寫稿
投稿
第21屆聯合國氣候變化大會（巴黎氣候大會）通過的《巴黎協定》，提出了將全球平均氣溫上升（與工業化前時期相比）控制在2攝氏度以內的目標。近年來，歐盟、日本、韓國和中國相繼提出了各自的碳達峰和碳中和目標。為實現這些目標，鋼鐵行業和汽車制造業正在積極探索有效減少碳排放的途徑。鋼鐵行業重點研究氫冶金及其實施方法。汽車制造業也相繼開發了混合動力汽車、純電動汽車、氫燃料電池汽車。如今，越來越多的汽車廠商開始研發氫燃料電池汽車，鋼鐵企業也越來越重視氫能的利用。為了實現碳中和，兩大產業都瞄準了低碳排放的氫能利用技術。
氫燃料電池汽車利用催化劑（通常是鉑）將儲氫罐中的氫氣分解成氫離子和電子，然后使氫離子穿過質子膜與空氣中的氧發生反應而產生電能。氫燃料電池汽車的能量轉換是在靜態條件下完成的，無噪音、無振動、工作溫度低、功率響應快。燃料電池直接將燃料的化學能轉化為電能，能量轉化效率為45%～50%，而一般內燃機車的能量轉化效率為30%左右。氫燃料電池的功率由單體電池的片數決定，續航里程由氫燃料箱的大小（儲氫容量）決定。氫燃料電池汽車不排放硫氧化合物、氮氧化物等有害氣體，也不排放二氧化碳，這是一種綠色汽車。
氫燃料電池汽車的主要結構由高壓儲氫罐、燃料電池（反應堆）、升壓逆變器、動力控制單元、電動機和驅動電池等組成（見圖1）。
質子膜燃料電池（Proton
Exchange
Membrane）是燃料電池汽車的動力源。質子膜燃料電池的核心部件是膜電極組件（MEA），它包括質子交換膜、催化層、氣體擴散層等片狀結構。這些材料層在熱壓成型后形成膜電極組件。需要在兩側安裝密封圈，然后將其放置在雙極板之間以形成單個電池。幾個單電池組合在一起形成燃料電池堆。質子交換膜是制造氫燃料電池的關鍵材料，一般占燃料電池系統成本的5%。目前，全球只有杜邦和一家日本公司能夠商業化供應氫燃料電池質子交換膜材料。2014年，山東東岳集團在國內生產的普通燃料電池膜的使用壽命僅為800小時。2015年電池膜使用壽命達到2000小時。2016年東岳膜DF260達到國際燃料電池汽車膜要求。公司加速壽命試驗超過6000小時。全球年產鉑金約200噸。普通燃料電池汽車對鉑金的需求量從1g/kW下降到0.3g/kW，實驗室條件下有可能達到0.1g/kW。2015年，豐田在其生產的每輛氫燃料電池汽車中使用了100克鉑金。目前，它已將鉑金使用量減少到每輛車10克。其目標是將自行車中使用的鉑金量減少到5
克。
世界主要國家氫燃料電池汽車發展狀況
日本著力建設氫能社會，制定了國家氫能基本戰略，確定了到2050年建成氫能社會的目標和具體行動計劃。截至2017年底，日本擁有超過2000輛氫燃料電池汽車。在2021年東京奧運會上，日本成功地使用氫氣作為主火炬的燃料。這是奧運會歷史上第一次主火炬使用不排放二氧化碳的燃料。除了使用氫氣作為東京奧運會的火炬燃料外，奧運村周圍還建立了加氫站。奧運期間，氫燃料電池汽車將提供24小時加氫服務。日本計劃到2025年將有20萬輛氫燃料電池汽車上路，到2030年將有80萬輛，全國將建設并投入使用900座加氫站。
2015年，液化空氣、戴姆勒、林德、OMV、殼牌、道達爾等六家氫能行業龍頭企業組成“H2
Mobility”企業聯盟，支持德國氫能作為社會產業資本產業發展，建設氫燃料電池汽車的氫基礎設施。“H2
Mobility”企業聯盟計劃到2023年建設并投產400座加氫站。中國長城汽車于2018年10月與“H2
Mobility”企業聯盟簽署諒解備忘錄，并通過提供額外資金獲得聯盟約5%的股份投資，成為第七大股東。
2020 年 6 月 10
日，德國聯邦內閣通過了《國家氫能戰略》，為德國未來氫能的生產、運輸、使用和再利用建立了統一、連貫的政策框架，以及相應的技術創新和投資。該戰略有助于德國實現其氣候目標。這是德國打造新的經濟價值鏈，進一步發展與其他國家的國際能源政策合作，保障德國能源供應體系安全的必要舉措。此外，德國漢堡近年來還啟動了氫能示范應用項目——“HyCity”項目（氫能城市計劃），涵蓋氫氣生產、運輸、儲存和燃料電池應用的整個氫能產業鏈。德國致力于開發集風力發電、水電解制氫、高壓儲氫和燃料電池發電技術于一體的氫能應用技術，并建立了多個氫能示范應用中心。
