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“截至目前，超過三分之一的央企制定了制氫、儲氫、加氫、用氫等全產業鏈布局，并實現了多項技術研發和示范應用。”在2021年上半年央企經濟運行新聞發布會上，國務院國資委秘書長、新聞發言人彭華崗分享的數據引起了人們的關注。
顯然，受能源需求增加、化石燃料大量消耗、二氧化碳排放總量快速增加等因素影響，氫能已成為未來能源轉型的重要組成部分。
統計顯示，當前全球氫能發展勢頭十分強勁。在占全球GDP約52%的27個國家中，有16個國家制定了氫能戰略，其他國家也在制定中。
作為國家科技應用的先行者和經濟發展的晴雨表，汽車工業自然成為氫能和燃料電池最廣泛的試驗場。
尤其是隨著中國“力爭2030年碳達峰、2060年碳中和”的目標，使氫能成為汽車行業最熱門的話題之一，也讓人們對氫能和碳中和產生了思考，燃料電池的發展充滿期待。
然而，正如多年前萌芽的電動汽車一樣，尚處于起步階段的氫能源和燃料電池產業在技術、法規和公眾意識等方面仍面臨諸多挑戰和困難。
不過，未知能源藍海的存在，也充滿了機遇。在國內，不少行業組織、企業學校、創業團隊紛紛將目光投向氫能源和燃料電池領域，力爭為這個新興產業“添柴”。
氫也有《冰與火之歌》
長期以來，中國在新能源汽車領域大力推進電動化進程，實力領先世界。
數據顯示，2020年中國汽車市場純電動汽車保有量將超過400萬輛，占新能源汽車保有量的81.32%。
然而，在純電動汽車產銷量快速增長的同時，其自身的隱憂也逐漸顯現。“在現有技術下，由于車企過度追求高密度、長壽命的動力電池，引發了一些安全事故。在售后市場，動力電池也面臨著嚴峻的回收形勢，回收體系已經尚未建立。”汽車行業分析師劉志超說。
這種情況也為氫能和燃料電池的發展創造了機遇，國際氫能委員會發布的《氫能源未來發展趨勢調研報告》顯示，到2050年，對氫能的需求將是目前的10倍。預計到2030年，全球燃料電池乘用車年銷量將達到1000萬輛至1500萬輛。
據同濟大學汽車學院教授余卓平介紹，碳中和的目標已經形成全球共識，很多國家都設定了明確的時間點，氫能在交通領域的發展正在穩步推進，特別是在重卡等領域，燃料電池汽車將成為重要的技術路線。
“同時，各地出臺的‘十四五’規劃將氫能的發展擺在重要位置，雖然我國氫能產業的發展比歐美日韓晚，發展很快，特別是在產業鏈布局上，逐漸趕上西方國家。”余卓平直言。
盡管氫能和燃料電池發展前景廣闊，但我國燃料電池汽車產業仍面臨核心技術和關鍵零部件缺乏、企業創新能力不足、加氫設施建設難等突出問題。
“例如碳紙、空壓機、氫氣循環泵、儲氫系統瓶口閥門等關鍵制氫材料和零部件，中國目前仍依賴進口。”同濟大學新能源汽車工程中心副主任、燃料電池復合電源研究所所長張存滿直言。
此外，由于儲運過程中極易發生泄漏，安全性和經濟性是氫氣儲運過程中不可忽視的問題。目前國內企業采用的儲運技術為高壓儲氫技術，存在壓力風險和充填風險。
“因此，要加快研發重量輕、耐壓、儲氫密度高、安全性高的新型儲罐，完善化學儲氫技術中的相關儲氫機理，提高各種儲氫效率、儲氫技術。”張存滿建議說。
