出品｜網(wǎng)易科技《智見訪談》

作者｜趙芙瑤

(資料圖)

編輯｜丁廣勝

你有多久沒見過藍天了？

伴隨著全球氣候變暖、燃料價格上漲以及環(huán)境污染日益嚴(yán)重的現(xiàn)狀，人類對更清潔、更安全、更高效能源的需求與日俱增。面對這一迫切的需求，燃料電池作為一種具有巨大發(fā)展前景的新能源備受矚目。

燃料電池憑借其清潔、高效的特點，正成為能源領(lǐng)域的明日之星。它不僅可以提供清潔的能源供應(yīng)，減少環(huán)境污染和溫室氣體排放，還具備更高的能源利用效率。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和成本的逐漸降低，燃料電池有望為人類提供可持續(xù)發(fā)展的能源解決方案，助力能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型與升級。

而氫能作為燃料電池的燃料，是一種來源豐富、環(huán)保低碳、廣泛應(yīng)用的次生能源，在構(gòu)建清潔、低碳、安全、高效的能源體系以及實現(xiàn)碳達峰和碳中和目標(biāo)方面扮演著重要的角色。

2022年，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》中提出了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展各階段目標(biāo)：到2025年，基本掌握核心技術(shù)和制造工藝，燃料電池車輛保有量約5萬輛，足以見得國家對于氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)的重視程度。

那么燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀如何？面對氫氣運輸?shù)母叱杀疽约凹託湔镜娜狈栴}，我們應(yīng)該采取何種對策？與發(fā)達國家相比，我們在技術(shù)方面應(yīng)該如何奮起直追？

網(wǎng)易科技《智見》專訪本次通過世界新能源汽車大會科技委員會秘書處邀請到了燃料電池專家，中國工程院院士衣寶廉。數(shù)年前，一次偶然的機會，陪同所書記到北京開會并接下航天燃料電池任務(wù)，從此與燃料電池結(jié)緣。在燃料電池領(lǐng)域深耕多年的他，如何看待上述問題呢？以下為采訪實錄。

加氫站降價方能與燃油車競爭

燃料電池車緩解“里程焦慮”

網(wǎng)易科技：您五十多年來一直專注燃料電池研究，您認(rèn)為氫燃料電池汽車及氫能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的價值到底何在？

衣寶廉：要實現(xiàn)雙碳目標(biāo)，必須大力發(fā)展可再生能源，實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，由于可再生能源的波動性和季節(jié)性，為實現(xiàn)可再生能源安全上網(wǎng)，必須大力發(fā)展儲能。

氫儲能，即用可再生能源電解水制氫，不但可以實現(xiàn)可在生能源儲存，還可以實現(xiàn)可再生能源的再分配，也可以消除發(fā)展可再生能源的天花板，實現(xiàn)氫—電體系的能源供應(yīng)，確保國家的能源安全。

燃料電池車是氫能應(yīng)用的突破口，理論上，可以用氫能代替燃油，驅(qū)動各種交通工具如各種車輛。大幅度減少石油進口，不但能實現(xiàn)交通領(lǐng)域碳減排，還可以提高國家能源安全性。

網(wǎng)易科技：氫氧燃料電池與普通電池有何區(qū)別？中國發(fā)展燃料電池汽車的既有優(yōu)勢在哪里？您認(rèn)為短板又主要體現(xiàn)在哪些方面？

衣寶廉：燃料電池和二次電池如鋰離子電池均是依據(jù)電化學(xué)原理將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。但它們的工作方式不同，燃料電池是按內(nèi)燃機方式工作的即它要發(fā)電一定要組建一個系統(tǒng)：燃料氫供給，氧（空氣）供給，氫氧反應(yīng)產(chǎn)物水的排除，電堆熱管理和電管理等分系統(tǒng)。

在十五科技部就成立電動汽車專家組，萬剛?cè)谓M長，并設(shè)立電動汽車專項。專家組提出三從三橫的電動汽車發(fā)展戰(zhàn)略：三從：鋰離子電池車，混合動力車和燃料電池車。三橫：電池與燃料電池，電機與推進系統(tǒng)，電控系統(tǒng)。在鋰離子電池車產(chǎn)業(yè)化后，又提出燃料電池車的成市群示范計劃，已批準(zhǔn)二批，五個城市群，以獎勵代替補貼的促進燃料電池車的發(fā)展。

