)的電堆為例，僅有58個一級零件；此外，電堆的產品可擴充性好，通過增加膜電極數量就可以擴充電堆功率，無需像發(fā)動機一樣若要擴充功率必須從基礎開始重新設計。”

 

　　相較于純電動車，氫燃料電池汽車又有著補能快捷、續(xù)航里程長、不受鋰鈷鎳資源限制等優(yōu)勢，“鋰電池現在沒有被技術‘卡脖子’，但是被卡住了資源，”盧兵兵說。從資源回收端來看，鋰電池回收效率和經濟性也不如氫燃料電池，“氫燃料電池現在每100千瓦需要30克左右貴金屬鉑，而鉑是催化劑，再循環(huán)利用率可達到95%。”

 

　　此外，在“雙碳”的大背景下，重卡卻難以實現純電化。“鋰電池能量密度遜色于氫燃料電池，一輛重卡若使用2.5噸的鋰電池，只能行駛130公里，相比而言，氫燃料電池(含儲氫系統(tǒng)）總重不到兩噸的情況下能跑到600-700公里。”氫晨科技董事長兼總經理易培云表示。

 

　　根據2020年3月國家發(fā)改委、國家能源局聯合印發(fā)的《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》，未來國家將會對氫燃料電池汽車進行推廣，并建設一批加氫站，到2030年要達成1000座加氫站的建設目標，預計到2025年，全國氫能源車輛保有量約為5萬輛。

 

　　政策熱度激起了行業(yè)漣漪，氫燃料電池成為鋰電池之后又一具有想象力的賽道。

 

　　三、國產化破解規(guī)模化瓶頸

 

　　雖然前程遠大，但是抵達遠方的道路依然曲折。

 

　　“很多曾經在鋰電領域成功過的參與者，無論是投資人還是零部件巨頭，都希望到氫燃料電池汽車領域分一杯羹。”在盧兵兵看來，現在已經有越來越多的人認同氫燃料電池汽車產業(yè)的潛力，但事實上氫燃料電池汽車要像鋰電池汽車一樣進入爆發(fā)式增長的階段，還有不少瓶頸需要突破，產業(yè)鏈上還有很多難題需要攻克。

 

　　就目前而言，氫燃料電池汽車全生命周期的用車成本高于其他動力類型的汽車。“用車成本共分為三部分：購買成本、能源成本、維保成本，其中主要是購買成本和能源成本與其它動力車型存在差距。”盧兵兵介紹，以一輛49噸氫燃料電池重卡為例，當前購車成本約為140-150萬元，即便扣除政府補貼，與傳統(tǒng)燃油車仍有不小的差距；上海市加氫站目前的氫氣補貼后售價為35元/kg，以此計算，49噸氫燃料電池重卡的氫氣使用成本約為每公里3.5元，同級燃油車則大概為每公里2.8元。“當然，隨著燃料電池汽車市場推廣不斷拓展，研發(fā)成本逐步攤薄，國產化水平與產業(yè)化協同能力進一步提升，用車成本也將大幅降低。”

 

　　第二是可靠性和耐久性問題，并非氫燃料電池車的可靠性和耐久性存在本質缺陷，而是因為作為新事物，它仍然需要應用場景的不斷驗證和產品迭代，“與之相比的燃油車已經超過百年、歷經各種工況檢驗和無數的技術研發(fā)與突破。”

 

　　第三是材料和核心零部件進口依賴問題還存在，給大規(guī)模應用帶來一些瓶頸。

 

　　“在很多技術層面，國內企業(yè)已經頗具競爭力，甚至部分產品已經達到國際一流水平”，不過盧兵兵坦言，“目前在質子交換膜、碳紙、催化劑這三個核心材料方面，國內和國外的技術還存在差距。”

 

　　成立于2018年的捷氫科技脫胎于上汽集團，核心團隊均來自專業(yè)背景的整車企業(yè)和燃料電池企業(yè)，在燃料電池電堆及系統(tǒng)設計、控制、集成、工藝開發(fā)、生產制造、整車適配等環(huán)節(jié)擁有核心技術優(yōu)勢，在燃料電池電堆關鍵核心部件膜電極的自主研發(fā)與制造中取得突破并實現了國產化、產業(yè)化。截至目前，已經完成多款燃料電池電堆和燃料電池系統(tǒng)的產品開發(fā)，功率涵蓋6-260kW。

 

　　隨著中國逐漸向產業(yè)鏈高端區(qū)間邁進，在芯片等行業(yè)發(fā)生過的“卡脖子”問題被認為也有可能在燃料電池領域重演。其實交換膜、碳紙、催化劑材料本身成本很低，價格昂貴主要是在工藝方法上未能突破。盧兵兵認為，這也在一定程度上反映出，過去國內在產業(yè)化應用方面比較強，在基礎材料研究方面存在一些不足。國內企業(yè)要未雨綢繆，加緊研發(fā)。