“通常，人們傾向于片面地將‘新能源汽車’等同于‘電動汽車’。”劉志超說，“其實，我國的新能源汽車技術路線應該是多元化的，比如高效內燃機和混合動力、清潔替代燃料、純電驅動、氫燃料電池等，發展的關鍵是開發一條符合國情、真正高效、低碳、環保、經濟的技術路線。”
中科院院士丁仲禮曾表示，推進“碳中和”進程，要在能源結構、能源消耗、人為固碳三端“發力”。他建議，國家有關部門在確定路線圖時，要留出“百家爭鳴”的時期，不要急于“收口”或大力推進。
其中，以甲醇為主要成分的制氫和燃料電池生產路線被眾多行業專家學者認為是我國氫能和燃料電池發展的又一突破。
“甲醇來源廣泛，生產的主要原料是煤、焦爐煤氣和天然氣，甚至可以收集二氧化碳再生甲醇，實現資源循環利用。我國能源結構的特點是'油荒、氣荒、煤富'，巨大的煤炭儲量完全可以保證甲醇的收購，高硫煤占我國開采煤炭的40%以上，”劉志超說。
因此，利用可再生能源制氫，結合二氧化碳生產車用綠色甲醇，是汽車行業實現“雙碳”目標最有效的途徑之一。
“尋找一種不依賴加氫站的燃料電池技術”
氫能是一種來源廣泛、綠色清潔、靈活高效、應用場景豐富的二次能源，它被稱為未來能源架構的核心。
燃料電池是一種高效的氫電轉化反應裝置，轉化效率高，真正做到綠色環保，但與此同時，加氫的安全性和氫氣的使用一直是業界關注的話題，加氫站的任何爆炸都將不可避免地引發行業對氫安全的擔憂。
近年來，瑞典和美國的加氫站爆炸事故接連發生，讓人們意識到氫氣的威力和動能，正因為如此，氫基礎設施的安全技術門檻和建設要求不斷推高，即使國產化設備快速發展，一座45MPa加氫站的投資成本仍將超過1500-2000萬（不包括土地成本）。
面對如此高昂的投資成本和漫長的投資回報期，雖然部分地方政府提供了相應的財政建設補貼，但部分對氫能感興趣的投資者仍望而卻步，這無疑制約了氫能和燃料電池的普及推廣。
有沒有不依賴加氫站的燃料電池技術？對于這個問題，常州創氫能源科技有限公司創始人李磊博士和聯合創始人兼總經理劉邐從創業之初就一直在思考。
“最終，我們決定不使用高純度氫氣作為燃料，而是選擇更方便、易得的液態碳氫類液態溶液，而甲醇是首選。”李磊說，“甲醇來源豐富多樣，可以來自傳統化工，也可以來自可再生能源，同時，甲醇是一種非常理想的儲氫載體，1L甲醇可以與水反應得到143g氫氣，現有的儲氫技術要么壓縮，要么冷凝，即使冷凝成液態氫（72g/L），也遠低于甲醇制氫。”
同時，甲醇的高穩定性和安全性也是我們的核心關注點。“甲醇和乙醇的性能非常相似，現在很多火鍋店都使用‘酒精塊’，以乙醇為原料，這堪比使用55%的甲醇水溶液作為燃料的安全性。” 劉
此外，甲醇重整制氫的反應溫度約為200-300攝氏度，與其他燃料重整制氫路線相比，反應速度更快，反應更溫和。通過高溫質子交換膜燃料電池技術的有效結合，創氫能源成功實現了氫能“即制即用”，無需分離純化，粗氫直接進入高溫電堆，化學能直接轉化為電能。
更重要的是，甲醇在常溫常壓下為液體，有利于儲存和運輸。在未來的市場推廣過程中，無需建設加氫站，只需對現有加油站進行簡單改造升級，即可將其變成汽、柴油、甲醇水溶液的聯合加注站。
2012年，工信部先后在山西、陜西、上海、甘肅、貴州等5省10市組織開展甲醇汽車試點推廣工作，2019年，工信部提出《八部門關于在部分地區開展甲醇汽車應用的指導意見》，明確提及甲醇增程式電動汽車和甲醇燃料電池汽車產品，同時，各國和地區推動甲醇生產、儲存、運輸、加注等產業鏈的不斷健全和完善。