氫燃料電池的優(yōu)勢包括以下幾點。第一，電池系統(tǒng)比能量高達到每公斤0.5-1.0kw-hr/kg，是鋰離子電池的幾倍。因此燃料電池車特別適于長途車和重載車，不存在里程焦慮。第二，燃料電池系統(tǒng)的氫罐和電堆是分開的，一旦電堆出現(xiàn)事故如膜串氣，巡檢電池電壓迅速下降，供氫氣回路的電磁閥關(guān)閉，電堆不會產(chǎn)生燃燒和爆炸。目前，全世界有近七萬輛燃料電池車在運行，我國有一萬二千多輛在運行，無一輛車發(fā)生燃燒與爆炸事故。第三，在嚴(yán)寒地區(qū)，燃料電池車行駛里程不縮短，燃料電池產(chǎn)生余熱還可為車供暖，優(yōu)勢突出。第四，燃料電池車的續(xù)駛里程，加氫時間，駕駛的舒適性均可與燃油車相媲美。由油換氫做燃料對司機沒有影響。

當(dāng)然，燃料電池車也存在明顯短板，比如燃料電池發(fā)動機目前成本高，導(dǎo)致燃料電池車成本是燃油車的2—3倍，鋰離子電池車的1.5—2.0倍。另外，一座加氫站建設(shè)費1500萬左右，是充電站幾倍。在我看來，加氫站加氫要不補貼，每公斤氫60左右，只有降到30—20元，才能與燃油車競爭。

網(wǎng)易科技：有人認(rèn)為氫燃料電池汽車未來更多替代柴油車，而純電動汽車更多代替汽油車，這種觀點您認(rèn)可嗎？未來純電動汽車和氫燃料電池汽車多大意義上存在競爭關(guān)系？

衣寶廉：由于鋰離子電池車目前還存在里程焦慮。冬季特別是風(fēng)雪天氣，溫度降到零下幾十度，電池容量下降，行駛里程縮短。偶爾還有燃燒爆炸事故發(fā)生。我認(rèn)為隨著燃料電池車技術(shù)的進步，燃料電池車可以進入乘用車領(lǐng)域，特比是在北方冬天優(yōu)勢更突出，如這次北京冬奧會用車，均以燃料電池車為主。在南方燃料電池車在城際間運行有優(yōu)勢?？偟目催@二種車互補大于競爭。

網(wǎng)易科技：氫燃料電池汽車能否替代傳統(tǒng)燃油汽車以及純電汽車成為新能源汽車的主力軍？您認(rèn)為它未來的發(fā)展趨勢如何？

衣寶廉：將來隨著技術(shù)進步，各種動力的車是互補的，適用的檢測標(biāo)準(zhǔn)是碳排放量和環(huán)境適應(yīng)性，不存在誰替代誰的問題。如燃油車要使用的燃油是由回收二氧化碳與綠氫制備，也有優(yōu)勢，特別是軍車。

發(fā)展純氫管道輸氫迫在眉睫

示范城市群為燃料電池提供市場

網(wǎng)易科技：氫能的儲運目前面臨著較大的技術(shù)難題，成本也相對較高，您認(rèn)為在氫的儲運方面，未來需要在哪些方面加強技術(shù)攻關(guān)？

衣寶廉：氫的儲運在國內(nèi)要發(fā)展純氫管道輸氫，它特別適用于海上風(fēng)電制氫，將純氫輸送至陸地儲存。也適合用綠氫制備綠氨、甲醇，合成油等工廠。對短距離百公里以內(nèi)采用列管車輸送。但要依據(jù)技術(shù)進步逐步提高容器的壓力，提高輸送效率和降低運費。

長距離輸送最優(yōu)是天氣管網(wǎng)參氫，國際規(guī)定氫濃度是20%，我國以達到24%，在用氫的地方，采用膜分離提取純氫。

還可以將氫液化，運輸液氫。但氫液化能耗高。海上輸送以液氫，氨，液體儲氫如甲苯加氫為甲基環(huán)己烷，液體裝船，在用地，再將甲基環(huán)己烷變?yōu)榧儦浜图妆健?/p>

網(wǎng)易科技：在燃料電池技術(shù)和研發(fā)上，我國與日本等國還存在較大差距，這種差距的核心問題是什么？該如何解決，促進氫燃料電池汽車規(guī)?；涞?？

衣寶廉：燃料電池發(fā)現(xiàn)至今已一個多世紀(jì)。我國是依據(jù)國家需求即燃料電池比能量高，特別適用于航天飛船上動力源，開始搞燃料電池研究的。整體工作是以電堆為核心，依據(jù)需求構(gòu)建燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。因此在材料和機理研究起步晚。