 

　　“大國產化”是盧兵兵在提倡的理念，即從核心材料、零部件到電堆、系統(tǒng)，其生產工藝、裝備、測試設備、研發(fā)設備，都要實現國產化，這樣才可以避免“卡脖子”，促使整個產業(yè)有機會走到世界前列。捷氫科技自身也在身體力行，由于具備從研發(fā)、設計到制造、測試、應用相對比較完整的產業(yè)鏈，可以通過應用端來不斷反饋、迭代，捷氫科技目前的研發(fā)、測試等設備，兩三年時間內都實現了國產化，性能堪比國外水平，成本卻只有60%-70%。此外，捷氫科技的上游供應商也會根據需求來進行自主開發(fā)，并通過捷氫科技的評價和反饋來迭代產品，進而推動上游企業(yè)的國產化。

 

　　四、降低成本，三步已經走了兩步

 

　　國產化不僅可以避免“卡脖子”，還有一個重要的功能就是降低成本。易培云認為在一眾制約因素之中，成本是氫燃料電池推廣普及的關鍵。成本降低才會促進車輛規(guī)模化，有了使用規(guī)模可以促進產品迭代，有了產品迭代可以驗證技術的可靠性。他將“降本”劃分為三個階段。

 

　　第一個階段是通過技術快速降本。

 

　　燃料電池汽車主要包括燃料電池系統(tǒng)、車載儲氫系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)等。其中，燃料電池系統(tǒng)是區(qū)別于傳統(tǒng)燃油車和電動車的核心，也是整車成本下降的關鍵。而在燃料電池系統(tǒng)中，電堆占系統(tǒng)總成本的60%。膜電極作為燃料電池電堆的“芯片”，又占電堆成本的60%以上，很大程度上決定了燃料電池電堆的性能、壽命和成本。

 

　　“通過技術手段，使用同樣多的材料能夠發(fā)出更多的電，相對來講，成本就降低了，”易培云解釋說，從功率密度來看，電堆原來一升體積發(fā)電只有1.4kW，現在達到6.2kW；膜電極原來一平方厘米只能發(fā)電1W，現在是2W。

 

　　成立于2017年底的氫晨科技是位于臨港的燃料電池電堆龍頭企業(yè)，其單堆300kW大功率燃料電池電堆，功率密度為6.2kW/L，可比肩國際頭部公司豐田Mirai2的5.4kW/L水平，可以讓49噸的重卡滿載上高速，以90公里的高速奔跑，該產品將在今年年底前實現批量交付。易培云介紹說，相較于2019年，電堆的成本已經下降80%，“我們希望到2025年，成本在現有基礎上再降80%。”

 

　　第二個階段是要通過國產化實現降本。

 

　　“原先我們的核心原材料都是進口的，不僅價格昂貴，交付周期還長。”易培云說，“現在我們臨港從催化劑、膜電極到碳紙等都有了，絕大多數材料已經國產化，國產化之后降本又加速了。”除了擔任氫晨科技董事長兼總經理，易培云還有一個身份是上海交通大學機械與動力工程學院的教授與博導，“我從2005年開始研究氫能，已經干了17年了，之所以堅持，是因為我和我的同事們都覺得這件事特別有意義，它能夠改變人類的生活。”作為上海交通大學與臨港集團科技成果轉化的典型代表，氫晨科技的發(fā)展也帶動了臨港新片區(qū)氫能產業(yè)形成集聚效應，吸引了眾多和交大有千絲萬縷關系的“交二代”企業(yè)的入駐，集體推動產業(yè)技術的提升。

 

　　降本的第三個階段是依靠規(guī)模化降本。

 

　　“量產車型如果能達到100萬輛的話，成本就能大幅下降。”易培云舉例說，電堆外殼模具開模一次成本假設為150萬元，銷售10個電堆的話每個成本15萬元，銷售100萬個的話每個電堆攤銷的開模費幾乎可以忽略不計。但現在顯然還沒有到這個階段，“目前的成本下降還是屬于技術降本占主導，大概占六成；國產化降本占40%。”他強調說，“如果進入規(guī)模化降本階段的時候，我們是有信心能夠把燃料電池系統(tǒng)做到和發(fā)動機價格相近。”

 

　　在繆文泉看來，當下氫能汽車還處于產業(yè)萌芽期，上海目前在整個示范城市應用中已經走在了前面，若要繼續(xù)保持優(yōu)勢，則必須擴大應用市場，形成規(guī)模化和技術迭代的護城河。

 

　　五、為國家產業(yè)發(fā)展蹚出一條路

 

　　走向規(guī)模化，除了解決裝備的技術難關，氫能汽車還需要解決一個關鍵因素，那就是加氫的便捷度。

 

