衣宝廉：燃料电池车商业化是氢能应用突破口
本文节选自“学习强国”学习平台与中国科学报社联合发起的“科学家回信”活动。
读者田世艳：氢能源还有多久会在新能源汽车中普及？以何种形式？需要突破哪些关键技术？
衣宝廉：要实现碳达峰碳中和目标，必须大力发展可再生能源。由于可再生能源的随机性、波动性、季节性，必须大力发展储能，确保电网的稳定运行。利用可再生能源电解水制绿氢，是最廉价的储能方式，同时还可以实现可再生能源再分配，解决可再生能源地区分布不均的问题并发展氢—电供能体系。氢能还可以用于难脱碳的交通、冶金、建筑等领域脱碳（编者注：人们生活与生产过程中，需要能源，如果能源中不含碳，就是脱碳，如用氨做能源；难脱碳是指用不含碳能源比较困难，又不适于用电，如汽车、飞机、冶金等）。其中，燃料电池车的商业化是氢能应用的突破口。
北京冬奥会期间千辆级燃料电池车的示范运行，证明燃料电池特别适合寒冷冬季运行，也证明了燃料电池车的五大优点：
1.比能量高，特别适用重载和长途车。
2.燃料电池发动机的发电电堆与储氢罐是分开的，只要加强氢的检测与控制，就不会产生燃烧与爆炸。现在全世界有八万多辆燃料电池车在运行，还没有一辆车发生燃烧和爆炸的情况。
3.加氢与加油速度在同一数量级（编者注：即加氢时间与加油时间基本相等）。
4.冬季续驶里程不缩短，没有里程焦虑。燃料电池发动机废热还可为车辆供暖。
5.续驶里程、驾驶舒适性可以和燃油车媲美。
目前为止，由于下述三点不足，燃料电池车还没有实现商业化，只能靠政府补贴或奖励进行示范运行。一是由于燃料电池电堆和系统制备费用高，导致燃料电池车的售价是燃油车的两倍多；二是由于绿氢制备和储运费用高，燃料电池车的运行费用也远高于燃油车。三是加氢站的建设费用也是加油站和充电站的好几倍。
为实现燃料电池车的无补贴运行，需要在国家政策的支持和引导下，科技部门和企业合力攻关。
1.突破卡脖子技术并实现批量生产。如研发、制备高活性，低铂的电催化剂并进行批量生产；空压机、氢气压缩机研制与批量生产；70兆帕储氢瓶试制与批量生产等。目前燃料电池车用的四型储氢瓶就是70兆帕。
2.科技创新，提高电堆额定工况的工作电流密度，即提升车用燃料电池电堆比功率。由现在每平方厘米1.5～2安培提高到4～5安培。
3.提高发动机系统的可靠性与耐久性。特别是电堆运行时膜电极三合一的水含量测量与平衡控制；改进电堆组装工艺，提高电堆内单池性能的一致性等。使燃料电池发动机寿命达到用户保质期的要求。
预计到2030年，在上述工作基础上，燃料电池发动机成本可由现在每千瓦3000元左右降到500～1000元。
1.从长远来看：东北、西北和西南的可再生能源制氢，可用管道或天然气管网输送氢到中、东部。沿海城市，海上风电制氢，建氢气输送管道输送到中心加氢站。
2.从近期来看：优先利用副产氢，先净化应用。同时开展抗毒氢氧化电催化剂的研发与生产，就可以直接利用廉价的副产氢。
无副产氢地区，可开展天然气、煤层气裂解制绿氢和碳材料，给燃料电池车供气。
在氢源附近建设中心加氢站，中心站配备氢压缩机，也就是氢的分配站。依托中心加氢站，建不配置氢气压缩机的油氢合建站，大幅度降低加氢站的建设费用。运输氢气的列管运氢车可采用三型或四型高压氢气瓶。
到2023年10月，我国氢燃料电池汽车累计销售18197辆，仅次于韩国的3.4万辆，已成为全球第二大燃料电池汽车市场。我国累计建成加氢站417座，数量位居全球首位。
但目前燃料电池车仍处在大规模示范阶段，只有当氢源和燃料电池车售价降到与燃油车差不多的程度、氢能高速公路联网、市内加氢站实现基本普及，燃料电池轿车才可能进入寻常百姓家。按现在燃料电池车的成本与氢源的售价下降速度，以及加氢站的建设速度，预计2030年前后，燃料电池轿车能进入寻常百姓家。
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来源：“学习强国”学习平台、中国科学报社
编辑：李德文
审核：何锦婷、吕燕珊、李婧潼
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