總的看來，與日本相比，我們在燃料電池堆方面，比功率與可靠性稍低，在系統(tǒng)方面，我們在低溫啟動，余熱利用，高溫排熱等有優(yōu)勢。但在關(guān)鍵部件如空壓機，氫氣壓縮機，氫氣循環(huán)泵等有差距。

我們在示范同時，要強調(diào)加強基礎(chǔ)研究，消除深層次的卡脖子技術(shù)如制備高壓氫氣四型瓶的朔料內(nèi)膽樹脂，高強碳纖維，瓶口組合閥等。電池用的低氫滲透率，高強度和高電導(dǎo)的增強復(fù)合膜等。

燃料電池發(fā)動機降低成本依靠二方面技術(shù)突破：一是實現(xiàn)批量生產(chǎn)，但目前地方政府的財政難于支持大量購買燃料電池車！國家應(yīng)該擴展示范城市群，推動燃料電池關(guān)鍵材料與部件量產(chǎn)！二是技術(shù)進步，主要是提高電堆的比功率和提高并延長燃料電池發(fā)動機可靠性與壽命！

現(xiàn)在燃料電池堆的工作電流密度是二安培左右吧，力爭逐步提高到四安培，為此要改進流場，提高電池工作溫度，減薄擴散層，利用薄的增強復(fù)合膜，降低催化層氧傳質(zhì)阻力，提高鉑的利用率。還可以進一步將電流密度提高到五安培以上，將電堆售價降到五百元以下。

網(wǎng)易科技：在2022年3月23日，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》，明確了氫能的三大「戰(zhàn)略定位」。北上廣等超過20個城市制定了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，都在試圖搶占?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展的制高點，您如何看待各地發(fā)展氫能的熱情？

衣寶廉：大量城市制定氫能發(fā)展規(guī)劃反應(yīng)他們在實現(xiàn)雙碳目標(biāo)上緊跟中央，并有想法。但要注意目前生產(chǎn)綠氫，成本還是高的，產(chǎn)品銷售是否能跟上。比如燃料電池車，都在搞，用大量正府補貼推動發(fā)展，能否持久。

我建議國家擴大示范城市群，為燃料電池部件和材料批量生產(chǎn)提供市場。關(guān)鍵材料與部件在各城市群有個分工，攻克深層次卡脖子材料。

網(wǎng)易科技：從可持續(xù)發(fā)展的角度看，您對當(dāng)前的燃料電池汽車示范推廣有何建議？

衣寶廉：一是抓示范城市群，并適當(dāng)擴大，推動關(guān)鍵材料與部件批量生產(chǎn)。

二是加強基礎(chǔ)研究，進一步提高電堆比功率和燃料電池發(fā)動機比能量。加強基礎(chǔ)材料研究，攻克深層次卡脖子問題。發(fā)展高溫膜，將氫燃料電池工作溫度提高到一百以上，消除二相流，提高電堆內(nèi)單池一致性。研發(fā)高儲氫容量的儲氫材料，代替高壓儲氫瓶，進一步提高燃料電池車的安全性。

網(wǎng)易科技：目前國內(nèi)汽車行業(yè)，從商用車企業(yè)到乘用車企業(yè)都在積極開發(fā)氫燃料電池汽車，在這方面汽車企業(yè)怎么才能做得更好？

衣寶廉：可以介入，但要生產(chǎn)整車與技術(shù)研發(fā)并舉，逐步提高車的水平。最好能與研究所或高校合作。

網(wǎng)易科技：起初，燃料電池的研發(fā)之路并不順暢，期間（1978年）曾受國家重大項目的調(diào)整而被迫中斷，直到再次恢復(fù)研發(fā)，您是否想過放棄？是什么（動力）讓您數(shù)十年如一日，堅持這項研究的？

衣寶廉：當(dāng)時，采用燃料電池做為飛船上電力的美國阿波羅飛船已登月，采用燃料電池作為輔助動力的德國AIP潛艇已試航成功，在水下可以潛航半個月。

我們?nèi)蝿?wù)已做成千瓦級堿性石棉膜型燃料電池系統(tǒng)并通過一千小時無人穩(wěn)定運行，做完航天環(huán)境模擬實驗。我當(dāng)時認(rèn)為燃料電池是新技術(shù)對國家有用，我們應(yīng)保留少量人員做下去。

總之，我認(rèn)為燃料電池已有較好基礎(chǔ)，對國家有用，應(yīng)該堅持下去。

網(wǎng)易科技：您覺得作為一名科研人員，應(yīng)該具備怎樣的品質(zhì)與精神？

衣寶廉：依據(jù)國家需要和自己基礎(chǔ)選摘任務(wù)，遇到困難不退縮，堅持下去，直至成功。