　　2022年10月24日，在嘉定區(qū)的一家由加油站改建的加油加氫站，一輛輛東風凱普特貨車駛入站內準備加氫。這些氫能汽車屬于上海某物流公司旗下，剛剛投入運營兩個月。貨車司機們對于氫能汽車的體驗最明顯的感受是“加氫太麻煩了。”以往開燃油車可能三四天加一次油，改用氫能車后，每天都要跑一趟，雖然加氫只需要十多分鐘，但是如果連續(xù)加氫兩輛車后，由于加氫罐內壓力不夠，第三輛車的加氫速度就會變慢。此外，因為車載儲氫罐的加氫壓力尚不支持70Mpa，導致目前國內的儲氫罐儲氫容量與日韓相比存在差距，使得理論上的行駛里程無法實現。

 

　　據悉，目前上海已經陸續(xù)建成十多座加氫站，但是早期由于經驗不足，部分加氫站布局不合理，造成“有車的地方加氫站不夠用，有的加氫站沒有車去加氫”。“有時人多的時候，需要排隊等一個多小時。”貨車司機抱怨說。

 

　　加氫站數量少導致加氫站的建設運營成本也很高，據悉目前僅改造一家加油站成為加氫站成本需要上千萬元。中國沒有學習日韓從乘用車開始發(fā)展氫能汽車，而是選擇從商用車開始，也是結合了應用場景和上游基礎設施不足的現實情況，希望先通過商用車場景來推動燃料電池的應用實現產業(yè)規(guī)模上升，技術進步也得到應用的驗證。從加氫的便捷性來看，商用車路線比較固定，加氫站也僅需相應地在“兩點一線”上進行布局。業(yè)內普遍預測氫燃料電池將在2030年左右從商用車延伸至被大規(guī)模使用的乘用車，但前提是要有足夠的加氫站。

 

　　氫燃料電池汽車與加氫站的關系就像“先有雞還是先有蛋”一樣困擾著產業(yè)發(fā)展。“先要有加氫站，這是‘雞’，而使用氫氣的車輛就是‘蛋’，但如果沒有形成多個蛋的話，加氫站運營走不遠，因為車子量不夠的話，氫氣成本太高。”韓大東表示，上海作為試點城市，其中一個重要工作就是讓“雞和蛋”協同壯大起來，“整車、零部件很重要，汽車運營單位也重要，加氫站也很重要，還有制氫、加氫站裝備……它們都是氫能汽車產業(yè)鏈上的企業(yè)，都是我們接下來重中之重要推進的工作。”

 

　　加氫站的建設目前還存在審批時間過長的問題。長久以來，我國一直將氫氣列為危化品進行管理。據了解，嘉定這家由加油站改建的加油加氫站前后審批花了近半年時間，如果是完全新建加氫站即便在順利的情況下也需要一年的審批時間。

 

　　針對加氫等待的困擾，繆文泉建議在目前加氫站短缺、持續(xù)加氫能力不足的情況下，通過“換氫”技術體系來解決，即采用更換相關裝置上耗盡的儲氫系統(tǒng)，快速補充氫氣，但這也需要建立新的“換氫標準”。

 

　　“氫能汽車是一個新生事物，在發(fā)展過程中肯定會出現原有的法律法規(guī)和監(jiān)管不配套，和產業(yè)發(fā)展需求不匹配的問題”，韓大東認為，作為政府部門，一方面要為產業(yè)發(fā)展提供土壤，允許產業(yè)有一個相對“野蠻”生長的過程，在法律法規(guī)沒有明確禁止的前提下，允許做一些嘗試；另一方面也要積極推動管理標準的修繕，“譬如我們正在新建一個上海氫燃料產業(yè)的標準委員會，著手建立與氫能汽車相關的標準，并推廣至國家標準。”

 

　　“目前氫燃料電池汽車還存在很多痛點和空白點，甚至還有鄰避效應的問題。我們不能確定接下來這個產業(yè)發(fā)展還會碰到哪些新的問題，但是不去碰、不去試，這個問題永遠會存在。”在韓大東看來，上海等城市先行先試的責任就是要為國家蹚出一條路，努力去解決碰到的問題，用審慎但包容的心態(tài)看待氫能產業(yè)，“不能忽視一切，也不能舉步不動，不要亂箭齊發(fā)，而是有的放矢。”

 

　　根據上海市的規(guī)劃，到2025年，上海將建設各類加氫站70座左右，氫能產業(yè)鏈產業(yè)規(guī)模突破1000億元。到2035年，上海氫能產業(yè)發(fā)展總體達到國際領先水平，建成引領全國氫能產業(yè)發(fā)展的研發(fā)創(chuàng)新中心、關鍵核心裝備與零部件制造檢測中心。