当前，全球能源转型、汽车转型不约而同地聚焦绿色化，而氢能是实现这两大转型共同的支撑。我国氢能产业在快速发展的同时，产业链面临的关键共性问题亟需深入研究。近日在山东济南召开的“2020氢能产业发展创新峰会”上，与会专家就氢能的获取、应用，以及自主技术的突破等问题展开了高效对话。
发展氢能面临的现实挑战
在中国电动汽车百人会副理事长兼秘书长张永伟看来，全社会距离氢能的全面应用目标越来越近。一是世界主要的汽车公司在发展燃料电池汽车方面都制定了自己的时间表和路线图，一些重大技术突破的速度超出了产业的预期；二是，越来越多的国家把氢能作为重要的未来替代性能源，纷纷制定了氢能源、氢产业、氢经济、氢社会发展的战略和路线图。
然而在我国，氢能产业链全面发展仍存在着诸多现实挑战。国家电投集团氢能科技发展有限公司总经理张银广从制氢和氢能基础设施建设角度提出了发展氢能面临的几个瓶颈：一是政策瓶颈。比如氢气是按照危化品的管理方式，制氢站需要建设在化工园区，没有国家统一的审批程序和机构。二是自主技术不成熟。虽然经过多年发展，不少企业在氢能技术上都有了一定积累，在自主技术上也已具备了一些基础，但缺乏应用场景和应用规模，导致自主技术不能够快速升级—成熟—改进—迭代。三是氢能基础设施和加氢站的推进，还难以形成规模。
交通运输是氢能应用的主要领域之一。根据我国的实际情况，氢能在交通领域的应用遵循氢燃电池商用车先发展，乘用车后发展的特点。氢燃料电池的成本是市场化应用的重要因素。现阶段，氢燃料电池汽车的发展仍较依赖于政府的补贴和政策的支持。戴姆勒（中国）商用车投资有限公司首席执行官贺峰指出，在氢能运输解决方案方面，同样面临一些挑战。例如，它需要行业链相关领域，尤其是能源供应领域的长足发展作为支撑。因此，相关的基础设施和能源供应是必须的。在实际应用中，当车辆燃料向氢能源转换的时候，这种需求可能会比以前预想或见证到的更为庞大。为了更好地利用氢能，全行业需要携手共进，同时促进基础设施建设和氢燃料电池车保有量增长，进而为客户提供更好的解决方案。
贺峰认为，在氢燃料电池技术的发展中，选择气氢还是液氢需要慎重考虑。两种方案各有优势，但对于行业参与者，尤其是客户来说，液氢更优。因为在液态下，氢的体积与能量密度远优于气态，使用液氢作为能源的卡车储氢罐体积和质量都可显著降低，这不仅让车辆拥有更大的载货空间和载质量，还使其得以携带更多氢能，能大幅提升卡车的续航里程。
根据本次峰会上发布的《2020中国氢能产业发展报告》，当前亟需解决的政策问题包括：需要针对氢能标准体系不完善的问题，建立健全氢安全基础研究体系，包括氢泄露与扩散燃烧、材料与氢的相容性、不同形式的储氢系统以及受限空间等在内的氢安全体系，为氢能体系标准建设夯实基础；针对各地发展氢能经济中的规划同质化现象，鼓励基础好的地区加速设立示范运营区；针对氢能产业链薄弱环节，持续给予稳定的政策激励；牢牢把握电动汽车与氢燃料电池汽车错位互补发展的原则。
从灰氢到蓝氢再到绿氢
在氢能产业链中，制氢是源头。但氢是二次能源，需要人工制备，现有的制备方法有化石能源制氢和电解水制氢，而前者需要排放大量二氧化碳。我国是全球第一产氢大国，2019年全国氢气产量约2000万吨，发展氢能产业具有较好的基础，而且在合成氨、炼焦、炼油、氯碱、轻烃利用等传统石化行业中具有较为成熟的经验。去年6月份，世界能源理事会将伴有大量二氧化碳排放的氢称为灰氢；若能将伴生的二氧化碳捕集、封存、利用而不排放，灰氢可变为蓝氢；若使用可再生能源发电，电解水制得到的氢，则称为绿氢。工业和信息化部原部长、中国工业经济联合会会长李毅中指出，“灰氢不可取、蓝氢方可用、废氢可回收、绿氢是方向”。