“據了解，新建一個甲醇加注站的成本約為100萬元至300萬元（不含土地成本），而將一個加氣站改造成甲醇加注站的成本較低，約為50萬元至80萬元/座。” 劉邐表示，“與安全技術門檻高、投入成本高的加氫站相比，甲醇加注站更具可行性和普及性。”
“目前，低溫質子交換膜燃料電池技術在工業上得到廣泛應用，燃料必須是高純度氫氣，CO等雜質含量要求極低，甚至低于5-10ppm。”李磊表示，“我們創氫公司是不二之選，專注于高溫質子交換膜燃料電池關鍵技術的持續研發和國產化，最大的優勢是抗毒化能力強，耐CO可達10000- 20000 ppm，因此可以實現在線制氫技術的耦合匹配。”
“近年來，國內很多企業都在探索高溫質子交換膜燃料電池技術，但由于關鍵技術——高溫質子交換膜燃料電池電堆和系統集成控制，他們更多地關注聯合國外企如“Serenergy等公司，公司及其技術產品都面向應用端推廣，這也是高溫甲醇重整燃料電池有一定市場知名度但市場份額不足的根本原因。” 劉
這種合作讓國內企業無法接觸到真正的核心技術，直到李磊團隊等“研發力量”的出現，“技術一邊倒”的局面才逐漸被打破。
據李磊回憶，早在2003年留學歐洲時，他就關注高溫質子交換膜燃料電池技術，對其高溫質子等核心關鍵材料進行深入研究和執著探索，并帶著相關科研成果回國繼續學習。
“回國后，我們在關鍵技術研發過程中遇到了很多階段性問題，比如關鍵材料、堆疊組裝、系統集成測試等。但是，我們很幸運有一批研發團隊合作伙伴一個共同的愿景和英國拉夫堡大學的全力技術支持下，這些困難正在逐漸被一一克服。”李磊得意地說道。
談到這些看似輕描淡寫的挑戰和困難，李磊笑著說：“我們很幸運。”事實上，正是有了恒心和毅力，創氫核心團隊才能打破技術壟斷，掌握核心技術。
據劉邐介紹，常州創氫能源科技有限公司掌握了包括高溫質子交換膜電池組、高溫甲醇重整燃料電池系統集成等多項核心關鍵技術，成為國內領先的氫能技術企業之一。
“我司自主研發制造的5kW高溫甲醇重整燃料電池發電模塊，6月正式上市進行市場推廣，多家感興趣的客戶已經對接。同時，創氫能有幸中標常州第十五批龍城英才企業確認。在此，非常感謝當地政府對我們團隊和項目的充分認可。” 劉
根據創氫能源的市場細分方案，以甲醇為載體的氫燃料電池技術不僅有望在汽車領域得到應用和推廣，在造船、工程機械和農業設備等領域也有很大的發展空間。
“氫能和燃料電池的未來發展前景不容置疑，國家和地方政府的利好政策也讓我們充滿了熱情。” 劉邐說：“現在國內發展氛圍很好，集群和規模正在逐步形成，兩者都將幫助整個氫能和燃料電池行業進入‘快車道’。”
“氫的產業鏈很長，和鋰電池行業一樣，有著不同的應用場景和差異化的優秀技術路線，主流包括質子交換膜燃料電池（也分為高溫和低溫路線）、固體氧化物燃料電池和其他做法，我們正在繼續努力。” 劉邐說，無論是“從0到1”還是“從1到10”，都需要在長期的科研工作中循序漸進。
李磊和劉邐都認為，隨著氫能和燃料電池技術的發展，未來氫能將逐步推動我國能源消費結構從傳統化石燃料向低碳燃料轉變，展望未來10年甚至20年，中國有望進入氫能社會，這將對能源系統、國民經濟、個人和社會生活產生巨大影響。
