氫能燃料電池具有良好發(fā)展前景，作為一項具有前瞻性、戰(zhàn)略性的綠色儲能技術(shù)，氫燃料電池有望成為下一代基礎能源的發(fā)展方向之一。在《我國氫燃料電池與國際水平相比落后了5-10年》一文中，筆者已經(jīng)對氫燃料電池的基本原理、特點以及氫燃料電池在國內(nèi)外的技術(shù)現(xiàn)狀進行了分析。在本文中，筆者將嘗試對氫燃料電池的企業(yè)現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)鏈和大規(guī)模商用存在的主要障礙進行匯總與解析。

　　氫燃料電池相關企業(yè)數(shù)量增長迅速

　　隨著相關技術(shù)成熟度不斷提高，氫燃料電池的商業(yè)化進程逐漸起步，相關產(chǎn)業(yè)崛起迅速。1998年，上海神力科技有限公司成立，隨后，上海新源動力也在2001年成立，神力科技與新源動力是我國氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化的引領者。我國氫燃料相關企業(yè)從2001年開始大幅增加，2016年開始企業(yè)數(shù)量進一步增長幅度上揚(見圖1)，氫燃料電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)踏入快速增長的階段。

　　圖1 我國各段時間內(nèi)氫燃料電池相關企業(yè)數(shù)量(個)

　　(來源：根據(jù)公開資料整理)

　　到2017年年底，我國有215家左右直接從事氫燃料電池相關業(yè)務的企業(yè)分布在我國各地(見圖2)，形成了京津冀、華東、華中(武漢)、華南四個氫燃料電池產(chǎn)業(yè)集群，輻射全國多個地區(qū)，帶動了氫燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。與此同時，南孚、東岳集團、三愛富等多家上市企業(yè)進入產(chǎn)業(yè)，氫燃料電池未來市場前景良好。

　　圖2 各省份氫燃料電池企業(yè)數(shù)量(個)

　　(根據(jù)公開資料整理)

　　氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈趨于完善

　　近年來，我國氫燃料電池相關企業(yè)加快了產(chǎn)業(yè)布局，盡管氫氣循環(huán)裝置、增濕器等環(huán)節(jié)尚需完善，但氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈聚集的速度日益加快，制氫、儲運、加氫、氫燃料電池、應用等相關產(chǎn)業(yè)趨于完善。

　　表1 我國氫燃料電車產(chǎn)業(yè)鏈主要企業(yè)情況梳理

　　現(xiàn)階段氫燃料電池大規(guī)模商用面臨多方面的阻礙

　　(1)碳排放物和制備成本過高

　　現(xiàn)階段，煤制氫、甲醇裂解、水電解、氨分解、天然氣制氫和氯堿工業(yè)尾氣處理等各種制氫技術(shù)已經(jīng)投入大規(guī)模應用，但對市場而言，氫燃料電池整個生命周期碳排放和用高純氫成本仍然較高。CNG車、燃油車、純電動車和氫燃料電池車的全生命周期(WTW)CO₂排放對比見表2，各類汽車購車和運營成本見表3。

　　表2 各類汽車全生命周期(WTW)CO₂排放對比(g/km)

　　(來源：中國石化集團公司經(jīng)濟技術(shù)研究院研究報告-2017)

　　表3 各類車購車及運營成本對比

　　(根據(jù)公開資料整理)

　　(2)氫氣運輸系統(tǒng)尚待完善

　　氫燃料電池技術(shù)的大規(guī)模商用化的基本保障之一就是加氫站網(wǎng)絡化分布，解決氫氣運輸問題則是推動加氫站發(fā)展與成熟的關鍵點。氣氫運輸和液氫運輸是現(xiàn)階段主要的氫氣輸送方式。氣氫輸送包含氫氣鋼瓶輸送、長管拖車輸送和管道輸送。用戶比較分散且輸送量小的場合一般采用氫氣鋼瓶輸送;輸送量不大且運輸距離不太遠的場合則采用長管拖車運輸。輸送量大的場合則采用管道運輸，目前氫氣管道已經(jīng)在加拿大、美國以及歐洲多個工業(yè)地區(qū)建立起來，總長度現(xiàn)階段已經(jīng)逾16000千米，世界最長的輸氫管道長度約為400千米，位于比利時和法國之間。液氫輸送可進行長距離輸送，一般采用船和罐車。目前氫氣輸送網(wǎng)絡系統(tǒng)的成熟度還不能夠滿足氫燃料電池技術(shù)大規(guī)模商用化應用。不同氫氣運輸方式的運輸量范圍、應用情況和優(yōu)缺點對比見表4.