李毅中指出，利用氢能一是要有合理务实的规划设计和标准，要明确方向、防止盲目性。近年来我国一些省市、企业和机构纷纷出台了氢能方案，提出了各具特色的发展愿景。但是总体看，对氢气从哪里来研究关注得不够，尤其是难以形成全国性整体概念。因此，需要相关部门根据氢气不同的应用场景、市场需求，从能源总体规划和总体视角来制定相应的标准规范。二是要抓紧建设二氧化碳捕集、封存和利用研发攻关，特别是产业化。这是灰氢变成蓝氢，由不可取变成可取的关键。在这个难题没有解决之前，不宜新建化石能源氢。三是要开展工业含氢尾气中氢的回收、提纯和利用。四是要将氢能利用融入实现2030年二氧化碳达峰和2060年碳中和这个大目标之中。
对此，中国工程院院士衣宝廉指出，应大力利用西南水电、西北和东北风电与太阳能发电，进行电解水制氢，将氢送入附近的天然气管网，减少天然气进口，提高国家能源安全；发展沿海地区海上风电，电解水制氢，用输氢管线将所制氢气运输到加氢站供燃料电池汽车加氢用；同时建设氢液化工厂，将液化氢作为能源商品应用。氢供应能力的发展会促进燃料电池，特别是燃料电池车的快速增长。
完善自主产业链迫在眉睫
技术进步与规模扩大是氢能产业链成本下降的重要因素，且二者相辅相成。目前国内碱性电解水制氢成本在各电解水制氢技术路线中最具经济性。衣宝廉表示，现在我国碱性水电解技术基本成熟，但它对可再生能源波动性适应能力低，生产能力也低，应大力发展质子交换膜电解水技术，进行兆瓦级示范，进而进行批量生产。此外，还应进一步完善高强度、高电压质子交换膜，抗氧化单层双极板，和高活性贵金属材料电催化剂与密封结构等关键材料与部件的自主产业链。
对燃料电池，首先要建立关键材料与部件的自主产业链。国内优秀的研究结果很多，但很少进行放大工艺研究，制出的样片也很少在电堆中使用和装车运行。因此，要建立产品开发联盟，电催化剂、电堆关键零部件等由研发单位共同开发、考核及批量生产。只有通过装车运行的材料，才是可信的，才能提高市场占有率，代替进口。
由国家发改委、能源局发布的《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》，对氢能与燃料电池领域提出了技术创新路线图。结合目前的氢能发展趋势，未来适配可再生能源发电系统的大规模电解水制氢技术、高效低成本的氢储运技术、高功率的燃料电池发动机系统技术、燃料电池分布式发电技术等将是氢能领域的技术创新重点。其中，在大规模绿氢生产方面，需要研究可再生能源发电与碱性、PEM/SOFC燃料电池电解水制氢一体化技术，突破高效催化剂、聚合物膜、膜电极和双极板等材料与部件核心技术，掌握适应可再生能源快速变载的高效中压电解制氢电解池技术，建设可再生能源电解水制氢示范并推广应用。
近几年，国内氢能产业发展进入快车道，涌现出一批关键材料、系统集成有经验的厂家。山东东岳未来氢能材料有限公司副总经理王振华分享了核心关键材料领域——氢燃料电池膜在自主产业化方面的一些探索和工作。燃料电池全氟质子膜是燃料电池的关键材料，在燃料电池中起到关键的质子传导和阻隔阴阳极反应气体的作用，被称为氢能“芯片”。苛刻的电化学应用环境要求质子交换膜必须具有很好的化学稳定性和耐化学腐蚀性。东岳集团经历20年的科技创新及攻关，建成了最完整的燃料电池膜产业链，实现了燃料电池全氟质子膜从无到有的突破，使用寿命通过奔驰-福特公司的6000h考核认证。
在催化剂等领域，也有一批企业获得了新的突破。这为我国氢能产业完善自主产业链奠定了基础。