2019年，韓國發布《氫能源經濟發展路線圖》，計劃到2019年底在國內推廣4000多輛氫燃料電池汽車；到2025年，建立年產10萬輛氫燃料電池汽車的生產體系；到2040年，將分階段生產620萬輛氫燃料電池汽車。韓國政府還計劃在公共交通領域普及氫燃料電池汽車，力爭到2022年有2000輛氫燃料電池公交車，到2040年有4萬輛氫燃料電池公交車投入使用。此外，韓國警方更換了820輛警察大巴，將搭載氫燃料電池汽車。韓國計劃到2040年將現有的14座加氫站數量增加到1200座，燃料電池年發電量增加到15GW（2018年達到韓國總發電量的7%~8%）。如果路線圖成功實施，到2040年，韓國政府可以創造43萬億韓元的年產值和42萬個就業崗位。
中國汽車工業協會研究數據顯示，2019年全國氫燃料電池汽車產銷量分別為2831輛和2737輛，運營加氫基礎設施28座。我國現有的氫燃料電池汽車以商用車為主，氫燃料電池乘用車尚處于示范運行階段。在燃料電池叉車方面，中國已經部署了東莞氫宇等公司。但目前制約我國氫燃料電池汽車發展的瓶頸包括燃料電池耐久性、關鍵材料和核心部件、氫氣供應等。
現代的“氫燃料電池重卡生態圈”
為了順利推動XCIENT Fuel Cell氫燃料電池重卡的普及，現代汽車構建了獨特的氫燃料生態系統，并利用這個生態系統將氫燃料電池重卡推向市場。為此，現代汽車率先打造“氫燃料電池重卡生態圈”，綁定氫燃料生產企業、加氫站基礎設施建設聯合組織、重卡客戶企業。
Hyundai
Hydrogen Mobility（現代汽車與瑞士專業氫能源解決方案公司H2
Energy成立的合資公司）作為氫燃料電池卡車的供應商，已加入全球21家能源公司和物流公司的聯盟，成為H2 Mobility
Switzerland的合作伙伴成立協會是為了與加氫領域的主要參與者建立戰略合作伙伴關系。此外，作為現代汽車的合作伙伴，H2
Energy也是瑞士氫能移動協會的成員。2020年，與Alpiq、林德、世界知名能源公司（Hydrospider
Corporation）在瑞士成立了第一家生產商業氫能源的合資企業，氫燃料生產主體也被列入“氫燃料電池重型卡車生態圈。”
氫氣密度低，難以儲存和運輸，但其熱值高。氫氣的高儲運成本與氫氣的特性有關。氫氣在1個標準大氣壓下的密度為0.0899克/升，其熱值為1.4億焦耳/千克。即約1公斤氫氣可完全放出39度電，轉換效率高達60%。1公斤氫氣所含的能量與3.3升柴油所含的能量大致相同。相關數據計算，7公斤氫氣足以為40噸重的卡車提供約96公里的動力。
Hydrospider致力于利用水力發電的剩余電力通過電解（電解水）生產氫能，基本不排放污染物。
Hydrospider生產的環保氫能將由H2 Energy和Hyundai Hydrogen
Mobility積極供應給瑞士氫動力協會成員公司建造的加氫站。這意味著現代汽車致力于打造的“氫燃料電池重卡生態圈”具有創新結構，同時涵蓋加氫站建設主體和卡車需求渠道。隨著現代汽車開始全面供應氫燃料電池重卡，加氫站基礎設施建設也將加快推進。
現代汽車以打造全球第一輛量產和銷售氫燃料電池重型卡車起步，向世界展示了公司在氫燃料電池商用車領域的領先地位。現代汽車超越了單純的汽車供應商身份，通過與歐洲氫燃料價值鏈合作伙伴的密切合作，構建了實現氫燃料生產、流通、消費全產業鏈循環的氫燃料商業生態。未來，公司將繼續進軍歐洲、北美和中國，引領全球環保商用車市場實現結構轉型升級。
2019年11月，中國首批氫燃料重型卡車在寶武集團投入商業運營。2021年7月7日，我國首輛49噸重氫運輸車在河鋼唐鋼新區投入使用。氫燃料電池卡車由南京開沃新能源汽車公司生產。目前，氫燃料電池重卡市場正在逐步發展成熟。日本、韓國、美國和歐洲的氫燃料電池汽車公司已與傳統卡車制造商聯手。國內主要汽車企業和鋼鐵企業也已經預見到氫燃料電池重卡未來的發展前景。氫能重卡賽道百花齊放，中國各大車企必須憑借自身實力與國際品牌抗衡，在鋼鐵企業致力于研究氫冶金及其實現方法的同時，氫燃料電池汽車制造行業將繼續幫助他們。
往期精選回顧：