　　表4 氫氣運輸方式

　　(3)儲氫技術(shù)存在瓶頸

　　常溫下氫呈現(xiàn)氣態(tài)，密度僅為空氣的十四分之一。到目前為止，氫燃料電池技術(shù)大規(guī)模商用化仍然受到氫存儲和燃料安全技術(shù)短板的制約。儲氣罐技術(shù)是氫燃料電池商用化的難點所在，也是其關鍵技術(shù)。可逆金屬氫化物儲氫重量大而高壓儲氫容器體積大，存在安全隱患，如泄露和氫脆;而液氫儲氫不僅耗能多，而且液氫蒸發(fā)容易也導致安全隱患。

　　(4)國內(nèi)催化劑原料較為缺乏

　　目前，鉑等貴金屬是常用的催化劑。據(jù)統(tǒng)計，世界范圍內(nèi)的鉑族元素礦產(chǎn)和鉑金總儲量為3.1萬噸和1.4萬噸，資源豐富。而中國已經(jīng)探明的鉑族金屬和鉑儲量僅有310噸和119噸，資源相對較少。現(xiàn)階段氫燃料汽車單車消耗鉑20克左右。按現(xiàn)有規(guī)劃與燃料電池保有量的增長速度，預計2030年保有量將超過200萬輛，解釋將消耗40噸左右鉑，國內(nèi)面臨巨大的鉑資源短缺壓力。

　　(5)現(xiàn)階段氫燃料電池的經(jīng)濟性仍然較差

　　燃料電池的商業(yè)化應用一直受到其高昂的成本和壽命的制約。目前大部分電極都采用鉑催化劑，鉑利用率低且用量大。近十幾年以來，相關技術(shù)的深入研究促使鉑催化劑用量不斷降低，燃料電池成本大幅降低，但現(xiàn)階段成本對于市場來說仍然較高。另外，燃料電池大都采用杜邦公司生產(chǎn)的價格較為昂貴、生產(chǎn)工藝復雜的全氟硫酸膜。此外，氫燃料電池主要采用技術(shù)已經(jīng)相當成熟的石墨雙極板，但其加工成本高且機械強度差，難以大規(guī)模應用在工業(yè)上。

　　圖3 電池堆成本構(gòu)成

　　(來源：NEDO)

　　(6)存在政策風險

　　在大規(guī)模應用之前，氫燃料電池商存在成本過高，基礎設施不健全，氫氣的制備、存儲、輸送存在安全風險等一系列問題。氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵因素之一就是政府的支持。由于鋰電池產(chǎn)業(yè)起步較早，目前整車成本低且商業(yè)化程度高，另外由于總體成本受益于充電可以利用現(xiàn)有的電網(wǎng)系統(tǒng)，也得到了降低，目前中國主推純電動汽車。從長遠來看，只有國家進一步支持下，氫燃料電池汽車的商業(yè)化才能盡快實現(xiàn)。

　　結(jié)語

　　隨著相關技術(shù)成熟度不斷提高，氫燃料電池的商業(yè)化進程逐漸起步，相關產(chǎn)業(yè)崛起迅速，氫燃料電池相關企業(yè)數(shù)量增長較快。另外，氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈趨于完善，制氫、儲氫、加氫、氫燃料電池、應用企業(yè)都發(fā)展起來。但現(xiàn)階段氫燃料電池大規(guī)模商用阻礙仍然較多，一是氫燃料污染排放物和制備成本過高，二是氫氣運輸系統(tǒng)尚待完善，三是儲氫技術(shù)存在瓶頸，四是國內(nèi)催化劑原料較為缺乏，五是現(xiàn)階段氫燃料電池的經(jīng)濟性仍然較差，此外，還存在政策風險。