在中國，氫能已納入國家能源戰(zhàn)略，成為優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)和保障國家能源供應(yīng)安全的重要選擇。隨著這種被譽為“人類終極能源”產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)，全國各地對氫能產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃布局正在提速。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅2019年，江蘇如皋、浙江嘉興、山西大同等地對氫能的投資預(yù)計超過1600億元。根據(jù)中長期規(guī)劃，到2025年，中國氫能產(chǎn)值將會超過5100億元，最終發(fā)展成萬億市場。但火熱背后，氫能產(chǎn)業(yè)究竟何時才能商業(yè)化，卻無明確時間。

11月15日，由蓋世汽車主辦，常熟國家高新技術(shù)開發(fā)區(qū)指導(dǎo)的2019全球燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)論壇上，中國工程院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員衣寶廉提出，氫燃料電池乘用車商業(yè)化至少還需十年。

(中國工程院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員衣寶廉)

對于其中緣由，衣寶廉院士表示，燃料電池成本、能源轉(zhuǎn)化效率等方面是其影響發(fā)展的關(guān)鍵因素。

規(guī)?；档统杀臼顷P(guān)鍵

據(jù)衣寶廉院士表示，目前燃料電池發(fā)動機成本高昂，成為阻礙氫燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。據(jù)了解，燃料電池發(fā)動機成本是燃油車的一倍，其車輛運行費用也頗高，1kgH²/100km氫氣成本在70-80元，而燃油費用僅為40余元，鋰離子電池平均15°電，成本僅需10-15元。所以，無法降低燃料電池動力系統(tǒng)成本，談普及就為時尚早。

目前，氫燃料電池動力系統(tǒng)由氫燃料電池堆、加濕器、功率調(diào)節(jié)器、空氣壓縮機、氫氣循環(huán)泵等部件構(gòu)成。其中，電池堆是整個燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的核心部分，其性能和成本的演化直接決定了燃料電池產(chǎn)業(yè)化進程。

電堆主要由氣體擴散層、質(zhì)子交換膜、膜電極、催化劑、雙極板、密封件等幾個關(guān)鍵部件組成，其中質(zhì)子交換膜和催化劑占燃料電池堆成本的60%以上。影響成本的主要組件即是電堆中的質(zhì)子交換膜、催化劑中鉑的含量、雙極板材料，以及電池系統(tǒng)中的儲氫罐、升壓變頻器、動力單元等。

如今，制約氫燃料電池成本大規(guī)模下降的因素主要源自核心技術(shù)尚未突破，產(chǎn)業(yè)鏈完備程度有待提高，加氫站建設(shè)較為落后及市場接受度需提升等多個方面。曾有專家認為，當前技術(shù)已足夠滿足氫燃料電池汽車的使用需求，其阻礙氫燃料電池汽車成本下降的關(guān)鍵原因是目前的燃料電池仍處于小規(guī)模生產(chǎn)狀態(tài)，產(chǎn)業(yè)鏈上下游各個環(huán)節(jié)成本居高不下。

據(jù)美國能源部此前預(yù)測，氫燃料電池產(chǎn)能如能擴大十倍，整車成本將下降23%，同時伴隨電堆技術(shù)的突破，成本將再降23%;兩者疊加帶來的成本下降幅度將超過45%。

以氫燃料電堆為例，據(jù)歐洲燃料電池與氫能聯(lián)合組織發(fā)布的氫能及氫燃料電池汽車的相關(guān)行業(yè)報告顯示，2020年，燃料電池系統(tǒng)的年生產(chǎn)量達到1000套時，電池堆的成本為111.96美元/kW，在生產(chǎn)量達10000套時，電池堆的成本為36.9美元/kW，下降幅度達67.04%。而在2025年，生產(chǎn)量為50000套時，電池堆的成本可低至11.53美元/kW。

有不少業(yè)內(nèi)人士表示，氫燃料電池規(guī)?；a(chǎn)，確實降低成本的首要路徑。但做好規(guī)?；a(chǎn)，不是一日之功，需要三到五年時間累積。

氫能利用要提升轉(zhuǎn)化效率

當下，影響氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的另一大因素，是氫能的轉(zhuǎn)化效率及經(jīng)濟效益。眾多周知，氫能并非一次能源，它更像電能屬于二次能源，需轉(zhuǎn)化得來。這一轉(zhuǎn)化過程需要消耗能源的同時，必有能源浪費，降低浪費量，是氫能發(fā)展的重要前置條件。并且，能源轉(zhuǎn)化需有成本，如果提高經(jīng)濟效益也是關(guān)鍵。

據(jù)相關(guān)資料顯示，目前通過電解水制氫的能量轉(zhuǎn)換效率較高，約達85%。氫在燃料電池中發(fā)電，能量轉(zhuǎn)換效率約50%，由電到氫在到電的整體能量轉(zhuǎn)換總效率或大于40%。曾有智庫計算，根據(jù)能量守恒定律，氫燃料電池能量轉(zhuǎn)化效率遠高于內(nèi)燃機。以氫氣作為能源載體的燃料電池車能效，較使用傳統(tǒng)燃料的內(nèi)燃機車能效提升2.5倍。

但現(xiàn)實果真如此么?

現(xiàn)階段，燃料電池自身消耗的電能、氫氣從電解池低壓狀態(tài)壓縮到適于輸送的高壓狀態(tài)所需電能，運輸高壓氫氣到加氫站所消耗的能量，加氫站給運營車輛充氫所消耗的能量等，都需算做氫能轉(zhuǎn)化效率，此概念因和電動汽車全生命周期類似。據(jù)估算，從電解水制氫至車輛使用，所消耗的1度電，最終僅可使用不及0.3度電。

曾有業(yè)內(nèi)人士對比，如果一度電經(jīng)充電器的AC-DC變換和車上電池的充電—放電，兩環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)換效率都在95%左右，送到電動汽車電機上的電能接近0.9度，近三倍的能量轉(zhuǎn)換效率一目了然。如此計算，氫能轉(zhuǎn)換效率既不高，經(jīng)濟效率也不樂觀。

想要提升制氫能轉(zhuǎn)化率，且更具經(jīng)濟性，可再生能源制氫或是一種有效手段。

隨著可再生能源邊際成本不斷下降，從長遠來看，水能、生物能、太陽能、風(fēng)能等可再生能源制氫，不管是從對環(huán)境的保護還是可持續(xù)性來看，都具有較強競爭力。尤其隨著因溫室氣體過度排放造成的全球變暖及日益嚴重的環(huán)境污染，可再生能源制氫廢物零排放、環(huán)境零污染的優(yōu)越性逐步體現(xiàn)出來。

如果能充分利用棄水、棄風(fēng)、棄光所產(chǎn)生電能進行電解水制氫，則意味著不僅能解決可再生能源消納問題，還能實現(xiàn)綠色制氫。電解水制氫工藝，從20世紀初發(fā)展至今已有110多年的工業(yè)化歷程，技術(shù)較為成熟。利用兩個不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的電極，在無機酸或堿金屬氫氧化物的水溶液傳導(dǎo)直流電流，陰極生成氫氣，陽極生成氧氣。電解水方法大規(guī)模制氫主要有兩條降成本的途徑，一是降低電解過程的能耗，二是降低電價。